塔里木河下游河岸生態(tài)水文演化模型

封面

塔里木河下游河岸生態(tài)水文演化模型

內(nèi)容簡(jiǎn)介

前言

第1章 緒論

第2章 塔里木河下游河岸植被生態(tài)水文演化模型

第3章 塔里木河下游河岸植被生態(tài)水文演化模型的應(yīng)用

第4章 塔里木河下游河岸植被生態(tài)水文演化模型的特性分析

第5章 流域生態(tài)水文系統(tǒng)出現(xiàn)多重定態(tài)的參數(shù)條件

第6章 總結(jié)與展望

參考文獻(xiàn)

封底

流域生態(tài)水文系統(tǒng)是一個(gè)多過(guò)程耦合的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，以預(yù)先設(shè)定的外界參數(shù)形式存在的流域下墊面條件限制了水文模型的預(yù)測(cè)能力和應(yīng)用范圍。針對(duì)干旱區(qū)河岸地區(qū)的主導(dǎo)性生態(tài)水文過(guò)程，構(gòu)建了塔里木河下游河岸植被生態(tài)水文演化模型，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)與水文的耦合模擬，提高了模型在變化條件下對(duì)流域生態(tài)水文系統(tǒng)長(zhǎng)期演化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)能力。在塔里木河的英蘇和阿拉干，分別應(yīng)用ERV模型模擬了2000-2006年輸水條件下的生態(tài)水文演化過(guò)程。在植被覆蓋度明顯增長(zhǎng)的情況下，使用植被覆蓋度模擬值作為對(duì)植被狀況的描述準(zhǔn)確的模擬了地下水位的變化過(guò)程。給定生態(tài)用水量，可以選擇最優(yōu)的輸水方式使得穩(wěn)定狀態(tài)的植被覆蓋度最高，或者給定植被覆蓋度目標(biāo)值，選擇最優(yōu)的輸水方式使得耗水量最小。人工輸水的生態(tài)水文效果研究對(duì)于流域的水資源配置和生態(tài)修復(fù)具有重要的指導(dǎo)意義。

生態(tài)水文學(xué)一詞從上世紀(jì)90年代開(kāi)始被廣泛使用以致沖淡了人們對(duì)生態(tài)水文學(xué)內(nèi)涵的思考。盡管有很多人在思考什么是生態(tài)水文學(xué)，但由于各人的研究領(lǐng)域和興奮點(diǎn)不同，有關(guān)生態(tài)水文學(xué)的概念仍相當(dāng)混亂。按時(shí)間順序，我們列出一些關(guān)于生態(tài)水文學(xué)的定義：

1、生態(tài)水文學(xué)是研究所有生命及無(wú)生命組成的交互關(guān)系中的水文過(guò)程、現(xiàn)象及特性的科學(xué)( Timchenko，1994) 。

2、Hatton認(rèn)為生態(tài)水文學(xué)是指在一系列環(huán)境條件下來(lái)探討生態(tài)水文過(guò)程，它考慮了干旱地區(qū)、濕地、森林、河流和湖泊的生態(tài)水文過(guò)程（Hatton，1997）。

3、Post等則認(rèn)為它是研究水文、氣象及生態(tài)過(guò)程之間的關(guān)系，包括不同時(shí)間下水文過(guò)程如何影響到生態(tài)過(guò)程及生態(tài)系統(tǒng)及地貌又如何回饋或影響到水文過(guò)程兩個(gè)核心問(wèn)題（Post等，1998， EOS 79(43)）。

4、Baird等則認(rèn)為它是研究植物與水的相互作用以及與植物生長(zhǎng)相關(guān)的水文過(guò)程（Baird and Wilby，1999）。

5、Rodriguez-Iturbe (2000)(Water Resources 36(1))則定義生態(tài)水文學(xué)為研究不同生態(tài)形式及過(guò)程中的水文機(jī)制的科學(xué)。Rodriguez-Iturbe 認(rèn)為它是在氣候－土壤－植被動(dòng)態(tài)過(guò)程中研究水文機(jī)制，以便預(yù)測(cè)生物對(duì)全球變化的響應(yīng) (Rodriguez-Iturbe，2000)。

