封面

塔里木河下游河岸生态水文演化模型

内容简介

前言

第1章 绪论

第2章 塔里木河下游河岸植被生态水文演化模型

第3章 塔里木河下游河岸植被生态水文演化模型的应用

第4章 塔里木河下游河岸植被生态水文演化模型的特性分析

第5章 流域生态水文系统出现多重定态的参数条件

第6章 总结与展望

参考文献

封底

流域生态水文系统是一个多过程耦合的复杂非线性系统，以预先设定的外界参数形式存在的流域下垫面条件限制了水文模型的预测能力和应用范围。针对干旱区河岸地区的主导性生态水文过程，构建了塔里木河下游河岸植被生态水文演化模型，实现了生态与水文的耦合模拟，提高了模型在变化条件下对流域生态水文系统长期演化趋势的预测能力。在塔里木河的英苏和阿拉干，分别应用ERV模型模拟了2000-2006年输水条件下的生态水文演化过程。在植被覆盖度明显增长的情况下，使用植被覆盖度模拟值作为对植被状况的描述准确的模拟了地下水位的变化过程。给定生态用水量，可以选择最优的输水方式使得稳定状态的植被覆盖度最高，或者给定植被覆盖度目标值，选择最优的输水方式使得耗水量最小。人工输水的生态水文效果研究对于流域的水资源配置和生态修复具有重要的指导意义。

生态水文学一词从上世纪90年代开始被广泛使用以致冲淡了人们对生态水文学内涵的思考。尽管有很多人在思考什么是生态水文学，但由于各人的研究领域和兴奋点不同，有关生态水文学的概念仍相当混乱。按时间顺序，我们列出一些关于生态水文学的定义：

1、生态水文学是研究所有生命及无生命组成的交互关系中的水文过程、现象及特性的科学( Timchenko，1994) 。

2、Hatton认为生态水文学是指在一系列环境条件下来探讨生态水文过程，它考虑了干旱地区、湿地、森林、河流和湖泊的生态水文过程（Hatton，1997）。

3、Post等则认为它是研究水文、气象及生态过程之间的关系，包括不同时间下水文过程如何影响到生态过程及生态系统及地貌又如何回馈或影响到水文过程两个核心问题（Post等，1998， EOS 79(43)）。

4、Baird等则认为它是研究植物与水的相互作用以及与植物生长相关的水文过程（Baird and Wilby，1999）。

5、Rodriguez-Iturbe (2000)(Water Resources 36(1))则定义生态水文学为研究不同生态形式及过程中的水文机制的科学。Rodriguez-Iturbe 认为它是在气候－土壤－植被动态过程中研究水文机制，以便预测生物对全球变化的响应 (Rodriguez-Iturbe，2000)。

6、1997年俄罗斯彼德堡国立水文气象学院出版教材《水资源(陆地水)利用和保护的生态观》中提出“生态水文学(水利生态学)”、“水利生态系统”等概念，提出新的学科方向要研究具体“水对象”(河、湖、水库等)群体态势的定性定量的评价，研究不同层次和尺度的水体生态系统。

7、Nuttle认为它是关于水文过程对生态系统分布结构功能影响以及生物过程对水循环要素影响的交叉学科（Nuttle 2002）；

8、生态水文学整合了生态及水文知识，以了解生态系如何改变水文特性，而这些水文特性又如何影响生态系功能，虽仍为研究生态与水文之关系，但较偏向水文特性之探讨。认为（黄土高原生态水文研究，林业出版社，2000），在科学体系上，生态水文学属于地球科学范畴，是水文学的一个分支，是生态学与水文学的交叉学科。

9、生态水文学就是将水文学知识应用于生态建设和生态系统管理的一门科学。主要研究生态系统内水文循环与转化和平衡的规律，分析生态建设、生态系统管理与保护中与水有关的问题。如生态系统结构变化对水文系统中水质、水量、水文要素的平衡与转化过程的影响；生态系统中水质与水量的变化规律及其预测预报方法；水文水资源空间分异与生态系统对位关系。因此，我们认为：生态水文学是基于生态学与水文学的一门交叉学科。通过生态学及水文学知识的整合以进一步了解水与生态系统的相互作用过程与规律，把稳定生态系统特性作为水资源可持续利用的管理目标。

生态水文学的发展与中国生态需水问题

中国是一个降水时间空间分布非常不均匀、人口压力大的发展中国家。人口、资源与环境的矛盾比较突出。人均淡水资源仅为世界人均量的1/4，居世界第109位，已被列入全世界人均水资源13个贫水国家之一。全国600多座城市中，已有400多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达110个。

对于生态水文学这一新的边缘性交叉学科的完整、定义仍然存在诸多争议，综合各位学者对于生态水文学的理解和理论阐述，相对比较一致的观点认为该学科是揭示生态系统中生态格局和生态过程水文学机制的科学，探讨生态系统中植物对于水文过程的影响以及水文过程对于植物生长和分布作用，以植物与水分关系为学科研究基础，以土壤水分及植被蒸散为核心研究内容，以生态过程和水文过程耦合机制的尺度效应为学科关键点，以水资源可持续利用和维持生态系统健康和可持续发展目标的实现为学科研究目标。研究对象包括湿地生态系统、干旱区生态系统、森林生态系统、河流生态系统和湖泊生态系统等不同生态系统类型。所以，生态水文问题被我国许多学者认为是中国寒区旱区环境建设和社会经济可持续发展的关键问题之一。

生态水文学是一种对环境有利、经济可行和社会可接受的有效方式。由于生态退化等问题的出现，生态水文学成为中国西部生态需水问题研究的热点问题之一。西部地区特别是青藏高原，是我国许多江河的发源地，素有中国“水塔”之称。也分布着大量的湿地和湖泊，保护这些地区的湿地和湖泊，不仅对保护局地生态环境，而且对保护江河源的生态环境都具有重要意义。

此外，西北干旱区内陆河流域开发利用和生态环境的保护、北方地区人工植被的土壤干化、植物固沙中流沙斑块的面积和格局对沙地水分平衡的影响等问题，都需要对生态水文学机制进行深入了解。干旱区生产用水和生态用水的关系以及维持干旱内陆河流域持续发展的生态需水，特别是维持内陆河下游天然绿洲稳定的生态需水等问题，也需要应用生态水文学的方法去深入研究。2100433B

Ingram于1987年就提出了生态水文学概念，并于1992年Dublin国际水与环境大会正式提出生态水文学作为一门独立的边缘性学科，而中国学者开始采用生态水文学概念，开展生态水文学相关的独立研究活动已经是进入21世纪以后的事情了。

可查的国内大陆学者关于生态水文学介绍方面的第一篇中文文献是王根绪等在《地球科学进展》16卷第3期发表的《生态水文科学研究的现状与展望》。与国际上对于生态水文学的讨论一样，对于该新的学科的定义和争论一直持续。

在争论进行的同时，采用生态水文学的方法和理论开展针对东北湿地生态系统、湖泊生态系统、西北干旱半干旱和寒冷地区生态水文学的研究正在积极开展，并取得了良好的成果。从研究的内容方面而言，不仅开展了流域为单元的生态水文学研究，而且对于生态水文过程的分析也进行的更加深入，不仅开展了植被动态与生态水文关系的研究而且对于林地土壤大孔隙特征与森林生态水文关系的研究也在进行。不过，就开展生态水文学研究的空间区域和生态系统类型而言，在中国的热带、亚热带地区森林和疏林生态系统中开展生态水文学研究的还未见报道。