生态水文学

摘要： 针对我国西南喀斯特地区生态环境演变历史及新的形势下面临的挑战问题,系统地总结了植被退化、人工恢复、自然演替三个阶段植被、水文、土壤和溶蚀等观测实验得出的成果,阐述了喀斯特生态水文模型的发展及存在的问题。以地球关键带科学系统思维和多学科综合研究范式,提出了喀斯特地区大气-植被-土壤-岩石系统结构和组成以及协同演变理念;从多学科交叉、系统观测、模型集成视角,探讨了生态水文与碳、水、钙循环协同演变的研究途径,并以此提出推动喀斯特生态水文学发展的建议,为全球气候变化和绿色发展形势下喀斯特地区生态环境恢复提供科学支撑。

摘要： 为研究土壤水分对气象因子的响应规律,以广西猫儿山典型小流域的人工毛竹林地为研究区,以定位观测的气象数据和4个测点的土壤水分进行典型相关分析,结果表明,在气象要素方面,水汽压差(VPD)对4个点不同厚度的土壤水分(SMC)的影响最显著,即VPD的波动最易导致土壤水分的变化.在影响时间方面,4个点中大体为土壤水分观测日前连续4 d的气象因子(CMF)对SMC影响最显著,表明土壤水分的变化更多地受前4 d的气象条件的综合影响.各气象要素中降水量(P)与CMF呈正相关关系,但影响不大,表明土壤水分除受气象条件影响外,植被则是另一主要影响因子.

摘要： 目前,大多数高校的"生态水文学"课程以室内课堂教学和理论讲授为主,缺少与教学内容相匹配的室内实验课和野外实践课教学.通过探讨"生态水文学"实验实践课程的建设规划,最终形成"1+2+3+N"教学改革模式,并打造"课堂—实验室—监测站—野外—课堂"的闭环教学体系,使理论与实践结合、动脑与动手结合、室内与室外结合、实验室与野外场地结合,从而极大地提高了教学质量,最大限度地发挥了课程的应用价值,有效助益了其精品和一流课程的打造.

摘要： 水是自然界中最活跃、最关键的要素,是地球各圈层间、各自然要素间相互作用的主要桥梁和纽带,也是资源系统中联系各种资源的桥梁和纽带.从生态水文学研究发展动态角度出发,提出了自然资源要素综合观测要加强水作用过程的观测研究;从生态平衡、生态环境、资源环境3个术语的科学内涵角度,阐明了生态、资源、环境观测-监测研究的本质.

摘要： 本文研究涉及生态水文学中生态需水问题的一般认知。探讨了生态系统动态变化与水流驱动力因素之间的关系,重点探讨水流驱动因素中的关键指标——流速,通过分析流速与生态系统相互作用,从生态水文学动力因素出发估算生态需水;基于生态流速和水力半径,提出考虑河道内生态需水与水力因素关系的生态水力半径法,充分利用水生生物信息(鱼类产卵洄游流速)与河道信息(水位、流速、糙率等)估算河道内生态需水;归纳生态水力半径法在生态需水计算中的初步应用:考虑污染物降解耦合水量水质的生态需水计算、考虑鱼类等生物对流速要求的生态需水计算、考虑河道冲淤平衡的输沙需水量计算等方面。本文提出的生态流速研究既包括生物生长发育适宜的流速,又包括流速大小变化所涉及的许多动力因素,旨在延伸与扩展生态水文学的内涵与应用。

摘要： 森林与径流的关系一直是林学、生态学以及水文学领域研究的难点和热点问题,至今依然存在较大争议.全世界开展了一个多世纪的集水区观测试验,也呈现出截然不同的观测结果.本文系统梳理世界上不同地区广泛开展的基于单独/配对集水区试验的森林与径流关系的研究结果,探讨森林与径流关系的争论观点和争议来源,指出未来应加强的研究方面:1)开展大尺度、多尺度耦合与精细化研究;2)开展跨站点、跨区域整合研究;3)注重过程、机理及模型模拟研究;4)加强多学科交叉、多方法比较的系统性研究.