6、1997年俄羅斯彼德堡國(guó)立水文氣象學(xué)院出版教材《水資源(陸地水)利用和保護(hù)的生態(tài)觀》中提出“生態(tài)水文學(xué)(水利生態(tài)學(xué))”、“水利生態(tài)系統(tǒng)”等概念，提出新的學(xué)科方向要研究具體“水對(duì)象”(河、湖、水庫(kù)等)群體態(tài)勢(shì)的定性定量的評(píng)價(jià)，研究不同層次和尺度的水體生態(tài)系統(tǒng)。

7、Nuttle認(rèn)為它是關(guān)于水文過(guò)程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)分布結(jié)構(gòu)功能影響以及生物過(guò)程對(duì)水循環(huán)要素影響的交叉學(xué)科（Nuttle 2002）；

8、生態(tài)水文學(xué)整合了生態(tài)及水文知識(shí)，以了解生態(tài)系如何改變水文特性，而這些水文特性又如何影響生態(tài)系功能，雖仍為研究生態(tài)與水文之關(guān)系，但較偏向水文特性之探討。認(rèn)為（黃土高原生態(tài)水文研究，林業(yè)出版社，2000），在科學(xué)體系上，生態(tài)水文學(xué)屬于地球科學(xué)范疇，是水文學(xué)的一個(gè)分支，是生態(tài)學(xué)與水文學(xué)的交叉學(xué)科。

9、生態(tài)水文學(xué)就是將水文學(xué)知識(shí)應(yīng)用于生態(tài)建設(shè)和生態(tài)系統(tǒng)管理的一門(mén)科學(xué)。主要研究生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)水文循環(huán)與轉(zhuǎn)化和平衡的規(guī)律，分析生態(tài)建設(shè)、生態(tài)系統(tǒng)管理與保護(hù)中與水有關(guān)的問(wèn)題。如生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化對(duì)水文系統(tǒng)中水質(zhì)、水量、水文要素的平衡與轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響；生態(tài)系統(tǒng)中水質(zhì)與水量的變化規(guī)律及其預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法；水文水資源空間分異與生態(tài)系統(tǒng)對(duì)位關(guān)系。因此，我們認(rèn)為：生態(tài)水文學(xué)是基于生態(tài)學(xué)與水文學(xué)的一門(mén)交叉學(xué)科。通過(guò)生態(tài)學(xué)及水文學(xué)知識(shí)的整合以進(jìn)一步了解水與生態(tài)系統(tǒng)的相互作用過(guò)程與規(guī)律，把穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)特性作為水資源可持續(xù)利用的管理目標(biāo)。

生態(tài)水文學(xué)的發(fā)展與中國(guó)生態(tài)需水問(wèn)題

中國(guó)是一個(gè)降水時(shí)間空間分布非常不均勻、人口壓力大的發(fā)展中國(guó)家。人口、資源與環(huán)境的矛盾比較突出。人均淡水資源僅為世界人均量的1/4，居世界第109位，已被列入全世界人均水資源13個(gè)貧水國(guó)家之一。全國(guó)600多座城市中，已有400多個(gè)城市存在供水不足問(wèn)題，其中比較嚴(yán)重的缺水城市達(dá)110個(gè)。

對(duì)于生態(tài)水文學(xué)這一新的邊緣性交叉學(xué)科的完整、定義仍然存在諸多爭(zhēng)議，綜合各位學(xué)者對(duì)于生態(tài)水文學(xué)的理解和理論闡述，相對(duì)比較一致的觀點(diǎn)認(rèn)為該學(xué)科是揭示生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)格局和生態(tài)過(guò)程水文學(xué)機(jī)制的科學(xué)，探討生態(tài)系統(tǒng)中植物對(duì)于水文過(guò)程的影響以及水文過(guò)程對(duì)于植物生長(zhǎng)和分布作用，以植物與水分關(guān)系為學(xué)科研究基礎(chǔ)，以土壤水分及植被蒸散為核心研究?jī)?nèi)容，以生態(tài)過(guò)程和水文過(guò)程耦合機(jī)制的尺度效應(yīng)為學(xué)科關(guān)鍵點(diǎn)，以水資源可持續(xù)利用和維持生態(tài)系統(tǒng)健康和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)為學(xué)科研究目標(biāo)。研究對(duì)象包括濕地生態(tài)系統(tǒng)、干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)、河流生態(tài)系統(tǒng)和湖泊生態(tài)系統(tǒng)等不同生態(tài)系統(tǒng)類型。所以，生態(tài)水文問(wèn)題被我國(guó)許多學(xué)者認(rèn)為是中國(guó)寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

