封面

塔里木河下游河岸生態水文演化模型

內容簡介

前言

第1章 緒論

第2章 塔里木河下游河岸植被生態水文演化模型

第3章 塔里木河下游河岸植被生態水文演化模型的應用

第4章 塔里木河下游河岸植被生態水文演化模型的特性分析

第5章 流域生態水文系統出現多重定態的參數條件

第6章 總結與展望

參考文獻

封底

流域生態水文系統是一個多過程耦合的復雜非線性系統，以預先設定的外界參數形式存在的流域下墊面條件限制了水文模型的預測能力和應用范圍。針對干旱區河岸地區的主導性生態水文過程，構建了塔里木河下游河岸植被生態水文演化模型，實現了生態與水文的耦合模擬，提高了模型在變化條件下對流域生態水文系統長期演化趨勢的預測能力。在塔里木河的英蘇和阿拉干，分別應用ERV模型模擬了2000-2006年輸水條件下的生態水文演化過程。在植被覆蓋度明顯增長的情況下，使用植被覆蓋度模擬值作為對植被狀況的描述準確的模擬了地下水位的變化過程。給定生態用水量，可以選擇最優的輸水方式使得穩定狀態的植被覆蓋度最高，或者給定植被覆蓋度目標值，選擇最優的輸水方式使得耗水量最小。人工輸水的生態水文效果研究對于流域的水資源配置和生態修復具有重要的指導意義。

生態水文學一詞從上世紀90年代開始被廣泛使用以致沖淡了人們對生態水文學內涵的思考。盡管有很多人在思考什么是生態水文學，但由于各人的研究領域和興奮點不同，有關生態水文學的概念仍相當混亂。按時間順序，我們列出一些關于生態水文學的定義：

1、生態水文學是研究所有生命及無生命組成的交互關系中的水文過程、現象及特性的科學( Timchenko，1994) 。

2、Hatton認為生態水文學是指在一系列環境條件下來探討生態水文過程，它考慮了干旱地區、濕地、森林、河流和湖泊的生態水文過程（Hatton，1997）。

3、Post等則認為它是研究水文、氣象及生態過程之間的關系，包括不同時間下水文過程如何影響到生態過程及生態系統及地貌又如何回饋或影響到水文過程兩個核心問題（Post等，1998， EOS 79(43)）。

4、Baird等則認為它是研究植物與水的相互作用以及與植物生長相關的水文過程（Baird and Wilby，1999）。

5、Rodriguez-Iturbe (2000)(Water Resources 36(1))則定義生態水文學為研究不同生態形式及過程中的水文機制的科學。Rodriguez-Iturbe 認為它是在氣候－土壤－植被動態過程中研究水文機制，以便預測生物對全球變化的響應 (Rodriguez-Iturbe，2000)。

6、1997年俄羅斯彼德堡國立水文氣象學院出版教材《水資源(陸地水)利用和保護的生態觀》中提出“生態水文學(水利生態學)”、“水利生態系統”等概念，提出新的學科方向要研究具體“水對象”(河、湖、水庫等)群體態勢的定性定量的評價，研究不同層次和尺度的水體生態系統。

7、Nuttle認為它是關于水文過程對生態系統分布結構功能影響以及生物過程對水循環要素影響的交叉學科（Nuttle 2002）；

8、生態水文學整合了生態及水文知識，以了解生態系如何改變水文特性，而這些水文特性又如何影響生態系功能，雖仍為研究生態與水文之關系，但較偏向水文特性之探討。認為（黃土高原生態水文研究，林業出版社，2000），在科學體系上，生態水文學屬于地球科學范疇，是水文學的一個分支，是生態學與水文學的交叉學科。

9、生態水文學就是將水文學知識應用于生態建設和生態系統管理的一門科學。主要研究生態系統內水文循環與轉化和平衡的規律，分析生態建設、生態系統管理與保護中與水有關的問題。如生態系統結構變化對水文系統中水質、水量、水文要素的平衡與轉化過程的影響；生態系統中水質與水量的變化規律及其預測預報方法；水文水資源空間分異與生態系統對位關系。因此，我們認為：生態水文學是基于生態學與水文學的一門交叉學科。通過生態學及水文學知識的整合以進一步了解水與生態系統的相互作用過程與規律，把穩定生態系統特性作為水資源可持續利用的管理目標。

生態水文學的發展與中國生態需水問題

中國是一個降水時間空間分布非常不均勻、人口壓力大的發展中國家。人口、資源與環境的矛盾比較突出。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個貧水國家之一。全國600多座城市中，已有400多個城市存在供水不足問題，其中比較嚴重的缺水城市達110個。

對于生態水文學這一新的邊緣性交叉學科的完整、定義仍然存在諸多爭議，綜合各位學者對于生態水文學的理解和理論闡述，相對比較一致的觀點認為該學科是揭示生態系統中生態格局和生態過程水文學機制的科學，探討生態系統中植物對于水文過程的影響以及水文過程對于植物生長和分布作用，以植物與水分關系為學科研究基礎，以土壤水分及植被蒸散為核心研究內容，以生態過程和水文過程耦合機制的尺度效應為學科關鍵點，以水資源可持續利用和維持生態系統健康和可持續發展目標的實現為學科研究目標。研究對象包括濕地生態系統、干旱區生態系統、森林生態系統、河流生態系統和湖泊生態系統等不同生態系統類型。所以，生態水文問題被我國許多學者認為是中國寒區旱區環境建設和社會經濟可持續發展的關鍵問題之一。

生態水文學是一種對環境有利、經濟可行和社會可接受的有效方式。由于生態退化等問題的出現，生態水文學成為中國西部生態需水問題研究的熱點問題之一。西部地區特別是青藏高原，是我國許多江河的發源地，素有中國“水塔”之稱。也分布著大量的濕地和湖泊，保護這些地區的濕地和湖泊，不僅對保護局地生態環境，而且對保護江河源的生態環境都具有重要意義。

此外，西北干旱區內陸河流域開發利用和生態環境的保護、北方地區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沙地水分平衡的影響等問題，都需要對生態水文學機制進行深入了解。干旱區生產用水和生態用水的關系以及維持干旱內陸河流域持續發展的生態需水，特別是維持內陸河下游天然綠洲穩定的生態需水等問題，也需要應用生態水文學的方法去深入研究。2100433B

Ingram于1987年就提出了生態水文學概念，并于1992年Dublin國際水與環境大會正式提出生態水文學作為一門獨立的邊緣性學科，而中國學者開始采用生態水文學概念，開展生態水文學相關的獨立研究活動已經是進入21世紀以后的事情了。

可查的國內大陸學者關于生態水文學介紹方面的第一篇中文文獻是王根緒等在《地球科學進展》16卷第3期發表的《生態水文科學研究的現狀與展望》。與國際上對于生態水文學的討論一樣，對于該新的學科的定義和爭論一直持續。

在爭論進行的同時，采用生態水文學的方法和理論開展針對東北濕地生態系統、湖泊生態系統、西北干旱半干旱和寒冷地區生態水文學的研究正在積極開展，并取得了良好的成果。從研究的內容方面而言，不僅開展了流域為單元的生態水文學研究，而且對于生態水文過程的分析也進行的更加深入，不僅開展了植被動態與生態水文關系的研究而且對于林地土壤大孔隙特征與森林生態水文關系的研究也在進行。不過，就開展生態水文學研究的空間區域和生態系統類型而言，在中國的熱帶、亞熱帶地區森林和疏林生態系統中開展生態水文學研究的還未見報道。