河口生态环境需水量计算方法研究
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文章编号 :025322468 (2005) 0520573207 中图分类号 :P333 ,X17111 文献标识码 :A
Study on the methods for quantifying the environmental flow in estuaries
SUN Tao , YANG Zhifeng 3
( Ecosystem health and environmental flow for
的短缺和数学模型建立的复杂性 ,数学模型模拟方
estuaries)
法在我国河口生态系统研究中的应用相对较少.
河口生态环境需水量的计算目标是确定维持河
生态资料短缺是目前国内外河口生态系统研究 口生态系统健康所需的淡水量. 以下采用结构完整
生态系统稳定性的关键是生物多样性 ,其基础 是生态环境保障生物多样性的能力 ,即生物栖息地 的质量. 目前 ,大量河口生物栖息地正面临着水资源 短缺和污染物大量排放的双重威胁. 河口生态环境 需水量应满足生物栖息地对水量 (水面面积 、水深 等) 、水质 (营养物 、水温等) 及相应随时间变化的 要求.
河口生态环境需水量研究通过探寻生态系统健 康对河道径流淡水输入水量 、水质及其时空分布的
要求 ,减少人为因素对河口生态系统健康造成的负 面影响 ,为河口生态环境保护提供科学依据. 目前 , 生态环境需水量的研究主要集中于河道 、湖泊及湿 地等陆地生态系统 ,尚缺乏针对河口生态环境需水 量的专门研究[1～6] . 河口生态环境的相关研究多集 中于分析河道径流变化对河口生态系统物质循环 、 生物种群分布等的影响[7～10] . 研究方法主要包括 2 种 ,一种方法是通过分析现场实验调查资料确定河 道径流改变与生态系统变化的相关关系[11 ,12] . Jassby 等通过对大量数据的相关分析认为 ,San Francisco 海
河口生态系统位于河流生态系统与海洋生态系 统的交汇处 ,海陆间的交互作用使得河口生态系统 具有独特的环境特征和重要的生态服务功能 ,同时 也使得河口成为相对脆弱的生态系统. 近年来 ,在自 然因素和人为因素的共同作用下 ,多数河口生态系 统径流的自然状况发生了显著改变 ,河口生态系统 出现了不同程度的退化 ,并且已经直接影响到邻近 陆域 、海域生态系统健康和渔业资源的可持续发展.
Abstract : Considering the requirement of the water cycle , the biological cycle and the habitat in estuaries , the methods for quantifying the environmental flow with different functions and the temporal variation respectively are presented. Annual water demands are determined based on the adding and the maximum principle. Month variation of environmental flow is settled to be close to the variation of natural river discharge. Different levels are established in case of the limited requirement for ecological water demands. Calculating methods for quantifying the environmental flow in estuaries are applied in Haihe River Basin. The results indicated that the minimum ecological water demands for Haihe estuary , Luanhe estuary and Zhangweixin estuary were 5. 97 ×108 m3 , 6. 81 ×108 m3 and 4. 96 × 108 m3 respectively. Sediment transport will be impacted directly by the reduction of the river discharge , and the balance of salinity will be changed in the estuarine ecosystem. Keywords :environmental flow ; estuary ; calculating method ; Haihe River Basin
型生态环境需水量的计算方法. 根据“加和性”和“最 大值”原则计算河口生态环境需水年度总量 ,以保持 河口径流自然状态为目标确定生态环境需水量的时
口地区生态环境各项指标的影响[14] ;近期随着对南 水北调工程的建设论证 ,径流改变对长江口生态环 境影响的研究得到了进一步的发展[15 ,16] . 另一种方 法是通过建立数学模型模拟生态系统物质和能量间
源自文库
河口生态环境的需水类型及其特征 ,在陆域生态环 出了河口生态系统健康与生态环境需水量类型及特
境需水量研究的基础上 ,给出河口生态系统水循环 征间的关系.
