生态水文

摘要： 水库调控下的水文情势、河道环境与鱼类行为之间如何驱动响应,促进生态良性循环的反馈调节机制如何科学建立,现有水库生态调度方案如何优化调整,是近年来我国试验性生态调度工作中面临的一连串新问题,也是我国马上步入后水电时代水库可持续运行与适应性管理迫切需要考虑的问题。通过系统调研和梳理总结,综述了水库调度环境下的鱼类生态响应与生态调度方面的研究进展,认为适应性管理闭环的顶层设计、人工调度环境下的鱼类行为响应机理、刺激鱼类行为响应的水文过程反馈调节机制,以及生态调度实践初期面临的小样本问题,是当前研究的难点和下一步亟待攻克的科学问题。在此基础上,提出了从“驱动力—状态—响应”这一逻辑链条有机串联和系统研究“水文过程—河道环境—鱼类行为”之间复杂响应与互馈关系的设想,并对未来生态水文学、生态水力学和鱼类生态学等多学科的贯通发展,以及新一代计算机和信息技术在本领域的尝试应用进行了展望。

摘要： 气候变暖和过度放牧的共同作用使全球草地出现明显的灌丛化现象,灌木去除是草地灌丛化控制的重要方式,识别这些草灌植被转变对生态系统、生态水文、土壤侵蚀和侵蚀碳流失的影响对草地可持续管理具有重要意义。综述了草地灌木入侵及其控制对植物群落和土壤功能(如土壤有机碳)的影响,以及这些草灌植被变化对生态水文、土壤侵蚀和土壤侵蚀碳流失等水碳耦合过程的影响机制。针对目前草地灌木入侵和去除对植物群落、植被格局、水土过程和功能影响研究的薄弱环节,对未来相关研究提出以下建议:(1)需深化草灌植被转变对碳、氮等生物地球化学循环的影响机制研究,(2)需重视核磁共振光谱、生物标志物、同位素等新技术和植被格局的指数与连通性等新方法在草灌植被转变的水、碳等生态效应研究中的应用,(3)需加强草灌植被格局和生态水文、土壤侵蚀与土壤侵蚀碳等水碳过程的多要素、多过程和多尺度的综合研究。本文旨在为灌丛化草地科学有效的生态恢复与多目标的土地利用管理提供理论支撑。

摘要： 长江流域物种繁多,其中中华鲟是长江珍稀特有物种之一,也是我国一级保护野生动物。但近年来,已监测不到野生中华鲟自然产卵的迹象,因此亟须制定一套适宜的中华鲟保护方案。以长江中下游三峡、葛洲坝水利枢纽工程所控的宜昌江段为研究区域,基于宜昌站1956-2019年的生态水文实测资料,开展了中华鲟生态保护措施研究。结果表明:三峡水库蓄水引起了坝下江段生态水文要素的改变,严重影响了坝下中华鲟的产卵和繁殖,导致其出现了产卵时间推迟、产卵次数减少、产卵规模缩小和受精率降低的现象;在做好对现存中华鲟产卵场进行维护和修复、对新产卵场进行人工再造的同时,应依据中华鲟的“适宜生境”,进一步扩大中华鲟人工增殖放流的数量和规模;在依据中华鲟产卵期内适宜的生态水文目标值对三峡水库进行合理调度的同时,从法律层面做好法制保障,从而使中华鲟的各种保护措施落到实处。本文研究结果可为保护中华鲟种群资源的可持续发展、恢复或改善被破坏的长江生态系统提供科学参考。

摘要： 文章以流域尺度生态水文为研究对象,采用文献计量法和文献综述相结合,分析近年来流域尺度生态水文研究进展,了解流域尺度生态水文学的研究主题、研究热点及其前沿方向。研究表明:流域水循环过程中生态与水文相互作用,流域水利工程对生态水文影响,生态水资源问题等是研究流域尺度生态水文的关键因素,这些研究可以为后续水资源发张提供科学研究以及未来规划发展提供理论依据。

