生态需水研究进展及估算方法评述

生态需水研究是实现水资源优化配置、维持流域生态环境健康发展的前提和基础。在当前生态需水研究中,估算方法众多,选用的监测指标提供的整体信息容易发生重叠,不易得出生态需水变化规律。为此,在回顾国内外生态需水研究进展的基础上,对生态需水量估算方法的优缺点、适用条件等方面进行了系统评价,以便在实际应用中根据研究目的选用不同方法。同时,指出当前研究中存在诸如术语混乱、概念不清、定量研究突破少等若干问题,今后应从加强收集监测资料、建立生态学模型、建立一套完善的生态需水概念体系,以及加强多学科合作交流等方面提出未来研究方向。     

流域生态需水学科维度方法研究与展望

综合运用专家调查问卷、比较分析和统计学方法,系统研究了流域生态环境需水方法论与维度问题,分析了不同特征的流域如何选取和优化学科方法,从学科维度探讨了方法特征、使用范围、优选和发展趋势。结果表明,流域生态需水方法论可以从方法、学科、空间维度和程序维度4个方面进行研究。根据发展阶段和问题需求,目前学科维度重要性居于首位,重要性顺序为：学科维度（46%）〉方法维度（33%）〉空间维度（12%）〉程序维度（8%）。学科各子维度方法数量依次为：水文学方法（31%）〉生态学方法（28%）〉其他方法（21%）〉水力学方法（12%）〉综合法（8%）。比较不同学科方法计算同流域的生态需水量结果相对标准偏差均大于0.25,差异性较大。流域生态环境需水方法在学科维度层面呈现从单学科分析向多学科综合发展、从局部过程向全流域水文循环过程发展、从传统技术向数字流域技术发展的趋势。建议以流域水环境问题为导向,以流域生态系统管理和系统优化理论为指导,以生态优先和保证基流为基本原则,对于生态参数和科学方法进行科学筛选、整合与优化。     

青海共和盆地生态需水研究与计算

 针对水资源合理配置研究中生态需水所处的位置与研究意义,在总结前人研究成果的基础上,以青海共和盆地为例,对生态需水进行初步计算,得出:共和盆地河道外生态需水量为0.053亿m3,主要为人工林地所用,河道内生态需水量为3.523亿m3,共和盆地生态需水量共计3.576亿m3,占共和盆地总水资源量的54.79%。因此,生态需水在区域水资源可利用量中占有较大比重,应将其作为重要部分纳入研究区水资源配置中,对水资源进行重新分配;同时,研究区的生态环境建设措施应以恢复退化草场和改造乔木纯林为乔灌结合林为主。     

基于生态功能分区的陕北延河流域旱地系统生态需水测评

该文以延河流域旱地系统为研究对象,选取具有生态学和水文学意义的指标,建立流域生态功能分区指标体系,应用"3S"技术,划分流域生态功能分区。在此基础上,运用相应的数学模型,对各分区旱地系统的生态需水及其空间分布特征进行测评和分析。结果表明,延河流域基本划分为防风固沙区、防旱抗旱区、水土保持区、农业种植区和植被保护区等五大生态功能分区。景观尺度上,有林地-黏壤土的单位面积生态需水最大,约为502.31mm/a;牧草地-砂壤土的单位面积生态需水最小,约为300.01mm/a。生态功能分区尺度上,植被保护区的单位面积生态需水最大,约为357.72mm/a,防旱抗旱区的单位面积生态需水最小,约为304.73mm/a。该研究为明确流域水生态环境保护目标以及水土资源的利用方向和生态整治重点提供科学依据。     

