流域生态需水与生态用地联合调控关键技术

任务来源：

技术领域：水环境与水生态

技术来源：国家计划,自主研发。在国家科技支撑计划项目专题“生态与环境对径流过程的需求评估”、国家973项目专题“水循环驱动下的生态系统演变模拟模型”等的支持下,中国水利水电科学研究院等单位完成了“流域生态需水与生态用地联合调控关键技术及应用”成果。发明名称: 基于多时相遥感影像和DEM的湖泊水量蓄变量评估方法(ZL201610665628.2)； 一种农田生态系统CO₂通量自动监测系统(ZL201610925703.4)。

技术原理

针对生态需水与生态用地 “如何互馈”“如何评价”“如何调控” 等关键科学问题, 以“自然-社会”二元水循环及其伴生过程为主线, 系统辨识了生态水文相互作用机制,剖析了不同生态系统对水分的依赖程度和补给水源解析；提出了河道和坡面等子系统生态需水机制及评价方法，构建了区域复合系统的生态需水整合模式与整合方法；提出了基于水的生态服务功能和生态环境功能区划的生态用地评价方法，以及面向绿色发展的水土资源联合调控技术，整体构建了流域生态需水与生态用地关键技术体系，系统解决“人水争地”与“人地争水”的矛盾，为生态红线和最严格的水资源管理提供有力支撑。

技术特色

（1）融合原型观测实验、室内控制实验、数值模拟模型和地理信息系统等技术优势, 按照“资料收集 生态水文作用机制辨识-生态需水与生态用地评价 水土资源联合调控” 的总体思路开展技术创新。关键技术如下：辨识生态水文相互作用机制,构建基于复合系统生态需水过程评价与整合技术；建立基于水的生态服务功能和生态环境功能区划的生态用地评价技术；创建基于绿色发展的水土资源联合调控技术。 （2）基于过程的生态需水评价与整合。以“自然-人工” 二元水循环及其伴生过程为主线，以生态水文相互作用机制为核心，分析了区域生态需水的内涵、组成及特征，提出了河道、坡面、湿地、河口等生态系统的生态需水机制及评价方法，构建了区域复合系统的生态需水整合模式与整合方法；通过将不同生态系统的各类需水转化为对相应河段流量过程的需求及影响，实现了不同生态系统类型的生态需水整合；以河流生态流量整合为基础，将各项需水要求整合为特点节点的径流过程，通过河道汇流追迹计算与迭代，实现了不同区域生态需水整合。（3）基于水的生态服务功能和生态环境功能区划的生态用地评价。以流域生态水文相互作用关系为基础，辨识了水的生态服务功能的内涵与构成，提出了水的两层次功能结构及评价指标体系与评价方法，构建了基于水的生态服务功能的坡面系统生态用地评价理论与技术;统筹考虑河流的自然生态功能与社会经济功能,在对流域关键生态功能区进行系统辨识的基础上，进行了河流生态与环境功能分区,在此基础上，构建了基于生态环境功能区划的河道系统生态用地评价理论与技术，定量化确定了基本生态用地范围内需要 “退耕还湿”与“退工还湿” 的面积。（4）面向绿色发展的水土资源联合调控。针对传统上水资源和土地资源的“一元静态”分离调控模式，创新了面向绿色发展的水土资源联合调控方法。将自然和人工生态用地作为 “碳汇”,生产和生活用地作为“碳源”，将碳循环与水资源系统相耦合，以碳的净排放量和缺水率最小为配置目标，充分考虑了社会经济和生态环境之间的关系，提出了基于低碳发展模式的水资源合理配置理论与技术，在面向绿色发展的水资源配置方面实现了创新；在此基础上，以原型观测、数值模拟和室内控制性实验为关键支撑，系统识别流域水土资源的动态耦合关系；以系统动力学位理论基础，构建了面向生态安全的水土调控模型；选取资源、环境、社会经济等方面的指标,基于模糊综合评价模型,对各调控方案的综合效益进行价。

技术指标

基于过程的生态需水评价与整合, 克服了传统生态调度研究多关注下游近坝段河流的生态需水评价模式；基于水的生态服务功能和生态环境功能区划的生态用地评价，突破了单一生态系统服务功能的评价模式；面向绿色发展的水土资源联合调控，实现跨领域、跨学科的突破。 

应用范围及前景

适用于水生态红线管理、水利工程群生态调度、流域生态补偿、水资源优化配置和水生态文明建设等。该技术在黄河勘测规划设计研究院、黑河水资源与生态保护研究中心、广州市水务科学研究所、水利部水利水电规划设计总院、环保部环境规划院、国家林业局调查规划设计院和山东省水科院等单位开展了实践应用。典型应用案例:案例1：应用于黄河勘测规划设计研究院承担的 “引黄济宁工程项目可行性研究”中。流域生态需水评价方法和生态用地配置技术，为引黄济宁工程引水规模及水资源配置方案提供了科学支撑，也对湟水河谷未来生态屏障建设和区域大水网建设具有实践借鉴意义，后期将进一步应用于黄河流域生态保护和高质量发展水利专项规划中。案例2：应用于黑河水资源与生态保护研究中心承担的“黑河上游黄藏寺水库调度运行方案分析”中。基于该技术，评价了黑河上游不同生态格局和来水频率下的生态需水。案例3：应用于广州市水务科学研究所承担的“白云湖水生态系统构建技术研究示范”中。基于该技术,提出湖泊适宜生态用地方案及其生态需水过程。 

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秦天玲

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