生態(tài)水文模型與應(yīng)用

內(nèi)容概要

　　楊勝天等著的這本《生態(tài)水文模型與應(yīng)用》系統(tǒng)地總結(jié)了作者在生態(tài)水文理論、方法、模型及應(yīng)用方面的研究成果。全書(shū)分為11章，前6章為理論篇，系統(tǒng)全面地介紹生態(tài)水文學(xué)的產(chǎn)生背景、發(fā)展歷程及生態(tài)水文原理和模擬方法，深入細(xì)致地闡述了生態(tài)水文系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)理論，在此基礎(chǔ)上論述了流域生態(tài)水文過(guò)程模擬和生態(tài)水文模型參數(shù)實(shí)驗(yàn)與遙感反演。后5章為應(yīng)用篇，主要介紹生態(tài)水文模型(EcoHAT)在國(guó)內(nèi)典型研究區(qū)的應(yīng)用，主要包括貴州地區(qū)水文循環(huán)和植被NPP計(jì)算、貴州喀斯特森林酸沉降響應(yīng)模擬、新疆特克斯河流域遙感驅(qū)動(dòng)水文模擬、海南松濤水庫(kù)流域面源污染計(jì)算及官?gòu)d水庫(kù)庫(kù)濱帶非點(diǎn)源污染控制。
　　《生態(tài)水文模型與應(yīng)用》具有較強(qiáng)的學(xué)術(shù)性和實(shí)用性，適用于從事生態(tài)水文學(xué)、環(huán)境科學(xué)、水文模擬、非點(diǎn)源污染等方面研究的學(xué)者和科研人員，也可作為相關(guān)領(lǐng)域研究生教學(xué)與科研的參考書(shū)和工具書(shū)。

書(shū)籍目錄

序
前言
第1章 緒論
　1.1 生態(tài)水文學(xué)產(chǎn)生背景
　1.2 生態(tài)水文學(xué)內(nèi)涵
　　1.2.1 生態(tài)水文學(xué)概念
　　1.2.2 生態(tài)水文學(xué)研究?jī)?nèi)容
　1.3 生態(tài)水文學(xué)發(fā)展
　1.4 生態(tài)水文模型
　參考文獻(xiàn)
第2章 生態(tài)水文原理與模擬方法
　2.1 水循環(huán)與水量平衡
　　2.1.1 水循環(huán)過(guò)程
　　2.1.2 水量平衡原理
　2.2 植物與水分
　　2.2.1 水分吸收
　　2.2.2 水分散失
　　2.2.3 水分傳導(dǎo)
　2.3 生態(tài)水文過(guò)程
　　2.3.1 生態(tài)水文物理過(guò)程
　　2.3.2 生態(tài)水文化學(xué)過(guò)程
　　2.3.3 生態(tài)水文生物效應(yīng)
　2.4 生態(tài)水文過(guò)程模擬
　　2.4.1 生態(tài)水文分析系統(tǒng)原理
　　2.4.2 生態(tài)水文分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　2.4.3 生態(tài)水文分析系統(tǒng)功能
　參考文獻(xiàn)
第3章 生態(tài)水文系統(tǒng)中水分能量轉(zhuǎn)化計(jì)算
第4章 生態(tài)水文系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)計(jì)算
第5章 流域生態(tài)水文過(guò)程模擬
第6章 生態(tài)水文模型參數(shù)實(shí)驗(yàn)與遙感反演
第7章 貴州地區(qū)水分循環(huán)和植被NPP計(jì)算
第8章 喀斯特森林酸沉降響應(yīng)模擬
第9章 特克斯河流域遙感驅(qū)動(dòng)水文模擬
第10章 海南松濤水庫(kù)流域面源污染計(jì)算
第11章 官?gòu)d水庫(kù)庫(kù)濱帶非點(diǎn)源污染控制
彩圖

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè):第1章 緒論 水危機(jī)是全球面臨的重大問(wèn)題，水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用已成為人類社會(huì)發(fā)展的重要途徑，正是在這樣的背景下，20世紀(jì)90年代興起了一門(mén)邊緣學(xué)科――生態(tài)水文學(xué)。生態(tài)水文學(xué)是生態(tài)學(xué)和水文學(xué)的交叉學(xué)科，在一系列國(guó)際大型研究計(jì)劃直接推動(dòng)下迅速發(fā)展起來(lái)，目前在世界范圍內(nèi)已得到廣泛應(yīng)用。