表 1 河口生态系统健康与生态环境需水量
Table 1 Relation between the ecosystem health and environmental flow for estuaries
特性 Characteristics
水量 water quantity
水量 、水质 water quantity and quality 时间差异性 temporal variation
开放性 Opening
控制断流时间 Fleshing time
水质 、时间差异性 water quality , temporal variation
的转化过程 ,确定径流输入与生态系统状况改变之 间的定量关系[17～19] . 这种方法同样需要大量的现场 实测资料对模型进行校核验证. 因相关生态学资料
间变化率. 其中针对河口淡水 、咸水混合的特点 ,采 用简化的箱式模型计算了河口生物栖息地盐度平衡 需水量. 最后基于海河流域主要河口生态环境需水 量的计算 ,分析了不同类型生态环境需水量等级间 的变化. 1 河 口 生 态 系 统 健 康 与 生 态 环 境 需 水 量
基金项目 :国家自然科学基金重点资助项目 (50239020) ;国家重点基础研究发展规划 (973) 项目 ( G1999043605) 作者简介 :孙 涛 (1975 —) ,男 ,博士 ,研究方向 :生态环境需水量研究 ,河口近岸海域环境模拟 ,suntao @bnu. edu. cn ; 3 通讯作者 (责任作者) Foundation item : Key Program of National Natural Science Foundation of China ( Grand No. 50239020) ; the State Key Project of Fundamental Research (973) ( G1999043605) Biography : SUN Tao (1975 —) ,Male , Ph. D. ,E2mail : suntao @bnu. edu. cn ; 3 Corresponding author
河口生态系统健康性指标 Index of ecosystem health for estuary
结构完整性 Integrity
系统稳定性 Stability 功能协调性 Harmonious
生态环境需水量类型 Types of ecological water demands 水循环 ,生物循环消耗需水量 Water consumption in watercycle and biological cycle 生物栖息地质量及规模 Habitat 需水量随时间的变化 Temporal variation
中面临的难题. 如何在资料短缺的情况下 ,科学合理 性 、功能协调性 、系统稳定性 、开放性以及景观美学
地确定河口生态环境需水量是本文关注的重点. 本 性 5 个指标反映河口生态系统的健康状况[20] ,并由
文以保持河口生态系统可持续性健康为目的 ,分析 此分析了相应生态环境需水的类型及特征. 表 1 给
河口生态环境需水量计算方法研究
孙 涛 ,杨志峰 3
北京师范大学环境学院 水环境模拟国家重点实验室 ,北京 100875 收稿日期 :2004211212 修回日期 :2005203218 录用日期 :2005203230
摘要 :提出了河口生态环境需水量的计算方法. 计算中考虑了水循环消耗 、生物循环消耗 、生物栖息地等不同类型需水及其随时间的变化 ,根据 “加和性”和“最大值”原则计算了河口生态环境需水年度总量 ,以保持河口径流自然状态为目标确定了生态环境需水量年内随时间的变化率. 根据“生态环境需水量阈值性”的要求 ,将计算结果划分为最低 、适宜和高 3 个等级. 对海河流域主要河口的计算结果表明 ,海河口 、滦河口和漳 卫新河口最低等级生态环境需水量分别为 5197 ×108 m3 、6181 ×108 m3 和 4196 ×108 m3 . 河口径流量的减少将首先影响泥沙的输运 ,进而改变河 口生态系统的盐度平衡. 关键词 :生态环境需水量 ; 河口 ; 计算方法 ; 海河流域
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环 境 科 学 学 报
25 卷
湾淡水输入与盐度梯度及生物种群分布的关系密 消耗 、生物循环消耗以及河口生物栖息地等不同类
切[13] ;我国“三峡工程与长江口生态环境研究”项目 通过分析生物的种类 、分布与径流变化的对应关系 , 研究了三峡工程建设对入海径流量的改变及其对河
State Key Laboratory of Water Environment Simulation , School of Environment , Beijing Normal University , Beijing 100875 Received 12 November 2004 ; received in revised form 18 March 2005 ; accepted 30 March 2005
第 25 卷第 5 期 2005 年 5 月
环 境 科 学 学 报 Acta Scientiae Circumstantiae
Vol. 25 ,No. 5 May , 2005
孙 涛 ,杨志峰. 河口生态环境需水量计算方法研究[J ] . 环境科学学报 ,2005 ,25 (5) :573 - 579 SUN Tao , YANG Zhifeng. Study on the methods for quantifying the environmental flow in estuaries[J ] . Acta Scientiae Circumstantiae ,2005 ,25 (5) :573 - 579
景观 、美学性 Esthetics
美化环境 ,旅游需水量 water demand for entertainment
水质 、水量 water quantity and quality
生态系统结构完整性要求生态系统水循环 、生 物循环等各环节均存在. 要求生态环境需水量首先 保证河口生态系统水循环 (蒸发 、渗漏) ,物质循环 (有机物 、无机物) 及生物循环 (初级生产力 、次级生 产力及较高营养级等) 基本存在. 生态环境需水量首 先应满足生态系统中水循环 、生物循环消耗所需的 淡水量.