兰州新区土地利用现状调查及生态需水研究

借助ArcGIS软件对兰州新区2016年的遥感影像进行解译,提取研究区土地利用空间分布和植被覆盖类型数据,计算了研究区不同植被类型、绿化用地、水体的生态需水量。研究结果表明:①全区土地总面积80 645.29 hm²,其中耕地面积最大,为31 378.43 hm²;其次为荒地,面积为25 349.23 hm²。②研究区年生态需水总量为2 157.50万m³,其中上川镇86.50万m³、秦川镇332.79万m³、中川镇1 073.52万m³、树屏镇359.65万m³、西岔镇305.04万m³、水阜乡0。③不同土地利用类型中,植被年生态需水量最大,为1 332.81万m³,占总量的61.78%;绿化用地年生态需水量次之,为614.40万m³,占总量的28.48%;水体年生态需水量较小,为210.29万m³,占总量的9.75%。     

玛纳斯流域生态需水变化与景观格局的响应关系研究

选取西北干旱区水土开发的典型区域玛纳斯河流域为研究对象,基于遥感和GIS技术,与气象站点实测资料相结合,采用FAO56Penman-Monteith法,在ArcGIS建好彭曼模型计算研究区生态需水。利用TM数据解译出1990年、2000年、2010年3期土地利用分类图对玛纳斯河流域进行景观生态学研究,最后尝试性分析生态需水与景观格局关系。结果表明:(1)各区域生态需水变化趋势存在差异,主要表现在山区生态需水增加,平原区生态需水减少。景观格局分析发现2000—2010年中部平原的西面和北面成片出现连通现象,是生态环境恶化较为严重区域。(2)空间上,山区生态耗水量增加,植被多样性指数上升,蔓延度指数下降。时间上,生态耗水量增加,周边的蔓延度指数上升,多样性下降;(3)空间上,绿洲景观格局指数变化与生态需水定额无明显关系,时间上,生态需水定额减小,但在人类活动影响下,周边的景观连通性下降,多样性上升,与山区的结论相反。生态需水定额的减少,将有利于植被的生长,但由于人类活动的影响,生态环境遭到破坏。     

辽宁省卧龙湖最小生态需水的研究

湖泊最小生态需水对于维护湖泊生态功能,协调社会经济用水和湖泊生态用水之间的关系,实现水资源科学配置和持续利用有着重要的作用。以辽宁省卧龙湖为研究对象,构建了最低生态水位和最小湖区耗水的计算模型。基于所有的气象,水文等资料,计算出卧龙湖湖泊最低生态水位为86.73 m。湖区年平均最小生态耗水为357.092 1万m3。     

基于生态需水的水资源分析——以贵州省盐津河流域为例

[目的]探究中国西南湿润地区流域生态需水量计算方法,为流域水资源配置提供科学的数据参考。[方法]选择贵州省盐津河流域为研究对象,采用彭曼法、Kristensen-Jensen模型、MIKE SHE分布式水文模型(DHI)、环境功能设定法等方法从农田系统、林草系统、水生态系统计算流域最小及满意需水量,并结合水资源状况对盐津河水资源配置提出建议。[结果]盐津河总生态需水量为1.39×10~7~2.04×10~7m~3,流域内农田用水较多的是4,7和8月,林草系统不存在缺水现象,河道内枯水期及丰水期水量差距较大,可利用水量为3.84×10~7~9.17×10~7 m~3,在保证枯水期生态水量同时,取水时间主要在5—8月。[结论]河道取水应注意考虑农田作物用水规律,在预留农业用水时需要考虑作物类型及种植面积,严格遵循降雨及生态用水规律,建立蓄水设施,保证全年的生产生态用水。     

东辽河流域河流系统生态需水研究

河流系统的生态需水是指维持河流正常的生态结构和功能所需要的一定水质最小水量 ,具有明显的时空变化特征。河流系统的生态用水包括河道系统 (包括排沙生态用水和水面蒸发生态用水 )和洪泛地系统两大系统的生态用水。东辽河流域河道系统生态需水量占年均径流量的 44 .43%。洪泛地生态用水量为 16 .87亿 m3,占全流域年均降水量的 2 8.0 2 %。必需采取有效措施进行河流水资源开发的有效调控。     