本章 闡述生態(tài)水文學(xué)的產(chǎn)生、內(nèi)涵和發(fā)展歷程，以及與其他學(xué)科之間的關(guān)系，同時(shí)也闡述生態(tài)水文模型研究進(jìn)展。作為新興的交叉學(xué)科，各國(guó)學(xué)者對(duì)生態(tài)水文學(xué)的認(rèn)識(shí)和理解有所不同，形成了不同的觀點(diǎn)，綜合國(guó)內(nèi)外對(duì)生態(tài)水文學(xué)的理解和闡述，相對(duì)比較一致的觀點(diǎn)認(rèn)為生態(tài)水文學(xué)是揭示生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)格局和生態(tài)過(guò)程水文學(xué)機(jī)制的科學(xué)，探討生態(tài)系統(tǒng)中植物對(duì)水文過(guò)程的影響，以及水文過(guò)程對(duì)植物生長(zhǎng)和分布的作用。生態(tài)水文學(xué)以水資源可持續(xù)利用、維持生態(tài)系統(tǒng)健康和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展為研究目標(biāo)，以植物與水分關(guān)系為研究基礎(chǔ)，以土壤水分及植被蒸散為核心研究?jī)?nèi)容，以生態(tài)過(guò)程和水文過(guò)程耦合機(jī)制的尺度效應(yīng)為關(guān)鍵點(diǎn)；研究對(duì)象包括濕地生態(tài)系統(tǒng)、干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)、河流生態(tài)系統(tǒng)和湖泊生態(tài)系統(tǒng)，以及以流域?yàn)榛究臻g單元的生態(tài)過(guò)程、水文過(guò)程和人類活動(dòng)的相互作用。 1.1 生態(tài)水文學(xué)產(chǎn)生背景 水是人類和一切生物賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)資源，也是一個(gè)多功能的生態(tài)系統(tǒng)因子，是生態(tài)、環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等復(fù)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的重要組成部分，支持著生命系統(tǒng)、非生命環(huán)境系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。急劇膨脹的人類活動(dòng)破壞了水資源的生態(tài)空間，使水資源問(wèn)題成為21世紀(jì)人類面臨的重要資源問(wèn)題之一。隨著人類社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)自然和改造自然的能力不斷加強(qiáng)，對(duì)于人類社會(huì)自身所居住環(huán)境的影響越來(lái)越大，特別是負(fù)面影響已經(jīng)威脅到人類自身的生存和可持續(xù)發(fā)展。而現(xiàn)有的水利工程技術(shù)難以有效解決人類面臨淡水資源短缺日益嚴(yán)重這一問(wèn)題。 面對(duì)當(dāng)前水資源環(huán)境危機(jī)，人們意識(shí)到需要在專門(mén)學(xué)科深入研究的基礎(chǔ)上，與其他相關(guān)學(xué)科進(jìn)行綜合，建立跨學(xué)科的研究隊(duì)伍，融合各相關(guān)學(xué)科的理論和方法，以解決目前所面臨的重大環(huán)境問(wèn)題，謀求水資源的持續(xù)利用，以維護(hù)社會(huì)的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。為此，全球科學(xué)界取得共識(shí)，啟動(dòng)了一批旨在從全球視角出發(fā)，在全球范圍內(nèi)合作的大型國(guó)際合作項(xiàng)目，如IGBP、IHP、LUCC、ILTER、IHDP、GTOS等，并且成立了國(guó)際科學(xué)聯(lián)合會(huì)（http：//www.zsr.cc/ExpertHome/StudyDatum/200608/39742.html）。 國(guó)際科學(xué)聯(lián)合會(huì)提出，21世紀(jì)科學(xué)界的主要任務(wù)是加強(qiáng)跨學(xué)科綜合研究，為政策決策者提供可靠的科學(xué)依據(jù)，以應(yīng)對(duì)全球環(huán)境變化的挑戰(zhàn)，并維持地球生態(tài)系統(tǒng)和人類社會(huì)自身可持續(xù)發(fā)展。