地理信息系统在流域生态水文过程模拟研究中的应用

生态水文学是研究生态格局和生态过程变化水文学机制的科学。该学科的一个重要研究方向是探讨不同时空尺度上和一系列环境条件下的生态水文过程，包括生态水文物理过程、生态水文化学过程及其生态效应。这必然要求建立相关生态水文模型。生态水文过程影响因素众多．而且具有明显时间和空间变异性．需要多时相、多信息源的历史动态变化信息以及多方法和多学科的综合。目前．GIS在信息的动态获取、分析处理、可视化以及二次开发等方面的技术和方法取得了长足的进步，为实现生态水文过程研究提供了有力支持。     

赤水河流域生态水文过程对土地利用/覆被变化的响应

[目的]分析赤水河流域近十年土地利用变化特征,探索生态文明建设背景下水资源空间分配与水文循环过程,以期为流域提供合理的土地利用规划依据及促进流域的可持续发展.[方法]以赤水河流域为研究对象,在1967～2020年的气候背景下,基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模拟了流域2008...     

1963-2014年呼伦湖流域降水对径流量变化的影响

[目的]分析呼伦湖流域降水对径流量变化的影响,为流域水资源可持续利用和高效配置提供可参考依据.[方法]根据呼伦湖流域阿拉坦额莫水文站1963-2014年水文气象数据,采用累积距平法和Mann-Kendall法结合对呼伦湖流域50a径流和降雨年际变化趋势进行分析,确定出2个拐点年份,用累积量斜率变化率比较法评估降水对呼伦湖流域径流变化的影响.[结果]拐点年出现在1972,1999年,以初始研究阶段T1(1963-1972年)为基准期,不考虑潜在蒸散量变化的影响,T2(1973-1999年)和T3(2000-2014年)时期的降水量减少对于径流量减少的贡献率分别为0,40.70％.[结论]21世纪年代以后降水与径流明显偏少,年径流量与降水量有很好的线性相关关系,降水减少是径流减少的主要原因.近年来人口增多,畜牧业发展昌盛,也对径流有一定的影响.     

呼伦湖沉积物重金属分布特征及生态风险评价

采样分析了呼伦湖表层沉积物重金属（Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、As、Hg）的含量、分布特征及富集状况,分别以现代工业化前正常颗粒沉积物中重金属含量的最高背景值和我国《土壤环境质量标准》的一级自然背景值为参比值,采用瑞典学者Lars Hakanson的潜在生态危害指数法对呼伦湖沉积物中重金属的富集系数和生态危害系数以及各采样点的生态危害指数进行了评价。结果表明,呼伦湖沉积物中7种重金属的空间变异性较小,其中Zn、Cr、Cu的含量变化具有相同趋势,其他元素的含量分布无明显区域变化;以两种背景值为参比得出的重金属污染水平顺序相近,Cd和As为对呼伦湖生态环境具有潜在影响的主要重金属元素。     

流域土地利用/覆被变化对水文过程的影响研究进展

随着全球变化研究的深入,土地利用/覆被变化(LUCC)与水文过程的相互作用成为全球生态与环境研究的热点和前沿问题.在阐述土地利用/覆被变化对水文过程影响特性的基础上,从LUCC对径流影响的研究成果、研究方法,以及模拟尺度等方面概述了LUCC对水文过程影响的研究进展.综合分析表明,由于区域气候和地理的差异性,以及研究尺度和方法的不同,特定流域上LUCC对水文过程影响的结论难以取得一致.需要考虑多方面因素,正确评价LUCC对水文过程的影响,加强生态环境效应研究,为流域土地利用规划和水资源的合理配置提供科学依据.     

呼伦湖流域近55年气候变化特征

收集了呼伦湖流域1960—2014年的逐日气温、降水、蒸发和相对湿度数据,提取了包括年平均、季节平均值及极端天气等9个指标,采用Mann-Kendall趋势检验、线性倾向估计法以及5a滑动平均等方法在年和季节尺度上分析了该地区的气候变化趋势,并利用Pearson相关系数探究这四个气象要素之间的相关性。结果表明:(1)年气温显著上升,降水变化不显著,蒸发显著减少,相对湿度显著降低,气候向暖干化方向发展。(2)春夏秋季温度、蒸发和相对湿度的变化趋势与年相同,最大升温速率发生在春季,每十年上升0.43℃,冬季变化均不显著。(3)平均降水和极端降水在冬春季节都显著增加,然而夏季降水以最大幅度减少,并且夏季持续时间较长的极端降水减少显著。(4)夏季气温升高最显著,相对湿度显著降低,容易发生干旱。冬季极端降水增多则可能导致雪灾加剧。     

