灌溉水利用效率随尺度变化规律分布式模拟

为评价农田灌溉水利用状况并揭示灌溉水利用效率的尺度变化规律,应用改进的分布式水文模型(SWAT)模拟了漳河灌区三干渠灌域的水循环过程和作物产量。以子流域嵌套方式将研究区划分为9个尺度来计算灌溉水利用效率指标,并分析其随尺度变化的特征及原因。结果表明,灌溉水分生产率受降雨、气候条件的时空分布特征影响较大,而且随尺度增大明显,其尺度关系可以近似应用幂函数描述,函数的形式和参数与分形思想接近。排水率在中等尺度上的数值最大,但随尺度变化不显著。因此,在一定精度条件下,灌溉水分生产率的尺度转换模式可以尝试应用幂函数形式。漳河灌区在中等尺度上的节水潜力最大。     

水稻灌区节水灌溉的尺度效应

探讨了节水灌溉尺度问题,指出产生节水灌溉尺度现象的原因是由于灌溉过程中回归水的重复利用.结合漳河灌区的实际,讨论了水稻种植区在不同尺度下的水平衡要素及其在节水尺度效应中的作用;说明随尺度的增大,水平衡过程变得复杂化,节水尺度效应现象也更突出.利用漳河灌区田间试验数据和灌区长系列的历史资料,分别从田间、中等、灌溉干渠和灌区共四个尺度,定量地分析了水稻节水灌溉对水分生产率以及水分利用率的影响.结果表明,节水灌溉技术的采用不仅可以提高田间尺度的灌溉水分生产率,也促进了漳河灌区灌溉水分生产率的整体上升.     

土壤水文属性及其对水文过程影响研究的进展、挑战与机遇

土壤水文属性对水文过程、能量过程、碳氮循环过程及各过程间相互作用有重要影响.首先简要回顾近30年来土壤水文属性的研究进展,包括土壤水文属性的监测分析、土壤水文属性对水文过程的影响机理,以及不同尺度土壤水文属性对水文过程的影响差异及联系.其次,论述土壤水文属性研究的挑战与机遇.最后介绍祁连山区土壤水文属性对水文过程的影响及多尺度特征研究.力求加深对土壤水文属性变异规律及其对水文过程影响机理的认知,发展土壤水文学和山区水文学,支持水资源科学管理和区域可持续发展.     

石津灌区冬小麦水分生产率的尺度效应

以河北省石津灌区为研究对象,以2007-2009年两季冬小麦生育期为研究时段,基于Hydrus-1D和Modflow模型模拟分析了井渠结合灌溉模式下冬小麦的净入流量水分生产率和净灌溉水分生产率的尺度效应(作物、田间、分干、干渠和灌区尺度)。结果表明:①从作物尺度到灌区尺度,损失水量越来越多,使得净入流量水分生产率和净灌溉水分生产率分别减少了9.49%和16.59%;②由于研究区地下水埋深较大,冬小麦生育期内渗漏补给地下水库的重复利用水量很小,而净灌溉水分生产率因为考虑了这一小部分重复利用水量,比传统的灌溉水分生产率有了小幅提升;③在多年时间尺度上,由于渗漏水量能够全部进入地下水库被重复利用,净入流量水分生产率随尺度增大而增大,而不同空间尺度的净灌溉水分生产率也比冬小麦生育期时间尺度上提高37%~65%。     

生态水文科学研究的现状与展望

生态水文科学研究是区域生态系统研究和区域水文科学研究的交叉领域 ,其核心内容是揭示不同环境条件下植物与水的相互关系机理 ,探索各种植被的生态水文作用过程。近年来 ,生态与水文相互作用过程的数学模拟和专门模型研制日益成为重要的发展领域 ,同时 ,生态水文学的研究十分注重尺度效应 ,把在一定尺度上获得的水文与生态原理或模型向其它不同尺度转换已成为最具挑战性的问题。山地生态系统成为全球变化研究最为重要的研究场所 ,开展与全球变化相关的生态系统物质与能量循环、生态过程的梯度效应及其与水文过程的耦合关系、生态系统结构与功能及其变化等方面的研究 ,是生态水文学研究最具活力的方向 ,其中建立包含区域气候变化因素的多元生态过程动态模拟模型 ,并使该模型具有不同时空尺度、不同地貌和生态带的广泛适应性是目前广泛关注的热点问题。     