就全球尺度而言，淡水資源有限性正成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性的重要限制因子，目前科學(xué)技術(shù)條件已經(jīng)難以解決淡水資源短缺、水質(zhì)惡化和生物多樣性減少等環(huán)境問(wèn)題，需要探索新的方法和機(jī)制（Zalewskietal.，2003）。 為尋求一種環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)可行、社會(huì)可接受的多維、有效淡水資源可持續(xù)管理模式，一方面是要應(yīng)對(duì)水資源短缺、水質(zhì)惡化和生物多樣性減少等全球環(huán)境問(wèn)題的挑戰(zhàn)，另一方面也要適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)研究過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科（interdisciplinary）集成、綜合研究發(fā)展趨勢(shì)的需要。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在生態(tài)學(xué)和水文學(xué)兩個(gè)傳統(tǒng)學(xué)科長(zhǎng)期各自獨(dú)立發(fā)展，形成各自比較完備的理論基礎(chǔ)上，逐漸開(kāi)始了這兩個(gè)學(xué)科融合交叉，同時(shí)吸收其他相關(guān)學(xué)科，如地理學(xué)、土壤學(xué)、氣象學(xué)、植物學(xué)等的理論和方法，發(fā)展了生態(tài)水文學(xué)這一交叉學(xué)科。 1.2 生態(tài)水文學(xué)內(nèi)涵 1.2.1 生態(tài)水文學(xué)概念 目前，關(guān)于生態(tài)水文學(xué)這一新的邊緣性交叉學(xué)科的準(zhǔn)確定義仍然存在諸多爭(zhēng)議，對(duì)于該學(xué)科的定義和研究?jī)?nèi)容，可謂仁者見(jiàn)仁、智者見(jiàn)智。生態(tài)水文學(xué)概念首先從水陸緩沖帶的研究過(guò)程中產(chǎn)生。Ingram等（1987）在研究蘇格蘭泥炭地的過(guò)程中，首次提出了ecohydrology（生態(tài)水文學(xué)），并具體描述了泥炭地的生態(tài)水文過(guò)程；1992年在都柏林召開(kāi)的國(guó)際水與環(huán)境大會(huì)上，正式把Ingram提出的ecohydrology提升為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。 很多學(xué)者認(rèn)為生態(tài)水文學(xué)是實(shí)現(xiàn)淡水資源持續(xù)利用的重要理論和有效工具；通過(guò)生態(tài)水文學(xué)的研究，人類有望走出水資源問(wèn)題的困境。生態(tài)水文學(xué)在解決人類所面臨的淡水資源短缺問(wèn)題上所表現(xiàn)出的強(qiáng)大應(yīng)用前景受到了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注，為此，聯(lián)合國(guó)教育、科學(xué)及文化組織（UNESCO）主持的國(guó)際水文計(jì)劃第五階段（IHP-V）執(zhí)行過(guò)程中，把生態(tài)水文學(xué)理論和方法的探索作為一個(gè)重要內(nèi)容之一，并在26個(gè)國(guó)家和地區(qū)開(kāi)展了39個(gè)探索性的項(xiàng)目活動(dòng)（pilotproject）。這些先期開(kāi)展的項(xiàng)目分別從景觀格局與營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷、水文格局的化學(xué)效應(yīng)、生態(tài)流量等方面展開(kāi)了大量的研究探索工作。 生態(tài)水文學(xué)的概念首先由Zalewski（2000）提出，是指對(duì)地表環(huán)境中水文學(xué)和生態(tài)學(xué)相互關(guān)系的研究；在他后來(lái)的文章 中認(rèn)為生態(tài)水文學(xué)是在流域尺度上，研究水文和生物相互功能關(guān)系的科學(xué)，是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)管理的一種新方法；同時(shí)指出氣候、地形、植物群落和動(dòng)態(tài)、人類活動(dòng)影響4個(gè)因素決定了環(huán)境中水的動(dòng)態(tài)變化，表明在不同的環(huán)境中生態(tài)過(guò)程和水文過(guò)程之間的相互關(guān)系各不相同。