生态水文的生态水文学研究内容及研究方法
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发布时间：2022-05-23 20:35
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时间：2023-12-15 23:04
生态建设与水文水资源有着非常密切的关系，生态建设中的水科学问题及其研究已成为生产实践中急需解决的问题之一。然而由于问题的复杂性、资料的有限性、方法的不成熟性，其研究有待进一步科学化、系统化。生态水文学一词的英文为Eco—hydrology，是由ecology（生态学）和hydrology(水文学)两词组合而成，它大约在20世纪80年代开始出现。在我国，刘昌明等1997年主编的《中国水文问题研究》一书中使用了“生态水文”一词。近几年，生态水文一词频频出现，特别是已成为我国一些大学或研究所的研究领域和方向。英国学者，R.L.wilby等于1997年出版了《Eco-hydrology》专著，该书重点讨论湿地生态系统中植物与水分的关系。Zalewski在1997年的一份水文学技术报告中指出，生态水文学概念是关于水生资源可持续利用的一个新转变，他把生态水文学主界定在水生物学方面。
尽管“生态水文学”已在国内外各种报告中频繁出现，但还没有一个明确的定义，鉴于它的研究仍处于新发展状态，可以这样认为 ：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。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。
长期以来，尽管人们一直在研究生态过程与水文过程的相互作用，但分属不同的学科领域，而未形成统一的学科体系。按照不同的空间尺度，生态水文的研究内容可分为三个方面。以 SPAC 为基础的植物与水分关系的研究，形成生态水文的微观机理研究。伴随土壤水动学发展及SPAC概念的提出，特别是20世纪80年代以来，在国际地圈生物圈计划 （IGBP）的推动下，这方面研究非常活跃，并取得了较大进展。以SVAT（Soil——Vegetation—— Atmosphere——Transfer）为基础的中尺度植被与水文研究，早期的研究 ，主要研究不同植被类型及结构内的水文规律形成如农田水文学、森林水文学和草地水文学等，重点研究不同植被群落中水量平衡、水分循环、水质及其变化等的规律，研究不同植被类型对水文系统、水行为的作用和影响。自20世纪80年代，SVAT概念的提出，特别是1991年国际大气土壤植被关系委员会（ICASCR）成立以来，则更加重视植被（而非植物）、大气与土壤界面之间水文过程，并把三者作为一个系统开展更加深入的、较大尺度的研究。第三，中大尺度地表覆盖变化的水文系统研究，现代社会中，大尺度流域或区域内单纯的一种植被是不存在的，实际存在的是由林、草、农田等不同植被复合而成，由于植被类型、土壤及气候（特别是降水）的空间变异特征，不同组合条件下流域或区域，产流和汇流过程不同，其水量平衡、水质及水循环模式也有很大的差异。因此，如何把小尺度、特高植被的水文行为放大到大尺度，研究不同植被覆盖下大尺度水文系统变化是当前国内外研究热点。
按照研究目的，生态水文的研究可分为两类，即良性生态系统中水文规律的认知研究和生态建设中的水问题研究。前者以探索生态与水文过程相互作用的规律，研究二者相互作用机理，同时能为生态建设提供参照和参考，属认识世界的范畴。生态建设中的水问题研究具有明确的应用目的，是生态水文学研究热点之一。一方面要研究和认识生态建设中生态水分条件和生态水资源背景，如何开发和利用有利的水分条件，促进和加速生态恢复。在黄土高原干旱缺水，气候和植被的过渡特征、丘陵地貌使水热局地分异特征，决定了生态恢复生态水文背景的复杂性，植被类型结构和布局确立的困难性。因此，只有在“拉网式”水分背景的地理分布规律的基础上，才能明确回答黄土高原能不能造林？栽什么树和造什么林以及种什么草等生态建设中长期悬而未决的实际问题。另一方面，就是生态建设的水文效应研究，如同土壤水力曲线，其吸湿过程和退水过程并不一致，相同的水势，吸湿过程与退水过程中土壤持水量并不一致。因此，流域或区域的生态建设与恢复的水文效应也是一个值得研究的问题。研究重点是评价流域或区域生态建设对水文系统的单项或综合影响；预测不同建议模工对水文系统的可能影响，确定和选择好的模式。
生态水文学研究方法
目前，国内外生态水文研究中普遍采用的研究方法有对比分析法、水文模型模拟法、水量平衡法。 对比分析法又可分为流域对比分析法和时间序列对比分析法。按研究尺度划分，对比分析法可分为以下几种类型：
（1）径流小区对比法 通过有控制措施与实验措施的一对径流实验场或径流沟的同时对比观测，来研究各个单项措施对于水环境的影响。在进行这样的对比观测时，一般应先进行空白的对比观测，来观测它们的基础是否一致，然后再将其中的一个径流场或径流沟加上单项的人工措施，如植被种草等。这个方法的优点是可以把影响水环境的某些因素固定起来，单独研究其中某一个因素对于水环境的影响。但这个方法是在小面积上所得的资料，不能随便应用到大面积上去，主要原因是由于地下水层的深度与河床切割深度的相互关系在小面积上与大面积上有很大的不同；并且，大面积上各个不同部分的情况错综复杂，因此要确定小面积的代表性实际上是有困难的。总的来说，这种方法有利于确定人类活动中的某一单项措施对于水环境的影响，而应用到大面积的定量计算上还存在一定的困难。
（2）小流域对比观测法 这种方法原理与上一种方法是相同的，不同的研究尺度和综合程度不同。这种方法的优点是可以人工控制各项单项措施的组合，从而研究综合生态建设的水文效应。同时它要求参证流域的资料具有一致性，即未进行水土流失治理，并且参证流域下垫面地形、地貌条件与本站相似。另一类方法是研究同一流域不同时间段的水文变化，分析生态与水文关系。如研究生态建设前后的资料，进行对比分析。一般采用趋势法和相关分析法两种方法。
（3）中、大流域的时段对比法 这种方法是根据有较长期记载的中、大流域控制站，按各流域内下垫面情况有显著改变的各个不同历史时期来研究人类活动对于水环境的影响。这种方法的优点是控制面积大，可以直接得出人类活动对于中、大流域所起的综合影响。但它受到历史资料的*，并且难以排除气候变化对水环境的影响。
以上这几种方法归纳起来可以分为两类：一类是小面积的典型试验研究，一类是大面积的对天然流域的分析研究。由于流域内各部分的自然地理条件各不相同，而影响水环境的因素又复杂多样，因此在计算一个大流域的人类活动对于水环境的影响时，不能机械的将小面积上所得的资料应用到大流域上。因此在不同尺度研究成果的互相借鉴应用中，应运用地理学区域性原则分析，它促进了区域生态水文的研究。 水量平衡法的基本原理是利用水量平衡方程，分析各要素受水土流失治理影响后的差异及其变化。多年平均情况下的流域水量平衡方程为：
R=P-E （1）
式中：R是径流；P是降水；E是蒸发。受水土流失治理影响后的降水P'、径流R'和流域蒸发E'仍然满足方程（1），即：
R'= P'- E' （2）
根据研究流域水土保持的性质与主要变量，对（2）式中受影响很小的要素忽略其变化量。该法概念清晰，可逐项评价水土保持对水环境的影响，但该法所需资料多，工作量大。