摘要： 2022年6月,长江科学院流域水环境研究所江源鱼类栖息地研究团队制作的有著作权的长江源科普作品《探索与发现——长江源鱼类越冬场(一)》获得2021年湖北省优秀科普微视频奖。在2022年5月全国科技周期间,该作品被推荐为由中国科协组织的“科普中国”水利科普优秀作品,并展播。该视频在长江大保护背景下,以长江流域重要区域鱼类栖息地研究为基础,利用纪录短片的科普形式,讲述了长江源鱼类越冬场发现过程及其关键鱼类等热点和特色内容,可帮助公众理解长江源河流的生态水文特点,分布海拔最高的鲤科鱼类的形态、行为特征以及越冬场发现的意义和保护措施等。

摘要： 为揭示生态水文过程与气候变化的关系,以广西猫儿山典型流域人工毛竹林为研究对象,利用Hydrus-1D模型模拟了毛竹林土壤水分及其他水文要素,在此基础上,针对设定的不同气候变化情景,分析了人工毛竹林对气候变化的响应。结果表明:Hydrus-1D模型可满足人工毛竹林生态水文分析,人工毛竹林蒸散发量占总降水量的28.40%,径流以基流为主。在不同气候变化情景下,气温升幅控制蒸发和蒸腾的增幅,且冬季增幅大于夏季增幅。径流对降水变化更敏感,降水变化会更多地影响夏季径流,而气温则更易影响冬季径流。降水对夏季土壤储水量影响大于冬季,气温则更多地影响冬季土壤储水量。气温降水耦合情况下,土壤储水量对降水减少气温升高时敏感性最明显,总体表现为冬季土壤储水量更易受影响。研究结果可为区域生态规划、水资源开发利用等提供参考依据。

摘要： 水利工程在实现防洪、发电、航运和供水效益的同时,也对河流生态环境造成了一定影响。保护和恢复健康的河流生态系统,实现人与河流和谐发展,是水利工程建设和调度的新思路。本文以生态水文学为理论基础,通过建立生态水文指标体系,量化河流生态水文特征,进而分析水利工程对河流生态系统的影响,构建河流生态水文指标体系,包括:长期指标、高流量低流量指标、极值指标、涨水落水指标和月流量指标等,以期为相关研究提供一定的科学参考。

摘要： 气候变暖背景下,冰雪、冻土剧烈消融引起的寒区径流成分改变对流域径流演变规律及水循环机制产生了深刻影响。对长江源区各水体水化学特征及其生态水文学研究进行归纳总结,主要进展包括:长江源区的大气降水的水汽来源主要受西风环流和季风环流的控制。冰雪融水的水化学特征受到消融强度、消融持续时间和新雪融水的影响,同时在冰雪融水、积雪以及冰川融水之间可能存在化学离子的交换。冻土层上水受到降水、冰雪融水、地下冰融水等的混合补给,造成水化学特征变化的随机波动。海拔在4500 m的地区是冻土层上水水化学特征对研究区离子控制源较为敏感的区域。随着海拔高度的增加,降雨直接补给对河水中化学离子的稀释作用逐渐减弱,同时,海拔从4500 m到5000 m的降水对河水中离子浓度的稀释效果最大,而在海拔5000 m以上河水主要受冰雪融水的补给,降水和消融期的变化对河水水化学的影响很小。研究结果为更系统地认知寒区下垫面变化所引起的水文效应提供科学依据,为流域水资源的合理开发利用提供决策依据。