Rodriguez-Iturbe（2000）認(rèn)為生態(tài)水文學(xué)作為一門(mén)學(xué)科，是指在生態(tài)模式和生態(tài)過(guò)程的基礎(chǔ)上，尋求水文機(jī)制的一門(mén)科學(xué)。在這些過(guò)程中，土壤水是時(shí)空尺度內(nèi)連接氣候變化和植被動(dòng)態(tài)的關(guān)鍵因子；在他后來(lái)的研究中認(rèn)為植物是生態(tài)水文學(xué)的核心內(nèi)容。Nuttle（2002）認(rèn)為生態(tài)水文學(xué)是生態(tài)學(xué)和水文學(xué)的亞學(xué)科，它所關(guān)心的是水文過(guò)程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)配置、結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)的影響，以及生物過(guò)程對(duì)水循環(huán)要素的影響；這一定義聚焦于水文過(guò)程在生態(tài)系統(tǒng)中所起的作用上，這與Rodriguez所提到的在生態(tài)模式和生態(tài)過(guò)程上研究水文機(jī)制的概念相一致。Hat-ton等（1997）認(rèn)為生態(tài)水文學(xué)需要在質(zhì)量守恒和能量守恒定律的基礎(chǔ)上，在周圍環(huán)境不同的情況下，研究環(huán)境過(guò)程的機(jī)制。Acreman（2001）關(guān)于應(yīng)用水文生態(tài)學(xué)的定義是指運(yùn)用水文學(xué)、水力學(xué)、地形學(xué)和生物學(xué)（生態(tài)學(xué)）的綜合知識(shí)，來(lái)預(yù)測(cè)不同時(shí)空尺度范圍內(nèi)，淡水生物和生態(tài)系統(tǒng)對(duì)非生物環(huán)境變化的響應(yīng)；另外，水文生態(tài)學(xué)側(cè)重研究河流和洪泛平原區(qū)的水文與生態(tài)過(guò)程，以及建立模擬這兩個(gè)過(guò)程相互作用的模型。 在國(guó)內(nèi)，王根緒等（2001）認(rèn)為生態(tài)水文科學(xué)研究是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)研究和區(qū)域水文科學(xué)研究的交叉領(lǐng)域，其核心內(nèi)容是揭示不同環(huán)境條件下植物與水的相互關(guān)系機(jī)理，探索各種植被的生態(tài)水文作用過(guò)程。黃奕龍、傅伯杰等（2003）指出生態(tài)水文學(xué)是研究生態(tài)格局和生態(tài)過(guò)程變化水文學(xué)機(jī)制的科學(xué)。它的一個(gè)重要研究方向是在不同時(shí)空尺度上和一系列環(huán)境條件下探討生態(tài)水文過(guò)程。生態(tài)水文過(guò)程是指水文過(guò)程與生物動(dòng)力過(guò)程之間的功能關(guān)系，它包括生態(tài)水文物理過(guò)程、生態(tài)水文化學(xué)過(guò)程及其生態(tài)效應(yīng)。夏軍等（2003）認(rèn)為生態(tài)水文學(xué)是生態(tài)學(xué)和水文學(xué)交叉領(lǐng)域的內(nèi)容，即水文過(guò)程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、分布、格局、生長(zhǎng)狀況的影響，同時(shí)研究生態(tài)系統(tǒng)（生態(tài)系統(tǒng)中植被類型、格局、配置等）變化對(duì)水文循環(huán)的影響，是一個(gè)相互影響的過(guò)程。武強(qiáng)和董東林（2001）認(rèn)為生態(tài)水文學(xué)是一個(gè)集地表水文學(xué)、地下水文學(xué)、植物生理學(xué)、生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)、氣象學(xué)和自然地理學(xué)等于一體、彼此間相互影響滲透而形成的一門(mén)新型邊緣交叉學(xué)科。