生态水文科学古人的现状与展望

生态水文科学研究是区域生态系统研究和区域水文科学研究的交叉领域，其核心内容是揭示不同环境条件下植物与水的相互关系机理，探索各种植被的生态水文作用过程。近年来，生态与水文相互作用过程的数学模拟和专门模型研制日益成为重要的发展领域，同时，生态水文学的研究十分注重尺度效应，把在一定尺度上获得的水文与生态原理或模型向其它不同尺度转换已成为最具挑战性的问题。山地生态系统成为全球变化研究最为重要的研究场所，开展与全球变化相关的生态系统物质与能量循环、生态过程的梯度效应及其与水文过程的耦合关系、生态系统结构与功能及其变化等方面的研究，是生态水文学研究最具活力的方向，其中建立包含区域气候变化因素的多元生态过程动态模拟模型，并使该模型具有不同时空尺度、不同地貌和生态带的广泛适应性是目前广泛关注的热点问题。     

基于文献计量分析我国生态水文学研究现状及热点

利用中国期刊全文数据库（CNKI）、万方数据库和维普中文期刊全文数据库,通过检索2000-2015年我国以中文形式刊载的生态水文学领域的成果论著,采用文献计量分析方法,系统分析了国内生态水文学研究领域的发展现状,剖析了主要研究知名机构的热点研究主题,讨论该研究领域的国内研究热点及前沿方向。结果表明：生态水文过程、效应以及不同尺度的生态水文模型是现阶段生态水文学的前沿热点,生态需水（量）、干旱区的生态水文过程、森林水文生态作用及其资源和环境效应、河湖湿地植物与水关系及其水环境效应以及陆地生态系统水碳耦合关系等,一直是生态水文学关注的焦点。2000-2008年是我国生态水文学领域研究高速发展阶段,2009-2015年进入平稳调整阶段。中国科学院、中国水利水电科学研究院和北京师范大学等是我国生态水文学研究的主力机构。     

灌溉用水效率尺度效应研究评述

在阐述灌溉用水效率尺度效应内涵及其产生原因的基础上,对研究现状进行了评述,并提出了今后的研究方向。灌溉用水效率尺度效应主要由灌区土壤、作物、气候、灌溉工程、灌溉水量等多种因素的空间变异性和回归水利用导致;现有灌溉用水效率指标应该拓宽供水效益内涵,同时在经济条件约束下来考虑回归水的再利用;现有各类指标随尺度变化规律并不固定,主要原因是尺度效应并非由单一因素决定;现有尺度效应转换研究都是单独针对空间变异或回归水重复利用而进行,缺少对两者的综合,更缺乏成熟的尺度转换公式。今后需要在完善评价指标体系的基础上,重点对尺度转换理论进行攻关,同时还应兼顾水循环伴生过程的尺度效应研究。     

IGBP核心项目之一——“水文循环的生物圈方面”概述

水文循环的生物圈方面(BAHC)是国际地圈生物圈计划(IGBP)的核心项目之一。水文循环是水文学中最早建立起来的概念,但是认识到生物圈在水文循环中的作用却是近几年来才有的。一、问题的提出由于在水文循环通路中一个重要环节是在陆面和大气间进行的,即通过能量和水分在陆面-大气界面上输移的物理过程不断地进行着交换,且具有正反两     