摘要： 大藤峡水利枢纽运行后,改变下游河道水文节律,可能对其下游约10 km的东塔产卵场功能产生一定影响。为维系东塔鱼类产卵场的正常功能,需研究分析鱼类产卵所需的水文节律过程,并以此作为控制指标实施水库生态调度来恢复河道生态环境。根据近十几年鱼类早期资源和水文观测数据,采用灰关联度、线性回归等不同统计方法分析东塔产卵场鱼类早期资源量与水文特征值的相关关系,结合西江流域生态调度实践经验,提出大藤峡水利枢纽鱼类繁殖期水量调度控制指标要求:在每年的5—7月通过大藤峡水利枢纽的调度,当大湟江口断面流量达到3 500 m~3/s以上时,控制其涨水历时不少于4 d、涨水阶段的日涨率达到1 000 m~3/s以上,退水天数不小于3 d、退水阶段的流量控制在3 500 m~3/s以上,每年调度频次不少于1次。研究成果可为大藤峡水利枢纽鱼类繁殖期调度期间最大限度发挥东塔鱼类产卵场功能提供技术参考。

摘要： 研究尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)生长阶段(林龄3.5—5.5 a)所处小流域的降水产流特征,有助于了解桉树生长过程的生态水文效应,对修订桉树人工林经营方案中注重提高生态系统的水源涵养能力有重要参考意义.以广西南宁桉树森林生态系统定位观测研究站(南宁桉树生态站)的闭合尾巨桉林小流域为试验区,在小流域出水口建设1个测流堰,在测流堰附属房的测定池安放1个自动水位计,定位观测小流域2013年5月—2015年4月的地表径流,使用生态站的自动气象观测系统观测降水量和土壤体积含水量,建立降水、土壤含水量和径流的函数关系,分析土壤前期含水量对径流形成和持续的影响.小流域年均降水量1300 mm,以小雨为主,两个年度小雨共计191场,占降水强度等级总场数74％;降水年内分布不均,雨季集中在季夏,占全年降水量的60％以上,冬季降水最少,属于干旱季节;降水产流现象在降水集中的月份才可能出现,2013年5月—2014年4月的径流深为81 mm,径流系数6％,2014年5月—2015年4月的径流深只有9 mm,径流系数仅为0.7％;径流初始时间明显滞后于降水初始,滞后时间与前期土壤含水量密切相关;径流递增率与降水历时呈线性函数关系,径流递减率与径流消退时间呈对数函数关系;降水产流过程经历径流递增期、稳定期和递减期3个阶段.

摘要： 本文基于SWAT模型,通过设定5种土地利用模式情景,定量分析不同土地利用情景模式对淮河上游生态水文的影响.研究结果表明:将流域内坡度＞25°的坡地变成林地或草地的土地利用模式情景(情景1和2)对于改善淮河上游泥沙含量效果最明显,但是水量有所减小;城镇土地利用面积增加情景(情景4和5)下流域水量有所增加,泥沙有所减小,但并未将城镇面积增加导致的生活污水排放增加考虑在内.成果对于研究区域内土地利用方式变更对流域的生态水文影响提供方法参考.

摘要： 小浪底水库的运用使黄河水量得到了统一的调度,使河口地区的生态环境得到了改善.本文选取了流量过程、断流时间率、径流量入海率、入河口沙量、湿地面积及类型等几个因素作为评价小浪底水库运用对河口生态水文及环境影响的指标,并对小浪底运用前后水沙条件的变化进行了分析,同时对河口三角洲生态环境的变化情况进行了讨论.结果表明,小浪底运用后,断流现象不再发生,入海的水量和沙量有所增加,河口湿地面积逐年递增,生态环境得到改善.

摘要： 在总结、分析国内外相关研究成果的基础上,结合黄河生态水文特点,提出其指标体系构建原则,借助Pearson相关分析法提取并确定了可表征黄河河流生态水文情势的50个指标,构建了黄河生态水文评估指标体系,并将该指标体系应用于黄河干流兰州断面的生态水文评估.rn 实例研究采用变化范围法进行评价计算,结果表明,兰州断面的整体水文改变度为0.722,即发生高度改变.其中1、2、8、9月平均流量、逆转次数、高流量延时、枯季最大流量、丰季最大流量发生时间、大小洪水次数、涨水次数与延时等指标改变强烈,将对黄河兰州段的水沙关系、生物种群数量、幼苗比例、栖息地环境以及滩区、湿地、洪泛区的植被与动物种类产生较大影响.与水文变化指标体系进行对比,发现两者评估结果基本一致,表明本文方法在实际应用中是可行的.同时,微观结果表明,本文方法相对水文变化指标体系更细致、更全面、更准确,可较好地反映黄河生态水文态势.