Study on the methods for quantifying the environmental flow in estuaries
SUN Tao , YANG Zhifeng 3
( Ecosystem health and environmental flow for
的短缺和数学模型建立的复杂性 ,数学模型模拟方
estuaries)
法在我国河口生态系统研究中的应用相对较少.
河口生态环境需水量的计算目标是确定维持河
生态资料短缺是目前国内外河口生态系统研究 口生态系统健康所需的淡水量. 以下采用结构完整
生态系统稳定性的关键是生物多样性 ,其基础 是生态环境保障生物多样性的能力 ,即生物栖息地 的质量. 目前 ,大量河口生物栖息地正面临着水资源 短缺和污染物大量排放的双重威胁. 河口生态环境 需水量应满足生物栖息地对水量 (水面面积 、水深 等) 、水质 (营养物 、水温等) 及相应随时间变化的 要求.
河口生态环境需水量研究通过探寻生态系统健 康对河道径流淡水输入水量 、水质及其时空分布的
要求 ,减少人为因素对河口生态系统健康造成的负 面影响 ,为河口生态环境保护提供科学依据. 目前 , 生态环境需水量的研究主要集中于河道 、湖泊及湿 地等陆地生态系统 ,尚缺乏针对河口生态环境需水 量的专门研究[1～6] . 河口生态环境的相关研究多集 中于分析河道径流变化对河口生态系统物质循环 、 生物种群分布等的影响[7～10] . 研究方法主要包括 2 种 ,一种方法是通过分析现场实验调查资料确定河 道径流改变与生态系统变化的相关关系[11 ,12] . Jassby 等通过对大量数据的相关分析认为 ,San Francisco 海
河口生态系统位于河流生态系统与海洋生态系 统的交汇处 ,海陆间的交互作用使得河口生态系统 具有独特的环境特征和重要的生态服务功能 ,同时 也使得河口成为相对脆弱的生态系统. 近年来 ,在自 然因素和人为因素的共同作用下 ,多数河口生态系 统径流的自然状况发生了显著改变 ,河口生态系统 出现了不同程度的退化 ,并且已经直接影响到邻近 陆域 、海域生态系统健康和渔业资源的可持续发展.
Abstract : Considering the requirement of the water cycle , the biological cycle and the habitat in estuaries , the methods for quantifying the environmental flow with different functions and the temporal variation respectively are presented. Annual water demands are determined based on the adding and the maximum principle. Month variation of environmental flow is settled to be close to the variation of natural river discharge. Different levels are established in case of the limited requirement for ecological water demands. Calculating methods for quantifying the environmental flow in estuaries are applied in Haihe River Basin. The results indicated that the minimum ecological water demands for Haihe estuary , Luanhe estuary and Zhangweixin estuary were 5. 97 ×108 m3 , 6. 81 ×108 m3 and 4. 96 × 108 m3 respectively. Sediment transport will be impacted directly by the reduction of the river discharge , and the balance of salinity will be changed in the estuarine ecosystem. Keywords :environmental flow ; estuary ; calculating method ; Haihe River Basin
型生态环境需水量的计算方法. 根据“加和性”和“最 大值”原则计算河口生态环境需水年度总量 ,以保持 河口径流自然状态为目标确定生态环境需水量的时
口地区生态环境各项指标的影响[14] ;近期随着对南 水北调工程的建设论证 ,径流改变对长江口生态环 境影响的研究得到了进一步的发展[15 ,16] . 另一种方 法是通过建立数学模型模拟生态系统物质和能量间
源自文库
河口生态环境的需水类型及其特征 ,在陆域生态环 出了河口生态系统健康与生态环境需水量类型及特
境需水量研究的基础上 ,给出河口生态系统水循环 征间的关系.