生態(tài)水文學(xué)是一種對(duì)環(huán)境有利、經(jīng)濟(jì)可行和社會(huì)可接受的有效方式。由于生態(tài)退化等問(wèn)題的出現(xiàn)，生態(tài)水文學(xué)成為中國(guó)西部生態(tài)需水問(wèn)題研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。西部地區(qū)特別是青藏高原，是我國(guó)許多江河的發(fā)源地，素有中國(guó)“水塔”之稱。也分布著大量的濕地和湖泊，保護(hù)這些地區(qū)的濕地和湖泊，不僅對(duì)保護(hù)局地生態(tài)環(huán)境，而且對(duì)保護(hù)江河源的生態(tài)環(huán)境都具有重要意義。

此外，西北干旱區(qū)內(nèi)陸河流域開(kāi)發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、北方地區(qū)人工植被的土壤干化、植物固沙中流沙斑塊的面積和格局對(duì)沙地水分平衡的影響等問(wèn)題，都需要對(duì)生態(tài)水文學(xué)機(jī)制進(jìn)行深入了解。干旱區(qū)生產(chǎn)用水和生態(tài)用水的關(guān)系以及維持干旱內(nèi)陸河流域持續(xù)發(fā)展的生態(tài)需水，特別是維持內(nèi)陸河下游天然綠洲穩(wěn)定的生態(tài)需水等問(wèn)題，也需要應(yīng)用生態(tài)水文學(xué)的方法去深入研究。2100433B

Ingram于1987年就提出了生態(tài)水文學(xué)概念，并于1992年Dublin國(guó)際水與環(huán)境大會(huì)正式提出生態(tài)水文學(xué)作為一門(mén)獨(dú)立的邊緣性學(xué)科，而中國(guó)學(xué)者開(kāi)始采用生態(tài)水文學(xué)概念，開(kāi)展生態(tài)水文學(xué)相關(guān)的獨(dú)立研究活動(dòng)已經(jīng)是進(jìn)入21世紀(jì)以后的事情了。

可查的國(guó)內(nèi)大陸學(xué)者關(guān)于生態(tài)水文學(xué)介紹方面的第一篇中文文獻(xiàn)是王根緒等在《地球科學(xué)進(jìn)展》16卷第3期發(fā)表的《生態(tài)水文科學(xué)研究的現(xiàn)狀與展望》。與國(guó)際上對(duì)于生態(tài)水文學(xué)的討論一樣，對(duì)于該新的學(xué)科的定義和爭(zhēng)論一直持續(xù)。

在爭(zhēng)論進(jìn)行的同時(shí)，采用生態(tài)水文學(xué)的方法和理論開(kāi)展針對(duì)東北濕地生態(tài)系統(tǒng)、湖泊生態(tài)系統(tǒng)、西北干旱半干旱和寒冷地區(qū)生態(tài)水文學(xué)的研究正在積極開(kāi)展，并取得了良好的成果。從研究的內(nèi)容方面而言，不僅開(kāi)展了流域?yàn)閱卧纳鷳B(tài)水文學(xué)研究，而且對(duì)于生態(tài)水文過(guò)程的分析也進(jìn)行的更加深入，不僅開(kāi)展了植被動(dòng)態(tài)與生態(tài)水文關(guān)系的研究而且對(duì)于林地土壤大孔隙特征與森林生態(tài)水文關(guān)系的研究也在進(jìn)行。不過(guò)，就開(kāi)展生態(tài)水文學(xué)研究的空間區(qū)域和生態(tài)系統(tǒng)類型而言，在中國(guó)的熱帶、亞熱帶地區(qū)森林和疏林生態(tài)系統(tǒng)中開(kāi)展生態(tài)水文學(xué)研究的還未見(jiàn)報(bào)道。