摘要： 河流生态流量是维持河流生态系统健康的重要的条件。选取长江荆江三口(虎渡口、藕池口、松滋口)作为控制性断面,采用年内展布法和IHA-RVA法计算分析了河道最小和适宜生态流量,并利用Tennant法进行了合理性验证。其中,最小生态流量分别为264.3、241.3、680 m^3/s,分别占多年平均天然流量的44.4%、16.4%、46.9%;虎渡口、藕池口、松滋口三个断面的适宜生态流量分别为409.5、613.2、1 017.2 m^3/s,分别占多年平均天然流量的68.8%、41.7%、70.1%。本研究所采用计算方法计算的生态流量结果能够满足河流生态目标的需求,与天然河流年内丰枯变化状态相吻合,计算结果较为合理。该研究可为荆江三口的水资源管理以及生态系统的保护和恢复提供科学依据。

摘要： 生态水文学是一门探索和揭示形成生态格局和过程的水文学机制的科学,它的研究应用对解决涉水的生态环境问题及由此引发的水灾害问题有重要支撑作用.阐述了生态水文学的学科发展背景和需求,给出了生态水文学的概念并总结了生态水文学的研究问题,提出了生态水文学国际国内最新研究动向,展望了学科的发展与战略.

摘要： “生态水文学”专业课程实行全英文教学,存在着许多困难,如学生对知识的接受和理解较慢,影响了教学效果.针对全英文教学中的问题,对“生态水文学”课程进行了翻转课堂的教学探索.通过课上课下教学环节,很好地调动了学生的学习兴趣,提高了学生自主学习的能力和综合能力,增进了学生之间和师生之间的交流,提高了团队协作的能力,取得了较好的学习效果.

摘要： 生态系统一般包括了生命体和非生命的物质与能量,后者包括了光热、水土、空气等.研究水与生态系统的关系,是生态水文学的核心内容.水是生命之源、生产之要、生态之基,水是非生命物质,又是生命物质与生命活动所不可或缺的要素,其存在与循环状态可改变生命所依存与发展的空间,对生态系统既有正向促进作用,又有负向破坏作用.因此,水及水文循环对生态系统极其重要,与生态系统的关系与影响具有多样性.在人类,研究生态的目的最核心的是研究人类与自然的相互作用与关系,认知人类与自然和谐;研究水生态和生态水文的核心目的是追求人与水的和谐,实现人类的可持续发展.一般来说,对于洪水要特别强调人与水和谐.在一定的意义上来讲,人类生活与生产(人居)活动的空间就是人居环境.显然在人类之前其原来无生活生产活动的自然环境也就是原生态.在这种情况下,可以认为对生态系统的认识可以视其为大自然,简而言之,生态就是大自然.限于篇幅,本文试图仅从基础理论与应用基础研究的若干方面提出问题,而不予详细展开论述.

摘要： 生态水文学是20世纪90年代以后,在全球水资源日趋短缺,生态环境日益恶化的背景下产生的一门新兴的交又学科,是一门揭示生态系统中生态格局和生态过程水文学机制的科学.这一学科一经产生,便受到了国内外水文学家和生态学者的广泛关注和重视.本文详细介绍了生态水文学概念的提出过程,在前人研究成果的基础上,概括了生态水文学的内涵.介绍了生态水文学模型的概念、分类,分析探讨了生态水文模型的结构模式,在综合分析生态水文学目前研究中存在问题的基础上,对生态水文学在退化草地中的草地水循环、生态水文学机理研究、基于信息技术的耦合集成研究方面进行了展望.

摘要： 近年来,由于经济社会发展,人类活动不断加剧和城市化规模不断扩大,对于自然生态水文系统所产生的胁迫和压力不断加大,在某些地区出现了严重的生态环境恶化.本文概述了国际生态水文学发展背景、发展过程和淡水生态系统的压力可能产生的危机,以及我国生态水文学发展概况;同时提出了对水文系统应着力开展的主要研究与工作的几点认识与建议.