章 光新（2006）提出了流域生態(tài)水文學(xué)（watershedecohydrology）的概念，以流域?yàn)檠芯繂卧瑧?yīng)用生態(tài)水文學(xué)的理論思維和系統(tǒng)科學(xué)的方法，在時(shí)空尺度上研究生態(tài)過(guò)程與水文過(guò)程相互影響、相互作用、共同耦合演進(jìn)的過(guò)程、機(jī)理和機(jī)制，探求流域水資源持續(xù)利用與水環(huán)境安全管理的一門(mén)新型學(xué)科。 綜合以上對(duì)于生態(tài)水文學(xué)的理解和闡述，相對(duì)比較一致的觀點(diǎn)認(rèn)為該學(xué)科是揭示生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)格局和生態(tài)過(guò)程水文學(xué)機(jī)制的科學(xué)，探討生態(tài)系統(tǒng)中植物對(duì)于水文過(guò)程的影響，以及水文過(guò)程對(duì)于植物生長(zhǎng)和分布的作用。生態(tài)水文學(xué)以植物與水分關(guān)系為學(xué)科研究基礎(chǔ)，以土壤水分及植被蒸散為核心研究?jī)?nèi)容，以生態(tài)過(guò)程和水文過(guò)程耦合機(jī)制的尺度效應(yīng)為學(xué)科關(guān)鍵點(diǎn)，以水資源可持續(xù)利用、維持生態(tài)系統(tǒng)健康和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展為學(xué)科研究目標(biāo)。研究對(duì)象主要包括濕地生態(tài)系統(tǒng)、干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)、河流生態(tài)系統(tǒng)和湖泊生態(tài)系統(tǒng)等不同生態(tài)系統(tǒng)類型，以及以流域空間為基本單元的生態(tài)過(guò)程、水文過(guò)程和人類活動(dòng)的相互作用。 1.2.2 生態(tài)水文學(xué)研究?jī)?nèi)容 生態(tài)水文學(xué)屬于地球科學(xué)范疇，是集地表水文學(xué)、地下水文學(xué)、植物生理學(xué)、生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)、氣象學(xué)和自然地理學(xué)于一體、彼此之間相互影響滲透而形成的一門(mén)新型邊緣交叉學(xué)科，它研究不同時(shí)空尺度上水文過(guò)程與生物動(dòng)力過(guò)程的耦合機(jī)制與規(guī)律，以期實(shí)現(xiàn)水資源的持續(xù)管理。Rodriguez-Iturbe（2000）認(rèn)為生態(tài)水文學(xué)是研究生態(tài)格局和過(guò)程下的水文機(jī)制的科學(xué)，氣候、植被和土壤的相互作用是其控制性的因素，土壤濕度是其關(guān)鍵的研究因子。IHP-V列出的地表生態(tài)水文過(guò)程（ecohydrologicalprocessinthesurfi-cialenvironment）包括植被變化、土地利用和侵蝕過(guò)程，水庫(kù)和三角洲的沉積過(guò)程，河系、洪泛平原和濕地之間的關(guān)系及地表水過(guò)程，并認(rèn)為生態(tài)水文學(xué)的實(shí)用性含義（work-ingdefinition）是研究在不同時(shí)空尺度上水文過(guò)程與生物動(dòng)力過(guò)程的綜合學(xué)科。 Zalewski（2000）在《UNESCO/IHP-V2.3、2.4項(xiàng)目實(shí)施背景、內(nèi)容、原理和科學(xué)指南》中，指出生態(tài)水文學(xué)研究的設(shè)想包括：①采用生態(tài)水文學(xué)方法提高河道的抗干擾和緩沖能力，實(shí)現(xiàn)水資源持續(xù)利用；②河流、水庫(kù)和河口的脆弱性取決于水文和生物過(guò)程的時(shí)間演化，這些演化會(huì)在人類的干預(yù)下發(fā)生變化；③營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入到水體環(huán)境的方式和強(qiáng)度取決于人為因素對(duì)流域內(nèi)的水文和生態(tài)特征的干擾；④洪水的強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間受到河道系統(tǒng)生物過(guò)程的改變，即水文變化受到生態(tài)格局的影響；⑤河流中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)富集狀況受到地表水和河道生物結(jié)構(gòu)的影響；⑥污染物的轉(zhuǎn)移和變化受到水力-水文格局和河流廊道生態(tài)特征的影響；⑦基于GIS的生態(tài)水文學(xué)方法應(yīng)用于由交錯(cuò)帶和基本斑塊組成的流域，獲得在微觀尺度上的水文和生態(tài)信息，在高一級(jí)尺度上匯合，這種對(duì)水文信息的增加將會(huì)對(duì)流域水文格局作出更深刻的解釋；⑧對(duì)生態(tài)水文過(guò)程的深刻理解和預(yù)測(cè)能力的提高是實(shí)現(xiàn)水資源和景觀高效管理的基礎(chǔ)；⑨交錯(cuò)帶，如河岸緩沖區(qū)、濕地和洪泛平原結(jié)構(gòu)的理想化是降低污染物從流域進(jìn)入河流和下游水體的一個(gè)主要工具（圖1-1）。 