干旱区根土界面水分再分配及其生态水文效应研究进展与展望

水分限制环境下,植物对生境的适应直接或间接地与植物对水分资源的利用有关。目前已知,根系—土壤系统（又称根土界面）水分再分配是陆地表层系统地下生态过程的一个重要环节,它在植物对土壤水分的利用和生态系统水分循环过程中起着关键调节作用,而且对生态系统的碳氮磷循环与养分平衡等关键过程亦具有重要影响。因此,深入开展水分限制环境下根土界面水分再分配过程及其生态水文效应的研究有重要的科学意义。围绕“水分限制环境下根土界面水分再分配过程及其效应”这一核心问题,重点从根系生态学、根土界面水分再分配发生机理及其生态水文效应及影响根土界面水分再分配发生的主要因子等3个方面对国内外的研究动态及最新研究进展作比较系统的评述;在此基础上,提出了根土界面水分再分配过程及其生态水文效应研究中应重点关注和研究的几个前沿科学问题。     

黑河流域生态—水文观测试验与水—生态集成管理研究

对黑河流域水—生态—经济系统研究的主要内容“流域生态—水文观测试验与流域水—生态集成管理”做了概要论述。认为流域水循环、生态水、集成水管理三大科学问题的解决必需加强该领域的研究;结合黑河流域的前期基础、研究现状和能力建设,提出了近期研究的4个领域：流域水循环、水平衡与可利用水资源;流域生态—水文过程与生态环境用水;人类活动驱动的流域水—生态系统演变;流域生态—水文野外平台与流域集成环境。对此进行了进一步的阐述,对该方面研究的方法论和技术难点亦做了简述。     

黑河流域节水生态农业与流域水资源集成管理研究领域

概述了中国内陆河流域面临的水问题和日益激化的用水矛盾,强调了内陆河地区支柱产业——绿洲农业应该坚持节水和生态的方向,流域集成管理是持续农业的基础。长期从事该方面研究的黑河流域是个较好借鉴,同时也提供了深入开展相关研究的基础,为此提出了以黑河流域为背景的四大研究流域：水文、生物、经济系统水循环与水资源形成演变,节水农业的生物学研究与抗旱品种繁育,农业节水新材料研发与工程节水技术集成,水资源合理配置与流域集成管理;并简述了各领域的主要方向。     

水文实验研究进展

阐述了水文实验的概念与内涵,归纳了水文实验的研究方法及其特点,系统地回顾了国内外流域水文实验的发展历程,梳理了应用实验方法进行植被截留与阻滞作用、降水径流关系、非饱和带水分运移以及气候变化和人类活动影响下的水文过程研究的进展,分析了当前水文实验发展的不足,提出未来水文实验的发展方向:传统的实验流域着重于地表水研究,没有深入水文循环系统的内部,应将水文实验的研究范围从地表扩展为关键带部分,并加强跨流域的补给、径流与排泄关系研究;多学科交叉的综合观测实验与协同研究是水文实验的发展趋势;当前水文实验的系统性与规范性仍显不足,应重视水文实验站网建设,加强水文实验的规范性,以促进实验数据交换和研究成果对比。     

灌区水资源合理配置研究进展

灌区水资源合理配置是提高灌区水资源利用效率及保障粮食安全的重要途径,也是实现灌区水资源可持续利用的有效调控措施。从灌区水资源管理政策、水资源循环转化规律、水资源优化配置模型与方法和水文生态4个方面,对国内外该领域的研究现状进行了对比分析。研究发现,国内灌区水资源配置主要存在4个方面的问题:水资源合理配置与保护政策落实不到位、水资源的统一管理机制不健全、水资源优化配置模型实用性不强和水资源优化配置基础条件较为薄弱。建议加强灌区水资源的统一管理政策与机制、变化环境下水资源循环转化规律、水资源承载力基础理论与评价新方法、水文生态调控技术、水资源实时风险调度与智能化管理技术以及水资源优化配置耦合技术研究。     

人类活动对全球淡水循环影响与水行星边界评估研究进展

近几十年来,人类活动对淡水循环的影响已经超出了流域尺度。解决目前所面临的水资源问题,不应只着眼于流域过程,而应从更大的空间尺度——全球尺度对地球系统过程加以研究。文章总结了人类活动对全球淡水循环的影响途径,论述了水行星边界方法框架与研究进展,分析了淡水利用管理从流域尺度到全球尺度的实现方法。水行星边界方法以地球系统科学...     