摘要： 根据生态系统保护的要求,以提高生态系统承载力、保护河口生态系统完整性和稳定性为原则,促进区域生态系统的良性维持为目标,从生物多样性保护的角度,研究确定了约为23600hm的黄河三角洲应补水的湿地恢复和保护规模。在此基础上,采用景观生态学的原理和方法,在湿地植物生理学、生态学、水文学研究基础上及遥感和GIS技术的支持下,研究水分-生态耦合作用机理,建立基于生态水文学的黄河口湿地环境需水及评价模型,并运用预案研究方法和景观生态决策支持系统的规划评价思想,预测和评价了黄河口湿地不同补水方案产生的生态效果,重点研究了丹顶鹤、白鹳、黑嘴鸥等指示性物种适宜生境条件与湿地补水后的生态格局变化。研究在统筹黄河水资源条件、水资源配置工程措施和湿地生态系统综合保护需求后,推荐提出了黄河三角洲湿地恢复和保护的3.5亿m黄河补水计算成果。

摘要： 本文综述了生态水文学的产生、概念、理论体系及研究进展,并探讨了生态水文学与盐渍化研究的内在关联性,旨在梳理生态水文学产生与发展的基础上,应用生态水文学的理论和方法,揭示干旱盐化地区生态系统的格局和生态过程的水文学机制,从而对干早地区土壤盐渍化过程进行预警和诊断,并提出盐土改良中的生态水文学对策,尤其是关于盐土改良中的植被恢复的结构与格局的优化方案,带来更多的生态—经济—社会效益。

摘要： 随着人口增长和人均农业、工业、生活和娱乐用水的增加,人类对水的需求不断上升,在世界上许多地方,河道和湖泊中的水被输送到水资源缺乏的地方,高度依赖地下水或地表水的生态系统已经面临地下水位的降低的境地,而调集的地表水往往由于污染或是含有大量化学成分而有别于原水,对本地生态系统造成负面影响,且调集水资源往往花费大量经济资源,使得综合效益地下.论文将以生态水文过程为基础,借鉴荷兰地下水管理经验,结合生态水文学理论,提出解决在"人为不当干预下或洪涝灾害"下荷兰地下水问题的解决方案流程,其中包括:相关理论构建、解决问题的思路分析以及具体方法的运用.最后,本文试图将此方法运用到城市水文管理上,通过生态水文学过程总结城市水文管理方法论.并适当结合生态规划理念,探讨生态水文学对当今关于海绵城市建设的机制研究指导,并提出相关规划思路建议.

摘要： 针对中国目前生态需水研究难以反映河流自然水文情势的问题,以齐口裂腹鱼为目标鱼类,基于IHA和EFC指标体系,选取日涨水率、持续涨水时间、日落水率、持续落水时间、一个完整涨落水周期、流量脉冲发生时间、流量脉冲日涨水率、流量脉冲日落水率8个指标,构建齐口裂腹鱼栖息地生态水文学指标体系.据此分析了齐口裂腹鱼栖息地代表水文站的历史水文资料,对其栖息地生态水文学特征进行了较为全面的研究,结果表明:各指标的适宜值,日涨水率为0.05～0.1,日落水率为0.05～0.08,持续涨水时间为1～2天,持续落水时间为1～2天,一个完整涨落水周期为为3～5天,流量脉冲发生时间为7～9月,流量脉冲发生次数为7次,流量脉冲平均历时为5天,流量脉冲日涨水率为0.5,流量脉冲日落水率为0.3.将其应用到推求岷江上游干流典型电站生态流量过程中.采用IFIM法对姜射坝电站减水河段所需生态流量过程进行了计算,以IFIM法的计算结果为基础流量,结合本文提出的齐口裂腹鱼栖息地生态水文学指标体系所得出的生态水文学指标体系,得到满足齐口裂腹鱼栖息地水文水力学特征的生态流量过程.

摘要： 基于当前河流生态需水的研究现状,从生态系统需水的内在机理出发,探讨了河流生态需水的内涵;针对当前常用河流生态需水的估算方法,从物理意义、适用条件、适用范围等不同的角度进行了评述分析;结合当前生态水文学的发展需求,展望了今后河流生态需水研究的发展趋势。

摘要： 为了分析大型水利水电工程对生态环境的影响,本文从生态水文学的角度对长江中游的生态水文特征进行了研究.采用一套指标体系包括:长期指标,高流量指标,低流量指标,平均变化指标,涨水落水指标和月流量指标,量化并分析了长江中游的生态水文特征变化.通过分析认为,葛洲坝的修建主要影响涨水落水过程,对其他生态水文特征影响不大.