夏軍等（2003）按不同的因素，將生態(tài)水文學(xué)研究劃分為兩個(gè)層面，即影響生態(tài)水文的主導(dǎo)因素為自然影響和人類活動(dòng)影響兩大因素。人類活動(dòng)影響引起的水文循環(huán)變化重點(diǎn)是土地利用變化對(duì)水文循環(huán)的影響；在我國(guó)，由于農(nóng)業(yè)發(fā)展用水占到總水資源的70%以上，灌溉排水對(duì)生態(tài)水文循環(huán)至關(guān)重要；需要特別指出的是農(nóng)田灌溉系統(tǒng)是人工生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，灌溉排水是人工側(cè)支水循環(huán)的一個(gè)重要組成部分。進(jìn)入21世紀(jì)，變化環(huán)境下生態(tài)水文將面臨來(lái)自人工側(cè)支水循環(huán)影響研究新的挑戰(zhàn)問(wèn)題，關(guān)鍵問(wèn)題有開(kāi)展農(nóng)田耗水過(guò)程的機(jī)理研究，即農(nóng)田水熱CO2的傳輸、作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量形成過(guò)程，并進(jìn)行定量描述；探討農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)“土壤根系”界面、“土壤大氣”界面、“作物冠層大氣”界面的蒸散調(diào)控新的技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，提出農(nóng)業(yè)節(jié)水模式，即在保證產(chǎn)量的前提下，進(jìn)行節(jié)水技術(shù)配套組裝，通過(guò)降低農(nóng)田耗水或提高作物產(chǎn)量，大幅度提高作物水分利用效率，形成技術(shù)上可靠，使用上可行的適合旱作農(nóng)田、井灌農(nóng)田、渠井灌農(nóng)田的節(jié)水模式，最后進(jìn)行不同作物農(nóng)田節(jié)水潛力的估算與分析。王根緒等（2005）認(rèn)為生態(tài)水文學(xué)重點(diǎn)研究陸地表層系統(tǒng)生態(tài)格局與生態(tài)過(guò)程變化的水文學(xué)機(jī)理，揭示陸生環(huán)境和水生環(huán)境植物與水的相互作用關(guān)系，回答與水循環(huán)過(guò)程相關(guān)的生態(tài)環(huán)境變化的成因與調(diào)控。 1.3 生態(tài)水文學(xué)發(fā)展 早在聯(lián)合國(guó)教育、科學(xué)及文化組織國(guó)際水文計(jì)劃10年（IHD）（1965～1974年）的末期，單純水文物理學(xué)過(guò)程的研究逐漸有了環(huán)境和生態(tài)方面的內(nèi)容，尤其其他學(xué)科知識(shí)的融入和交叉，如自然地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、河流地貌學(xué)、土壤物理學(xué)等，它們對(duì)水文學(xué)自身的發(fā)展起到了重要推動(dòng)作用，在這些分支學(xué)科中都關(guān)注水分平衡、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和沉積物質(zhì)量平衡的物理過(guò)程；研究的熱點(diǎn)是從Kirkby（1978）編著的《山坡水文學(xué)》開(kāi)始，20世紀(jì)70年代，Hynes（1970）試圖將生態(tài)過(guò)程和水文過(guò)程相結(jié)合，但在過(guò)去的10～20年，絕大多數(shù)的研究都集中在特定方面，如無(wú)脊椎動(dòng)物生態(tài)和生物監(jiān)測(cè)、魚(yú)類科學(xué)、沉積物等方面。