枣庄市水环境生态安全评价

基于枣庄市水环境现状,按照“状态—压力—响应”模型要求,建立了枣庄市水环境生态安全评价指标体系。并采用综合指数法对枣庄市水环境生态安全水平进行了评价,通过确定评价标准进行综合指数分级处理,与五个水环境生态安全等级进行关联,分别对应重警、中警、预警、较安全和安全状态。在时间上以1999年～2005年的数据为依据,进行枣庄市水环境生态安全的年际演变分析。研究结果表明：1999年～2005年枣庄市水环境生态安全评价综合值总体趋势下降,水环境生态安全已经进入预警状态;状态评价值逐年下降,表明枣庄市水环境生态系统持续受损,水环境压力特别是农业面源污染逐年增加是枣庄市水环境生态安全综合评价值下降趋势的重要原因。     

流域生态经济系统规划

依据流域生态经济系统规划特征，用目标规划法进行流域生态经济系统规划。以黄土高原地区为例，建立了相应的流域生态经济系统目标规划模型，并分析了规划模型的运行过程。     

生态住宅的水环境规划：I.水循环

生态住宅已成为住宅建设的发展趋势和潮流,水环境是生态住宅小区的重要组成部分。文章以中信保利达美景度假区为实例,根据度假区建筑总体规划方案,结合当地自然条件和水环境现状,探讨生态住宅小区的水环境规划,全面统一规划住宅小区内各种水系统,提出小区水环境总体规划方案,充分发挥各系统的功能,使其相互衔接、协调与补充。重点对项目所在区域开发前后的水量平衡,水库的水位变化及其安全性,极端气候条件下的库区水量变化及其因应对策,高尔夫球道的用水方案以及项目开发后的水循环模型做了深入探讨,旨在为生态住宅的水环境建设提供范例。     

莲花湖库区水源涵养林水文效应的研究

对莲花湖库区流域人工林主要林型的降水截持效益、林地和荒草地枯落物层持水性能、土壤层物理性状及其蓄水效益进行了研究。结果表明:红松人工林、兴安落叶松人工林和杂木林林冠截留率分别为34.83%,13.05%,19.61%,树干茎流率分别为6.79%,0.58%,4.01%,穿透率分别为58.37%,86.18%,77.66%。林冠截留量、茎流量、穿透率与降水量均呈显著的正相关,并分别给出了它们之间的经验模型。枯落物层最大持水量变化范围为12.024.0 t/hm2,其大小顺序为红松林>兴安落叶松林>杂木林>荒草地。有效拦蓄量变化范围为2.9445.97 t/hm2,排序为红松林>兴安落叶松林>杂木林>荒草地。几种主要林型和荒草地有效拦蓄率变化范围为53.45e.95%,排序为红松林>杂木林>兴安落叶松林>荒草地。各林型土壤最大蓄水量变化范围为1 838.62 186.3 t/hm2,依次为兴安落叶松林>杂木林>红松林>荒草地。土壤非毛管蓄水量为16.2625.28 mm,依次为兴安落叶松林>红松林>杂木林>荒草地。林地土壤入渗速率显著高于荒草地。从土层厚度来说,土壤入渗速率随土层厚度的下移表现出逐步降低的趋势,即空间特征表现出土层上部>中部>下部。本试验为研究森林的水源涵养功能以及进一步综合评价该地区的森林生态功能提供了重要的科学依据。     

呼伦湖沉积物生物硅的分布特征

以Si的生物地球化学特征为基础,结合本小组前期研究成果,探讨了我国纬度最高湖泊呼伦湖沉积物中生物硅（BSi）的分布特征以及有机质与BSi的相关性。研究表明,呼伦湖表层沉积物中BSi的含量介于4.04~18.30 mg.g-1之间,平均11.81 mg.g-1;受陆源输入和沉积物粒度分异的影响,呼伦湖表层沉积物中BSi的空间分布由北西向南东呈现明显递减趋势,BSi的高值区出现在北西部湖区。3个柱芯沉积物中BSi的含量均在10 cm处达到峰值,这可能与20世纪60年代出现的大规模厄尔尼诺现象对湖泊水体中营养盐及藻类繁殖带来的影响有关。沉积物中有机碳与生物硅呈显著正相关关系,OC/BSi值介于0.89~7.22之间,平均2.74,远远小于Redfield比值（106/16）,揭示相同条件下,有机质的分解速率远远大于生物硅的溶解速率,颗粒物表层有机质对BSi起到了很好的保护作用,使沉积物中BSi的大部分不参与再循环。     