摘要： 近50来,中国西部气候暖干化趋势明显,尤其是我国西北地区东部的黄河流域,在气候变化和人类活动的双重影响下,原本脆弱的生态环境进一步恶化,其中最突出的问题就是水资源的日益短缺。本文以在黄土高原上发育,流经中国北方干旱、半干旱地区的黄河二级支流--泾河为研究对象,基于20世纪80年代、90年代的土地利用影像资料,以及泾河流域1960-2002年的气候、水文资料,采用美国农业部开发的分布武流域水文模型--SWAT MODEL,分析了80～90年代,泾河流域降雨量、径流量、土地利用/覆盖变化(LUCC)的变化。结

摘要： 本发明涉及一种基于机理性流域水文模型的水文生态系统服务计算方法，包括采用流域水文模型将整个流域进行划分，得到水文响应单元空间分布图层；在不同条件下模拟各水文响应单元内的水文循环过程和营养物质循环过程，得到两次各水文响应单元内的总产水量、泥沙产生量、有机和无机营养物质产生量；将它两次得到的结果相减得到泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量之差，并将总产水量、水土保持和水质净化作为流域水文生态系统服务，进而得到总产水量、水土保持和水质净化水文生态系统服务空间分布图层。本发明考虑了水文循环过程和营养物质循环过程，模拟的流域水文生态系统服务结果准确性较高，能够为流域水资源的管理提供更为精准数据支持。

摘要： 本发明公开了一种透水路面结构的水文学性能评价方法，通过三个指标评价透水路面结构的水文学性能，其中，透水沥青面层的渗透系数反映了外部雨水以及地面径流进入透水路面结构的能力，其值太小会导致雨水及地面径流难以进入透水路面结构，在降水很小时地面路面就会产生积水，难以发挥透水路面结构的调节地面径流的作用；蓄水能力反映了理想状态下透水路面结构存储雨水和地表径流的能力，蓄水能力太小，说明透水路面结构设计不合理，难以实现良好的城市防涝作用。本发明解决了现有透水路面结构的性能评价体系涵盖面不全的问题。

摘要： 本发明公开了一种基于水文学原理的透水性铺装路面的设计方法，以水流的入流和出流平衡为基本原则，针对透水性铺装制定了基于水文学原理的设计方法，可用于确定符合水文学条件的铺装参数，如铺装厚度和材料孔隙率等，使所设计的铺装在满足结构设计要求的同时，能满足特定暴雨条件下的安全使用。本发明解决了透水性铺装路面体系的设计方法一般以满足结构强度设计为主，存在对透水性的设计考虑因素单一的问题。

摘要： 本发明公开了一种基于社会水文学的城市圈人水耦合模拟方法及系统，可耦合水资源、社会、科技、人类意识、经济和水环境等因素，建立以针对人类意识激发的水环境负反馈回路和针对科技激发的经济发展正反馈回路为核心的模型理论结构。建立数学方程量化科技和人类意识，表述科技模块、经济模块、水量模块、水环境模块、社会模块之间的相互作用与反馈，可针对不同研究区域的特点及研究需求，建立相应的城市圈人水耦合模型，并依据模型模拟结果给出相应的决策分析以及预测分析，为城市圈人水耦合模拟提供新思路。

摘要： 本发明公开了一种城市与山地水文学实验模型装置，由主控台、导线、换气扇、降雨装置、造风装置、地形平台和封闭空间组成；在主控台中输入地形数据，通过导线传递到地形平台，在平移电机和移动电机的作用下，通过升降电机控制电磁撞杆及电磁撞杆的升降，来控制地形模块的位置，进而在地形平台上形成与主控台中相同的地形状态。在主控台中输入降雨和风场数据，通过降雨装置来模拟降雨状态，通过造风装置来模拟实际风环境，通过换气扇来平衡封闭空间内与外界环境的环境参数平衡。将移动流量计调节至地形凹陷的边界位置，用来收集与测量地形平台上流出的流量数据。该装置制作成本低，运行简便，灵活性强，适用范围广，便于普及使用和推广。