半干旱草原植被建设生态需水相关问题的探讨

重点从微观角度研究半干旱草原区植被建设生态需水相关问题。介绍植被恢复过程现状生态需水量计算方法,以充实和完善生态需水理论的研究,并为半干旱草原区生态建设提供一定科学依据。     

作物需水时空尺度特征研究进展

受气象、土壤和种植条件等客观条件的影响,作物需水时空尺度分布具有明显的时空异质性,致使作物需水的理论和模型具有高度的尺度依赖性。基于此,该文对作物需水时空尺度特征的计算方法及其运用情况作了详细的阐述,并建议在今后作物需水时空尺度特征的进一步研究中,应以试验数据为基础,运用分形、小波、信息熵等复杂性理论,研究作物需水的时空尺度特征,发展既有理论基础又便于应用的区域尺度的作物需水量估算新模式。     

黄河中游河道生态环境需水量研究

河流生态环境需水量作为维持河流生态系统功能的重要因素已成为当前研究的热点问题之一.本文在探讨河流系统生态环境需水量内涵的基础上,系统阐述了生态环境需水各分项的计算方法,并以黄河中游为例,针对该区的实际情况,采用蒙大拿法、最小月平均流量法、最大月平均含沙量法等计算研究区主要支流的生态环境需水量.计算结果表明,黄河中游生态环境需水量为47.356亿m3,输沙需水量为40.666亿m3,水面蒸发需水量为10.314亿m3.窟野河、无定河、汾河、泾河、北洛河、渭河、伊洛河和沁河的河道生态环境需水总量分别为2.071亿m3、3.393亿m3、10.143亿m3、8.699亿m3、3.575亿m3、34.601亿m3、6.481亿m3和2.505亿m3.由于黄河中游并非一个独立的河流系统,与上、下游有着密切的水利联系,难以确定黄河中游河道生态环境需水总量,有待进一步探讨和研究.     

河北省棉花灌溉需水量与灌溉需求指数分析

对不同水文年份作物需水量和灌溉需水量的分析能够为作物灌溉用水定额的制定、作物生育期的水分管理和农业水资源规划提供基础数据。该文基于河北省棉区的气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith 公式和作物系数法计算参照作物需水量和棉花需水量;利用水文计算应用最广的皮尔逊III型分布曲线,通过频率计算和配线法确定不同水文年份棉花生育期的有效降水量和需水量;据此分析不同水文年份棉花的灌溉需水量和灌溉需求指数。分析结果表明,河北省棉花多年平均需水量648.9 mm,多年平均灌溉需水量190.6 mm,多年平均灌溉需求指数0.29。枯水年（P=75%）、平水年（P=50%）和丰水年（P=25%）河北省棉花灌溉需水量分别为299.1、182.8和84.7 mm,灌溉需求指数分别为0.45、0.28和0.13。     

基于GIS技术的北京通州区灌区生态需水研究

生态需水是区域需水的重要组成部分,灌区生态需水是维持灌溉农业持续发展的基础。在对降水、地表水和地下水分析的基础上,利用地理信息系统(GIS)技术对北京市通州区生态系统进行了分类,确定了不同生态系统的生态需水量。结果表明：2003年通州区生态需水量为45.33×10⁶ m³/a,生态、生活和生产需水量是可供水资源量的1.23倍,用水矛盾较为突出。在采用节水、开发新水源和区外引水等措施后,2010年和2020年研究区的生态、生活和生产需水基本可以得到满足,实现区域水资源的供需平衡。该文研究结果为通州区水资源的合理配置提供了科学依据。     

