从土壤水动力学到流域生态水文学.ppt

1、土壤水文学中的流域生态水文学from soil hydrodynamics to eco-hydrology，双大门清华大学水力学和水利水电专业历史国家重点实验室，本讲座内容，1，前言2，土壤水文学的发展3，流域生态水文学的发展4，水文学研究方法5，摘要221在科学技术高度发展的现代文明时代，人类面临着前所未有的水资源危机。华夏文明发祥地黄河变成了几乎干涸的内陆河。供水安全：我国人均水资源量低于世界平均水平的三分之一，北方地区水资源短缺尤为严重。粮食安全：农业用水量约占我国总用水量的65%，水资源安全直接影响粮食安全。生态安全：人类对水资源的过度开发威胁着自然生态安全。气候变化：加剧水资源短缺

2、，危及供水安全、粮食安全和生态安全。生态水文问题和国家需求，全球、全球变暖、生态水文学在水文科学发展中的地位，流域生态和水文过程之间存在复杂的相互作用，气候是两者的主要动力之一。气候变化下的流域生态水文学反应研究将促进流域水文学、植物生态学和其他相关学科交叉和融合，从而促进水文学研究的不断深入。水循环是所有水问题的科学基础，生态和水文过程相互作用是流域水循环的关键环节，流域水循环决策水资源，影响生态系统；粮食生产和维持植物生态是水的主要社会及生态服务功能，也是“绿水”的主要消费方式。人类活动(如灌溉、水土保持等)直接影响生态、水文学和水资源。气候变化流域生态水文反应研究是水文学的前沿和热点，2

3、。土壤水力力学的发展，2.1概述2.2土壤水分运动2.3 SPAC水热传输2.4土壤中溶质迁移和转换2.5土壤水问题的应用研究，2.1概述，Darcys Law，1856，Richards equation 1931，2.2.1土壤水的数量，形态，2.3.2 SPAC水热传输，SPAC系统概念SPAC soil plant atmosphere continum，1965，Philip，连续驱动力水位q=-1 R1=-2 R2=- SPAC水热传输模拟.土壤溶质迁移转化的研究背景环境问题面源污染(肥料农药等)土壤盐渍化、2.4土壤中溶质的迁移和切换、2.4.2土壤溶质迁移切换行为、区域水循环、

4、CO2、N、P等物质循环的结合、氮(磷)循环与非点源污染密切相关；2.5.1水文水资源四水切换概念，四水切换概念，转换的观点，机器的认识，2.5土壤水问题应用研究，2.5.1水文水资源地下水资源评价，地下水平衡，P降雨I渠灌溉G井灌溉地下水平衡H=P I (1-) G cE0 Q降雨渗透补给系数=Pg/生育阶段，干燥物质生产、干燥物质分配、2.5.2粮食和作物耗水量和产量、2.5.3生态环境自然生态用水量、水土环境污染、水土环境污染、面源污染和地下水脆弱性评价降雨径流、污染物转移转化、生态植物耗水量2.6土壤水化学在流域水文模型中的应用、流域水循环过程、降水分布式模型，代表3.1“绿水”和“蓝

5、水”，决定水循环一个流域的水资源状况(“绿水”和“蓝水”的分配)，还决定陆地和水生态的结构和功能。 灌溉是改变流域“绿水”和“蓝水”分配的主要因素，水土保持工程建设也将改变流域水循环和水资源。城市生活和工业用水主要改变“绿水”(地表和地下水)的水质，影响生态和环境。水的社会和生态服务功能，人们往往忽略了水对维持陆地生态系统的作用。水土保持和地下水开采都将通过水循环变化改变陆地生态系统(植物的种类和分布)。流域陆地和水生态与水循环、流域生态水文学将成为未来流域水资源管理的理论基础之一。，3.2流域生态系统，precipitation is the only one water source sh

6、ared by society and ecosystem，different scale of water-plant interaction base where the roots do all they can to even out the large pressure difference between the wet root(low pressure or tension)And the dry leaf(he dry leaf) which determines the pressure gradient between root as Is regulated by th

7、e dryness of the air close to the leaf surface . this dryness Is，in turn savanna And steppes Semi-arid And dry-humid ecosystems are at the drier end of the hydro climatic gradient . they are generally defined as steppees 、plants and water in terrestrial ecosystems、steppe biome is a dry and cold gras

8、sland、Savanna is a rolling grassland scattered with shrus.the basic character istic used in ecology to define wetlands is that the land is wet enough to support typical wetland vegetation，Which differs chick plants and water in wetlands，in streams，Water movement is considered to be the most importan

9、t factor affecting plant distribution . a lake 20世纪80年代开始，越来越多的水文学家开始关注流速对河道内植物的生长、鱼类、海岸栖息地等的影响。这导致了水文生态学牙齿的诞生，本质上是生态水利学。牙齿期间，有很多模拟河流栖息地的模型，例如物理人居模拟模型或Phabsim (1982)。该工程的应用背景是河流生态修复。reference : river channel restoration 3360 guiding principles for sustainable projects by Andrew brookes river morphology，river ECC，3.4森林水文学、食肉面过程的作用等都与植物的生态过程有关，森林中植物和动物的名录只是生态学的第一步，生态学的主要研究内容是动植物群落的继承过程和规律。生态学起源于自然历史，直到