摘要： 为了分析三峡水库调度对长江中游水文情势的影响，本文采用数值模拟和生态水文指标的方法对长江中游的生态水文特征变化进行了量化分析。分析结果表明，三峡调度对长江中游生态水文情势的影响主要体现在高流量和低流量指标、涨落水指标以及月流量指标上，对其它生态水文特征影响不大；影响的时段主要集中在三峡水库腾空库容的5～6月和蓄水的10月份。

摘要： 本文基于水文变动指标(Indicators of Hydrologic Alteration,IHA),采用Mann-Whitney法检验了宜昌站1900～2004年共105年的日径流量的跳跃变化趋势,检验结果表明,宜昌站年平均流量的跳跃点出现在1969年,置信度超过99％.宜昌站1970年前的平均流量是14375m3/s,1970年后的平均流量是13438m3/s,相差937m3/s,相当于295.5亿m3/a,流量减少主要集中在下半年(7～12月),以8～10月最为明显;同时,应用变动范围法(Range of Variability Approach,RVA)以1900～1970年状况为基准,分析了长江流域宜昌站的生态水文特征变化,结果表明,1970年后,人类活动(筑坝蓄水、引水提水等)与自然变动,对长江宜昌站生态水文过程的改变并不明显,仅在1月、11月平均流量上有中等程度的改变.

摘要： 本文通过20世纪70~90年代的卫星影像资料,进行黄河河源区的草原、土地、湖泊水域、沙漠等生态要素变化的分析,并结合黄河河源区的降水、蒸发、径流等水文要素的变化,特别是对河源区的植被、草地、湿地、湖泊的生态类型、生态特征以及生态过程与该区域生态格局的水文过程之间的研究,探讨了黄河河源区的生态水文规律.认为由于气候变化和人类活动等因素,极大地改变了黄河河源区生态系统格局和生态过程,使得黄河河源区的水文过程也相应改变.

摘要： 本文以黑河中游6种典型土地覆被类型(百年灌溉农田、新垦灌溉农田、人工杨树林、人工樟子松林、人工梭梭灌木林和天然荒漠草地)为研究对象,重点对其土壤呼吸和生态水文特征进行测定.结果显示6种土地覆被类型在土壤呼吸方面存在显著差异,不同土地覆被类型的土壤呼吸与其生态水文特征存在密切的关系.进一步说明以人类活动为主导的土地变化深刻影响着荒漠绿洲生态系统水土气生的相互作用.该研究也为气候变化条件下干旱半干旱区的碳循环研究提供基础,为该地区如何有效保护和利用绿洲资源提供思路.

摘要： 本研究主要采用三峡水库代表水文站宜昌水文站1882～2013年共132年的日流量数据,采用线性倾向估计法和Mann-Kendall检验法对宜昌水文站日流量数据进行趋势性分析.分析显示,宜昌水文站宜昌站年均流量呈显著下降趋势,1、2、3月份的流量序列呈显著上升趋势,4～6月份的流量序列均呈显著下降趋势.采用水文指标法IHA法分析了三峡水库蓄水前后宜昌水文站的水文情势变化程度,分析得出三峡水库蓄水前后宜昌水文站的整体水文改变程度为Do=60.55％,属于中度改变.

摘要： 土地整治的区域效应是土地整治工程效益与评估的重要内容,仿真试验技术是实现土地整治区域效应分析的重要技术支撑.EcoHAT系统以生态水文过程的机理为基础,在水分和营养物质迁移转化机理层次,将生态水文过程的各子模块有机耦合;通过区域空间网格参数的输入,实现基于像元的模型运算,具备土地整治区域效应仿真试验的基础.在土地整治区域效应仿真试验中,应从数据获取与数据库构建、机制分析与模型构建、系统建立与规程制定三个方面进行深入改造,在生态环境和水文水资源应用的基础上,进一步拓展EcoHAT在土地整治管理工作中的应用.