摘要： 本发明涉及一种基于机理性流域水文模型的水文生态系统服务计算方法，包括采用流域水文模型将整个流域进行划分，得到水文响应单元空间分布图层；在不同条件下模拟各水文响应单元内的水文循环过程和营养物质循环过程，得到两次各水文响应单元内的总产水量、泥沙产生量、有机和无机营养物质产生量；将它两次得到的结果相减得到泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量之差，并将总产水量、水土保持和水质净化作为流域水文生态系统服务，进而得到总产水量、水土保持和水质净化水文生态系统服务空间分布图层。本发明考虑了水文循环过程和营养物质循环过程，模拟的流域水文生态系统服务结果准确性较高，能够为流域水资源的管理提供更为精准数据支持。

摘要： 本发明提供基于贝叶斯层次模型的水文生态响应关系、生态流量确定方法及系统，为生态流量的科学、合理确定以及河流健康可持续发展提供有效途径。水文生态响应关系确定方法包括：步骤1：根据水生生物的生长繁殖与流量以及水温的关系，采用研究区域河段内流量及水温来反映生物指标；根据研究区域水文水力特性划分河段，对研究区域内流量、温度、生物指标进行多次采样，获取样本信息；步骤2：基于获取的样本信息，建立基于贝叶斯层次分析的水文‑生态响应模型；步骤3：设定模型的先验分布和后验分布，得到反映水文情况与生物指标关系的水文‑生态响应预测模型。

摘要： 本发明公开了一种流域生态水文及生态补水调控方法，其包括以下步骤：S1：计算流域内的污染量、S2：建立河道糙率n与可净化植被在淹没条件下的关系模型、S3：根据流域内防洪要求的粗糙率ni，计算流域内植被的最优种植面积Xi、S4：根据最优种植面积Xi计算植物的蒸发量，最优种植面积中种植的植物的水净化量、S5：计算流域内河道水面的蒸发量E0、雨水资源量W和流域内的河段槽蓄量V、S6：计算流域的缺水量、S7：根据缺水量利用上游的供水枢纽进行开闸供水，实现流域内的补水调控。本发明从多个角度对流域内的水资源进行分析，解决流域内生态廊道的水资源短缺、廊道生态过程阻滞和耗竭与功能板结等问题。

摘要： 本发明公开了一种基于控制性生态因子比尺的湖泊生态水文节律确定方法，包括S1、收集处理目标湖泊湿地历史水位数据和历史生态因子数据，并获得目标湖泊湿地DEM数据；S2、采用Mann‑Kendall检验法分析目标湖泊湿地水位的趋势性和变异性以确定天然水位过程；S3、基于目标湖泊湿地DEM数据，进行水面‑陆面分布与土地利用的叠加合并；S4、确定目标湖泊湿地的主控因子干湿交替面积变化率；S5、基于主控因子干湿交替面积变化率，采用生态比尺法确定生态水位。本发明正向计算可以保证现有景观格局条件下确定湖泊生态水位或建立健康的水文节律，逆向应用可以给出适宜的生态水位或健康的水文节律条件下的不同土地利用调整情景。

摘要： 本实用新型公开了一种城市与山地水文学实验模型装置，由主控台、导线、换气扇、降雨装置、造风装置、地形平台和封闭空间组成；在主控台中输入地形数据，通过导线传递到地形平台，在平移电机和移动电机的作用下，通过升降电机控制电磁撞杆及电磁撞杆的升降，来控制地形模块的位置，进而在地形平台上形成与主控台中相同的地形状态。在主控台中输入降雨和风场数据，通过降雨装置来模拟降雨状态，通过造风装置来模拟实际风环境，通过换气扇来平衡封闭空间内与外界环境的环境参数平衡。将移动流量计调节至地形凹陷的边界位置，用来收集与测量地形平台上流出的流量数据。该装置制作成本低，运行简便，灵活性强，适用范围广，便于普及使用和推广。