现代水文水资源学科体系及研究前沿和热点问题

在对国内外水问题进行科学识别的基础上,分析了水循环的"自然-人工"二元演变模式,明晰了水循环及伴生水化学、水生态和水沙过程的相互关系,初步阐述了现代水文水资源学科体系的构成。在对国际水文水资源研究发展趋势及热点和前沿问题进行阐释的基础上,结合中国水文水资源研究现状及水问题解决的实践需求,论述了中国水文水资源研究的学科体系的构成,并分析其重大研究方向。在变化环境和高强度人类活动影响下,水循环在驱动力、结构及参数等方面已呈现出显著"自然-人工"二元特征。现代水文水资源研究正由传统"还原细化"研究向综合交叉方向发展,并由传统基于单个水文环节的研究过渡到基于二元水循环过程的研究上来,原型观测与数学模拟的结合已成为其关键研究手段。中国水文水资源研究需要进一步强化水循环及伴生过程演变机理识别与定量模拟方面的基础研究,完善水资源评价、配置、调度、水权分配、水价定价理论和技术等方面的应用基础研究,服务于节水型社会建设、水环境保护与水生态修复、水资源综合管理、防灾减灾与应急管理、民生水利及现代水利建设与管理等实践需求。     

遥感水文应用中的尺度问题

遥感技术在水文科学中的广泛应用，极大地拓宽了其研究的领域和范围，增加了其研究的深度。但同时也应该看到，遥感信息的空间分辨率和时间分辨率，以及水文科学自身尺度问题的复杂性，一方面对遥感水文的应用产生困难和问题，限制了水文遥感的应用；另一方面又对水文尺度问题提供了新的技术手段，为遥感水文应用增添了新的亮点。从水文机理与空间尺度、遥感信息的空间分辨率、水文参数的空间延拓，以及遥感技术与水文科学的发展等 4个方面探讨了遥感水文的空间尺度问题；从瞬时遥感信息的时间拓展和遥感信息的时间分辨率 2个方面讨论了遥感水文的时间尺度问题。     

Climate change impacts on a Mediterranean river and the associated interactions with the adjacent coastal area

The Spercheios river basin—coastal marine area is a complex natural and interdependent ecosystem, highly affected by human activities and interventions. Such sensitive systems are even more vulnerable to alterations of the hydrological cycle components and it is likely to be rapidly and severely affected by climate change. In order to examine the climate change impacts on water resources of the study area, the interaction between the hydrology of the river basin and the hydrodynamic of the coastal marine area was examined using two models. Based on the results, although the irrigation needs decrease for the years 2050 and 2100 due to corresponding decrease in cultivated areas, temperature increase and precipitation decrease are both expected to influence the water resources of the Spercheios river basin, which will directly affect the Maliakos Gulf hydrodynamics. The necessity to adopt a holistic approach which will treat river basins and coastal marine areas as an integrated whole, with regard to environmental, socio-economic and political framework, is evident.     

气候变化对陆地水循环影响研究的问题

简要地回顾了现存的由气候情景驱动水文模型研究气候变化对陆地水循环影响的方法。指出这种单向连接方法很难将气候变暖及人类活动引起的陆地水循环变化反馈给大气。这既影响对降雨的预测精度,又不能正确地描写陆地水循环的变化。近10年来气候学家对大气环流模型中陆面过程模型的改进以及水文气候学家对大尺度水文模型研究所取得的进展,展现了它们之间的互补性,以及未来用水文-气候耦合模型方法研究气候变化与人类活动对陆地水循环影响及水资源预测的可能性。