摘要： 本文在分析和计算干旱地区地下水资源的基础上,提出生态警戒水位的概念.并讨论在无地质资料的条件下,干旱地区地下水资源量可通过设立若干地下水位观测网点进行计算.在分析植物的水分生理特征的基础上,提出保护荒漠绿洲生态系统的主要任务就是要调控地下水位稳定在盐渍化临界高水位以下和生态警戒水位以上的范围内.根据植物生态因子作用规律、生态位的概念等,提出可开采量概念,为生态水文学奠定基础.

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： 本发明公开了一种基于模糊综合评价法的梯级水库水文生态调度效果评估方法，首先基于主成分分析法确定与漂流性鱼类产卵有关指标的权重，然后基于各指标的隶属度函数确定各指标不同适宜等级下的隶属度，并构建模糊关系综合评价矩阵，再依据有关指标的权重、模糊关系综合评价矩阵得到总评价向量，最后基于加权平均原则得到用于评价鱼类产卵生镜适宜性和水库生态调度效果的模糊综合评价值，由于综合考虑了流速、水温、水位日均涨水率和涨水持续时间等要素对鱼类产卵的影响，能够准确地对鱼类产卵生境适宜性和水库生态调度效果进行评价。

摘要： 本发明公开了一种基于生态模拟系统的水利水文降雨量监测器，属于水利水文技术领域。可以实现：可将实时监测装置设置于河流的河床上，对河流进行实时监测，生态模拟装置则可设置于监测室中，实时监测装置可将监测到的信息，实时反馈给生态模拟装置，使生态模拟装置中的模拟河床直观、形象的模拟出被监测河流的实时水位，以便监测人员快速、准确的做出相应的措施，显著提高了实用性，且监测人员可及时得知被监测河流处有降雨，并设有水位预警器，监测人员可根据实际情况适应性的调节联动浮球的高度，使联动浮球所处的高度对应危险水位高度，从而在水位达到危险值时，警报器可自发性的发出警报，进一步提高了实用性。

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： 本发明公开了一种基于水源涵养生态水文效应的生态补偿标准计算方法，以采用水源涵养措施前后生态水文效应的变化量而非存量作为生态补偿标准的计算依据，充分反映了水源涵养活动带来的实际效果。本发明中的生态水文效应包括水资源调蓄效应、洪水调蓄效应、水质改善效应和固沙效应。本发明考虑了保护区的水源涵养活动所引起的水文效应变化对下游受益区实际用水带来的效益，综合保护者、受益者因保护活动而形成的水资源数量、品质变化产生的经济联系，能够得到更加准确的生态补偿标准。

摘要： 本发明公开了一种森林生态水文过程自动实时监测方法及系统，应用于监测技术领域；通过历史数据构建生态水文预测模型，将当前数据输入生态水文预测模型中，得到预测值，通过预测值监测当前实时监测数据，其中生态水文预测模型分别预测水文数据和生态数据；利用预测值填补不连续数据；另外，预测生态数据时通过计算影响因子的权重系数确定不同影响因子的重要度，以提高预测准确度，同时预测水文数据时，经过模态分解分别预测本征项和趋势项，在进行累加避免水文数据中本征项与趋势项的影响以提高准确度。

摘要： 本发明公开了一种长期森林生态水文水量自动化动态测量方法及装置，具体涉及森林生态水文水量测量领域。本发明整体设计结构方便进行快速组装与拆卸，设置的引流棉能够将树木顶部树枝部分的水分进行引流至集水组件内，从而避免了现有技术仅仅只能对树木主干部分水量进行检测产生的数据误差，合理的对整个树木顶部接收的雨水量进行检测，减少了后续测量误差，集水组件内部的水经过滤后导流至水箱的内部，通过对水箱重量的变化实时自动化的对水箱内部水量进行有效测量，测试方法设计更加简单，减少了测量误差，易于操作者远程观测。