70年代和80年代，發(fā)展起來(lái)的徑流過(guò)程數(shù)字地形模型提供了從土地利用變化來(lái)分析對(duì)徑流、侵蝕、沉積以及水質(zhì)的影響；同時(shí)，80年代對(duì)酸雨問(wèn)題的研究激發(fā)了相關(guān)工作的進(jìn)展，如在北美洲和歐洲對(duì)水文學(xué)和化學(xué)之間關(guān)系的研究，進(jìn)一步促進(jìn)了環(huán)境水文學(xué)的發(fā)展，即使在南半球，水文學(xué)團(tuán)體也在和這一領(lǐng)域接近。 Ingram等（1987）首次給出了生態(tài)水文學(xué)（ecohydrology）這一詞匯，但生態(tài)水文學(xué)作為一個(gè)完整的獨(dú)立學(xué)科面貌出現(xiàn)，科學(xué)界公認(rèn)為20世紀(jì)90年代，即在1992年都柏林世界水與環(huán)境大會(huì)上正式提出以后才成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。這一新興學(xué)科的直觀理解就是研究水文學(xué)和生態(tài)學(xué)兩個(gè)方面都涉及的科學(xué)，也有人理解為是生態(tài)學(xué)和水文學(xué)兩個(gè)學(xué)科的交叉，或理解為是一個(gè)學(xué)科對(duì)另外一個(gè)學(xué)科的影響，如水文過(guò)程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響或生態(tài)過(guò)程對(duì)水文學(xué)過(guò)程的影響。結(jié)合生態(tài)學(xué)、水文學(xué)的發(fā)展過(guò)程，并參考人類社會(huì)在克服淡水資源危機(jī)所尋求最佳解決途徑過(guò)程的認(rèn)識(shí)歷程，把生態(tài)水文學(xué)發(fā)展初步分為三個(gè)不同的發(fā)展階段。 1.生態(tài)水文學(xué)孕育階段（20世紀(jì)中葉至90年代初期） 以氣候變化為主要內(nèi)容的全球變化、生物多樣性喪失、資源枯竭和生態(tài)環(huán)境退化使人類陷入了自己導(dǎo)演的生態(tài)困境之中，并嚴(yán)重威脅到人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。為修復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)中遭到破壞的生態(tài)過(guò)程、水文過(guò)程以及協(xié)調(diào)兩者之間的相互制約機(jī)制，自20世紀(jì)50年代以來(lái)，人們開(kāi)始了不斷地探索。 這一階段的主要特征是生態(tài)學(xué)、水文學(xué)各自獨(dú)立發(fā)展，形成各自相對(duì)完善、可靠的理論和方法體系，開(kāi)始有融合兩個(gè)學(xué)科特點(diǎn)的概念提出，并得到初步發(fā)展，這些概念為后來(lái)生態(tài)水文學(xué)的出現(xiàn)提供了理論依據(jù)。一些基本科學(xué)問(wèn)題的研究和探討為新概念的提出和模型的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。例如，1957年Odum研究了河源能量預(yù)算問(wèn)題，為河流生態(tài)系統(tǒng)的模擬研究提供了理論依據(jù)；生物演替（biologicalsuccession）概念（Margalef，1960）和基于魚(yú)類種群分布的生物發(fā)生帶（biozoonenoticzone）概念（Illies，1961）的提出使生物過(guò)程和水文過(guò)程建立了某種聯(lián)系。20世紀(jì)七八十年代，Hynes（1970）明確提出了河流生態(tài)學(xué)研究并開(kāi)展了關(guān)鍵理論探索，為生態(tài)水文學(xué)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。后來(lái)陸續(xù)出現(xiàn)了河流連續(xù)體概念（rivercontinuumconcept，RCC）（Vannoteetal.，1980）、序列不連續(xù)體概念（serialdiscontinuityconcept，SDC）（WardandStanford，1983）和洪水脈動(dòng)概念（floodpulseconcept，F(xiàn)PL）（Junketal.，1989）。