贵州省农业净灌溉需水量与灌溉需求指数时空分布

农业用水需求时空分布规律可为区域抗旱减灾管理和灌溉水资源优化配置提供科学依据。基于贵州省及其周边国家气象站点长系列资料和1953-2012年贵州省9个市(州)水稻、玉米、冬小麦、油菜和烤烟的种植面积,计算贵州省9市(州)近60 a净灌溉需水量及灌溉需求指数,分析其时空分布特征。结果表明:1)贵州省的净灌溉需水量和灌溉需求指数分别在314.48~742.57 mm和0.34~0.68之间,60 a间农业净灌溉需水量的和灌溉需求指数呈波动变化,多峰值分布的特征,总体上峰值有所减小但波动周期延长;2)1993—2000年是净灌溉需水量和灌溉需求指数总体变化的转折时期,之前为下降期,之后为上升期;3)净灌溉需水量和灌溉需求指数的季节特征明显,分别为夏季和冬季最高;4)净灌溉需水量(IR)呈现东高西低的规律,灌溉需求指数(IRI)呈现东部、西北部高,西南部低的规律,全省9市(州)可分为3个风险区,东部、西北部的缺水高风险区是抗旱管理的重点区域;5)气候变化是贵州省净灌溉需水量和灌溉需求指数升高的主导因素,它主要通过降水减少来实现的。研究可为贵州省农业季节性缺水问题识别、农业水利工程布局和种植结构调整提供支撑。     

基于GIS和地统计学的作物需水量等值线图

利用“全国灌溉试验资料数据库”中作物需水量试验数据,在ERSI的ARCGIS和微软电子表格EXCEL支持下,将GIS的空间数据管理功能和地统计学的空间分析功能有机结合,用多种插值方法进行山东省冬小麦需水量等值线图的绘制,结果表明：地统计学方法优于常规的反距离加权方法、多项式方法和径向基函数法;地统计方法中的普通克里金(Ordinary Kriging)球状模型的预测误差的均值、预测误差的均方根、平均预测标准差、平均标准差、标准均方根预测误差等5个指标均优于普通克里金指数模型、简单克里金(Simple Kriging)球状模型和简单克里金指数模型,具有较高的插值精度。     

基于LMDI的灌溉需水量变化影响因素分解

为研究灌溉需水量的驱动因素,该文以甘肃省武威市为研究区,基于扩展的Kaya恒等式构建灌溉需水量因素分解模型,利用对数平均迪氏指数分解法(logarithmic mean Divisia index,LMDI)对武威市1995—2012年总体及不同时段灌溉需水量驱动因子进行因素分解,并计算灌溉需水量的影响因素的效应值。结果表明:近18 a来,武威市各行政区以节水高效为目的对武威种植结构进行了大幅调整,减少了高耗水作物小麦的种植面积,增加了耐旱的玉米、棉花等作物的种植面积;在1995—2012年间,武威市灌溉需水量减少了5.023×108 m~3,种植规模效应、种植结构效应、气候变化效应、节水工程效应分别为2.435×108 m~3、?3.994×108 m~3、?1.286×108 m~3、?2.178×108 m~3;不同作物对灌溉需水量增长的效应不同,其中小麦抑制灌溉需水量增长,是灌溉需水量减少的最主要影响因子;4个分解效应在不同时段对武威市各区县灌溉需水量作用不同,但除在2000—2005年对凉州区灌溉需水量增加有微弱的促进作用外,种植结构效应在不同时段均表现为抑制灌溉需水量增长的作用。研究结果为合理调控农业发展规模,制定武威市灌溉用水规划提供参考。     

水土保持生态自然修复与生态文明建设

水土资源是人类发展与文明的根基,如何整治日趋恶化的生态环境、防止水土流失、恢复和重建受损的生态系统成为生态文明建设的关键.水土保持生态自然修复是一个费省效宏的水土流失综合防治办法,水土保持生态修复是实现资源节约型、环境友好型社会的重要途径,也是建设生态文明与美丽中国目标实现的重要载体.在分析水土保持生态自然修复与生态文明建设相互关系的基础上,概括我国水土保持生态自然修复的成效与经验,明确水土保持生态自然修复工作需要亟待加强的几个领域,提出未来实施水土保持生态自然修复工作的若干发展策略.