表 1 河口生态系统健康与生态环境需水量
Table 1 Relation between the ecosystem health and environmental flow for estuaries
特性 Characteristics
水量 water quantity
水量 、水质 water quantity and quality 时间差异性 temporal variation
开放性 Opening
控制断流时间 Fleshing time
水质 、时间差异性 water quality , temporal variation
的转化过程 ,确定径流输入与生态系统状况改变之 间的定量关系[17～19] . 这种方法同样需要大量的现场 实测资料对模型进行校核验证. 因相关生态学资料
间变化率. 其中针对河口淡水 、咸水混合的特点 ,采 用简化的箱式模型计算了河口生物栖息地盐度平衡 需水量. 最后基于海河流域主要河口生态环境需水 量的计算 ,分析了不同类型生态环境需水量等级间 的变化. 1 河 口 生 态 系 统 健 康 与 生 态 环 境 需 水 量
基金项目 :国家自然科学基金重点资助项目 (50239020) ;国家重点基础研究发展规划 (973) 项目 ( G1999043605) 作者简介 :孙 涛 (1975 —) ,男 ,博士 ,研究方向 :生态环境需水量研究 ,河口近岸海域环境模拟 ,suntao @bnu. edu. cn ; 3 通讯作者 (责任作者) Foundation item : Key Program of National Natural Science Foundation of China ( Grand No. 50239020) ; the State Key Project of Fundamental Research (973) ( G1999043605) Biography : SUN Tao (1975 —) ,Male , Ph. D. ,E2mail : suntao @bnu. edu. cn ; 3 Corresponding author
河口生态系统健康性指标 Index of ecosystem health for estuary
结构完整性 Integrity
系统稳定性 Stability 功能协调性 Harmonious
生态环境需水量类型 Types of ecological water demands 水循环 ,生物循环消耗需水量 Water consumption in watercycle and biological cycle 生物栖息地质量及规模 Habitat 需水量随时间的变化 Temporal variation
中面临的难题. 如何在资料短缺的情况下 ,科学合理 性 、功能协调性 、系统稳定性 、开放性以及景观美学
地确定河口生态环境需水量是本文关注的重点. 本 性 5 个指标反映河口生态系统的健康状况[20] ,并由
文以保持河口生态系统可持续性健康为目的 ,分析 此分析了相应生态环境需水的类型及特征. 表 1 给
河口生态环境需水量计算方法研究
孙 涛 ,杨志峰 3
北京师范大学环境学院 水环境模拟国家重点实验室 ,北京 100875 收稿日期 :2004211212 修回日期 :2005203218 录用日期 :2005203230
摘要 :提出了河口生态环境需水量的计算方法. 计算中考虑了水循环消耗 、生物循环消耗 、生物栖息地等不同类型需水及其随时间的变化 ,根据 “加和性”和“最大值”原则计算了河口生态环境需水年度总量 ,以保持河口径流自然状态为目标确定了生态环境需水量年内随时间的变化率. 根据“生态环境需水量阈值性”的要求 ,将计算结果划分为最低 、适宜和高 3 个等级. 对海河流域主要河口的计算结果表明 ,海河口 、滦河口和漳 卫新河口最低等级生态环境需水量分别为 5197 ×108 m3 、6181 ×108 m3 和 4196 ×108 m3 . 河口径流量的减少将首先影响泥沙的输运 ,进而改变河 口生态系统的盐度平衡. 关键词 :生态环境需水量 ; 河口 ; 计算方法 ; 海河流域
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环 境 科 学 学 报
25 卷
湾淡水输入与盐度梯度及生物种群分布的关系密 消耗 、生物循环消耗以及河口生物栖息地等不同类
切[13] ;我国“三峡工程与长江口生态环境研究”项目 通过分析生物的种类 、分布与径流变化的对应关系 , 研究了三峡工程建设对入海径流量的改变及其对河
State Key Laboratory of Water Environment Simulation , School of Environment , Beijing Normal University , Beijing 100875 Received 12 November 2004 ; received in revised form 18 March 2005 ; accepted 30 March 2005
第 25 卷第 5 期 2005 年 5 月
环 境 科 学 学 报 Acta Scientiae Circumstantiae
Vol. 25 ,No. 5 May , 2005
孙 涛 ,杨志峰. 河口生态环境需水量计算方法研究[J ] . 环境科学学报 ,2005 ,25 (5) :573 - 579 SUN Tao , YANG Zhifeng. Study on the methods for quantifying the environmental flow in estuaries[J ] . Acta Scientiae Circumstantiae ,2005 ,25 (5) :573 - 579
景观 、美学性 Esthetics
美化环境 ,旅游需水量 water demand for entertainment
水质 、水量 water quantity and quality
生态系统结构完整性要求生态系统水循环 、生 物循环等各环节均存在. 要求生态环境需水量首先 保证河口生态系统水循环 (蒸发 、渗漏) ,物质循环 (有机物 、无机物) 及生物循环 (初级生产力 、次级生 产力及较高营养级等) 基本存在. 生态环境需水量首 先应满足生态系统中水循环 、生物循环消耗所需的 淡水量.