在這些概念提出之后，一些學(xué)者在自己的工作中使用和發(fā)展了這些概念，甚至對(duì)一些理論背景進(jìn)行了很大的調(diào)整，如Statzner和Higler在1985年對(duì)RCC的理論進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整（StatznerandHigler，1985），而FPL概念考慮了河岸森林的生產(chǎn)力，完善了早期的RCC理論，并成功應(yīng)用在亞馬孫河流域研究中（Junketal.，1989）。 縱觀本階段學(xué)者研究的特點(diǎn)可以看出，以河源能量平衡計(jì)算基本理論為出發(fā)點(diǎn)，圍繞天然河流系統(tǒng)中的淡水資源、生物資源的時(shí)空分布格局和內(nèi)在聯(lián)系，提出了一系列新的概念，旨在實(shí)現(xiàn)區(qū)域淡水資源和生物資源的持續(xù)利用。但是這并非是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程，需要建立在對(duì)區(qū)域水文學(xué)、生物機(jī)制和區(qū)域經(jīng)濟(jì)機(jī)制關(guān)系深刻理解的基礎(chǔ)上，對(duì)此復(fù)雜關(guān)系的正確理解需要開(kāi)展大尺度、長(zhǎng)期的水文過(guò)程和生物動(dòng)力過(guò)程的綜合研究。 2.生態(tài)水文學(xué)探索階段（產(chǎn)生至20世紀(jì)90年代中期） 生態(tài)水文學(xué)一經(jīng)產(chǎn)生，在初期的發(fā)展過(guò)程中主要關(guān)注濕地生態(tài)系統(tǒng)的水文過(guò)程和生態(tài)過(guò)程。繼Ingram在1987年提出生態(tài)水文學(xué)概念，并對(duì)蘇格蘭泥炭地的生態(tài)水文過(guò)程進(jìn)行研究后，Bragg（1991）采用模擬的手段對(duì)蘇格蘭一個(gè)上升濕地抽取泥炭的生態(tài)水文過(guò)程進(jìn)行了模擬；Hensel（1991）和Jansen（1993）等分別對(duì)天然濕地和平坦?jié)竦刂械纳鷳B(tài)水文過(guò)程進(jìn)行了探討，并且試圖采用新的模型來(lái)模擬濕地生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)過(guò)程和水文過(guò)程，以及兩者的時(shí)空耦合機(jī)制。此段時(shí)期生態(tài)水文學(xué)的重要進(jìn)展表現(xiàn)為生態(tài)水文學(xué)參數(shù)化研究、試圖建立以水資源定量評(píng)估為出發(fā)點(diǎn)的生態(tài)水文學(xué)學(xué)科研究框架。 本階段生態(tài)水文學(xué)研究的進(jìn)展和成果集中體現(xiàn)在“歐洲試驗(yàn)與代表性流域網(wǎng)絡(luò)”（EuropeanNetworkofExperimentalandRepresentativeBasins，ERB）于1996年9月2～26日召開(kāi)的以“小流域生態(tài)水文過(guò)程”為主題的項(xiàng)目會(huì)議，并出版了EcohydrologicalProcessesinSmallBasins一書(shū)。研究主要集中在監(jiān)測(cè)、模擬土-氣相互作用、地表徑流的

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《生態(tài)水文模型與應(yīng)用》以遙感和地理信息系統(tǒng)作為獲取區(qū)域生態(tài)與水文系統(tǒng)參數(shù)的主要手段，并結(jié)合有關(guān)野外臺(tái)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)地實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用基于生態(tài)水文物理、化學(xué)和生物機(jī)制的理論和空間分析方法，構(gòu)建起探究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)、水文系統(tǒng)特征與格局的生態(tài)水文模型，模擬生態(tài)過(guò)程和水文過(guò)程的相互作用關(guān)系，探究生態(tài)水文過(guò)程機(jī)理，以應(yīng)對(duì)所面臨的水資源短缺和水質(zhì)惡化等問(wèn)題，謀求水資源的持續(xù)利用，維護(hù)社會(huì)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。

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