阿克苏河流域艾西曼湖湿地时空演变及对生态输水的响应

及时了解和定量分析干旱半干旱地区天然生态系统的变化趋势及对生态输水过程的响应,对维护绿洲生态系统健康具有重要意义。论文结合遥感影像和生态输水监测数据,对阿克苏河流域艾西曼湖湿地的时空演变特征和生态输水的响应进行了研究。结果表明,艾西曼湖水域面积萎缩较严重,由1996年的61.57 km²萎缩至2020年的27.76 km²,经历了快速下降、缓慢下降和缓慢恢复3个阶段,生态输水后水面面积出现明显的季相变化并伴随滞后现象,峰值出现在11月左右;生态输水对地下水位有明显的抬升作用,并受输水量、输水天数的影响,地下水位变动与生态输水的响应存在明显的滞后效应,时间约为1~2个月;不同的自然植被对生态输水的响应特征存在差异,胡杨对生态输水的响应明显且在距离输水口100~500 m的范围内长势最好,NDVI月度变化显示生态输水对自然植被生长的滞后时间为1个月左右。研究结果对阿克苏河流域天然植被恢复、区域水资源调配、生态需水调度等具有重要的指导价值。     

基于生态服务功能的城市湖泊生态系统需水量分析

城市湖泊生态系统具有提供产品、调节生态、文化娱乐和生命支持等四大服务功能，城市湖泊生态系统需水量的确定应以维护其生态服务功能，实现湖泊生态系统可持续发展为目标。阐述了城市湖泊生态系统需水量的内涵，提出了需水量计算应遵循功能性原则、生态优先原则、兼容性原则和动态性原则，建立了基于生态服务功能的城市湖泊生态系统需水量动态模拟模型，最后进行了实证检验。     

环洞庭湖丘岗地区水资源平衡及其管理

对环洞庭湖丘岗生态系统水环境要素的定位观测和小流域水平衡监测研究表明 :环洞庭湖丘岗地区水资源总量丰沛 ,可利用的集雨水量为现今农业用地最大灌溉水需求量的 2 .4 1倍 ,可维持生态系统的水量平衡。但由于雨水的季节性配置差异 ,系统水分有季节性富余与亏缺 ,一般年份 3月中旬至 7月上旬水富余 3 11.3 mm ;8月上旬至 9月下旬水亏缺 13 4 .7mm。天然降水大约 76%产生派生资源参与系统水分循环 ,其余部分主要以径流形式溢泄入下游水域。这一过程使该地区每年流失或向洞庭湖水域输送水 1.3 1× 10 1 0 m3、泥沙 1.64× 10 4 m3、养分 ( N,P,K)0 .89× 10 4 t。该地区土类多属红壤 ,持水能力强 ,但有效含水量低 ,凸现出涝渍、湿害和干旱双重农业水问题。本地区水平衡管理应注重两个方面 ,一是加强集雨水利工程建设 ;二是合理构建坡地农林复合生态系统。     

干旱区内陆河流域水资源开发对水土环境效应的评价指标体系设计

水资源开发的水土环境效应评价是水资源可持续利用评价的前提和基础。根据干域的水土环境特点,分析了水资源开发的水土环境效应间的内在联系,论述了水土环境效应评价指标体系构建的必要性及其构建原则,设计了评价指标体系的大致框架,并就指标体系构建的合理性及指标设置方法进行了论证。     

内蒙古呼伦湖沉积物营养元素分布及环境污染评价

对呼伦湖各采样点表层沉积物营养元素（TN、TP和TOC）的分布特征及相互关系进行了分析,并对表层沉积物进行了营养元素的环境评价和重金属的地积累指数评价。结果表明,新开河、乌尔逊河及克鲁伦河入湖点（A10、F9、I2）营养元素的含量均低于其他采样点,且TOC与TN和TP的环境行为近似,说明TN和TP的沉积与生物有机质的沉积相伴随;呼伦湖沉积物碳氮比的均值约为10.2,说明内、外源有机质基本达到平衡状态。通过对沉积物的环境污染评价发现,呼伦湖沉积物有机污染较轻,仍处于较清洁状态,但有机氮的污染程度较为严重;地积累指数评价显示,主要污染元素为Cd和As,而Hg、Cu和Zn属于无污染状态。     

水土流失对东平湖水质的影响研究

东平湖作为南水北调东线工程中重要的水利枢纽 ,其水质状况和生态环境对整个工程产生着重要的影响。水土流失是产生水污染的一个重要因素。以东平湖为例 ,分析了东平湖水土流失的现状及其对水质产生的影响 ,探讨了有效防治湖泊水污染的水土保持措施