题目：延河流域生态环境需水测评与水土资源优化配置研究

水土资源是人类生存和发展的基本资料。长期以来，水土资源的利用主要考虑了农业、工业和生活等方面的经济用水，而在维护土地资源系统的生态平衡所需的用水方面则没有给予足够的重视。由此产生了水环境、水生生态严重破坏的现象。特别是在我国西北干旱—半干旱地区，经济发展相对滞后，生态环境十分脆弱。水作为生态和环境的核心要素，不仅同时具有自然、生态、经济和社会属性，而且其生态属性更为明显，往往起到限制性作用。因此，在我国新的《水法》中规定“在生态环境脆弱的西部地区，要在优先保证生态环境需水的前提下进行水资源的可持续性开发和利用”，其强调了水资源、生态系统以及人类社会的相互协调，重视生态环境和水资源的内在关系，并将此作为“面向生态的水土资源优化管理”的基础。可以说水土资源的利用和优化配置不仅是经济问题、社会问题，更是生态问题。要想维持生态系统的良性循环，必须充分考虑生态环境需水。
本文以延河流域为例，根据主要气象站点连续30年的气象资料，土肥站点连续10年的土壤含水资料，和水文站点近50年的水文实测资料，以遥感影像解译和GIS空间分析为技术支持，对流域土地资源和水资源（包括经济需水和生态需水）利用状况进行评价；在此基础上，运用灰色线性规划（GLP）模型，以水量平衡方程为约束，提出了以满足土地资源系统生态环境需水量为前提，以实现土地资源系统生态服务价值与经济收益之和最大化为目标的面向生态的水土资源优化配置方案；借助元胞自动机（CA）理论，构建土地利用优化格局模拟模型，从而将优化配置方案落实到相应的地理空间单元。
研究过程中，主要得出以下重要结果：
（1）土地资源时空动态变化大。
①耕地总体呈减少的趋势，特别是在流域上游地区减少的最为明显，原因是上游地处风沙防护生态分区及干旱预警生态分区，海拔相对较高，比较适宜退耕还林草。②园地总体呈增加的趋势，且在上、中、下游各游段范围均有不同程度的增加，这表明农民收入的主要来源已由单一的粮食生产转变为农、林、牧、副业的全面发展。③有林地总体呈增长的趋势，其空间分布范围主要集中在流域南部的植被保护生态分区中。④灌丛林总体呈增长的趋势，且在下游地区增加的最为明显，这主要由于二期世行贷款项目工程的实施范围重点涉及流域的下游地区。⑤牧草地总体呈增长的趋势，且在下游地区增加的最为明显。⑥建设用地是所有用地类型中面积变化速率最快的，其中交通用地的增加是建设用地变化的主要分量。⑦水域基本呈增长的趋势，主要是由于一期项目实施以来，流域大力建设水库、骨干坝、淤地坝和灌溉工程等，增加了流域蓄水面积。⑧未利用地呈减少的趋势，在上游地区减少的相对缓慢，这是由于上游地形陡峭，河谷狭窄，侵蚀剧烈，对未利用地的开发和改造相对困难。
（2）经济供用水呈逐年增加趋势。
①延河流域经济用水总量呈逐年增加的趋势，年均增长率为3.2%。其中城镇生活用水变幅最大，明显快于城镇人口的增长速度。
 
预计2010年、2020年及2030年，经济需水量将分别达到6041.79万m3、7273.87万m3和8726.32万m3。②延河经济供水总量也呈逐年增长的趋势，1980-2000年，21年间供水总量净增2074.6万m3，平均每年增加供水量为98.8万m3。随着水利供水工程的不断建设和完善，流域的供水能力不断增加。预计2010年、2020年和2030年，流域50%保证率下的水源可供水量将分别达到5683.37万m3、8035.82万m3和10322.70万m3，分别较2000年增加了1610.23万m3、3962.68万m3以及6249.50万m3，供水能力显著提高。
（3）流域旱地系统生态环境需水及缺水时空差异大。
①流域旱地植被—土壤复合系统的需水特征表现为：年内需水主要集中在每年的夏季（6-8月），占到生长期生态环境需水总量的42.57%。年际需水随着植被覆盖度的提高，相应的植被—土壤景观的生态环境需水也有所增加。高度生态需水的区域主要位于流域南部的石质低山丘陵沟谷区，其相应的景观类型为有林地—粘壤土、有林地—壤土和有林地—砂壤土。低度生态需水的区域位于河谷阶地，其相应的景观类型为牧草地—砂壤土、牧草地—壤土和牧草地—粘壤土。比较单位面积各生态功能分区单元的最小生态环境需水量，结果为植被保护区＞农田防护区＞水土保持区＞风沙防护区＞干旱预警区。②流域旱地植被—土壤复合系统的缺水特征表现为：最小生态环境年内缺水集中表现在每年的4、5月，春季是缺水较为明显的时段。重度生态环境缺水的区域主要位于流域南部的黄土梁状丘陵沟谷区，其相应的景观类型有有林地—粘壤土、有林地—壤土和有林地—砂壤土。比较单位面积各生态功能分区单元的最小、适宜及饱和生态环境缺水量，结果为植被保护区＞农田防护区＞水土保持区＞风沙防护区＞干旱预警区。
（4）流域湿地系统生态环境需水及缺水时序变异大。
①延河流域湿地河流系统生态环境需水主要表现为输沙需水，其年内需求主要集中于夏季，占到全年最小生态环境需水的65.79%。从年际需求来看，1956-2005年，各代表站在50%保证率下的生态环境需水基本呈逐年减少的趋势。②延河流域50%保证率下河流系统的多年平均生态环境缺水主要发生在夏季，以中游河段最为严重。从年际变化来看，各年代的平均生态环境缺水呈现波动变化，但变幅不很明显。
（5）不同规划年不同保证率下水土资源配置方案存在多样性和或然性。
①
预计2010规划年和2020规划年，流域在丰水年、平水年或枯水年水资源供给状况均可以满足土地资源系统的最小生态环境需水，但无法满足适宜和饱和生态环境需水。②预计2030规划年，流域在丰水年、平水年或枯水年的水资源供给状况可以满足土地资源系统的最小及适宜生态环境需水，仍无法满足饱和生态环境需水。
本研究在以下方面有所创新和改进：
①确定了基于不同保护目标和不同可持续发展等级的生态系统的生态环境需水量。即在GIS技术的支持下，探讨了延河流域植被、土壤以及河流的生态环境需水等级和阈值。②运用灰色线性规划（GLP）模型，提出了以满足土地资源系统的生态环境需水为前提，以实现土地资源系统生态服务价值与经济收益之和最大化为目标的“面向生态的水土资源优化配置”研究方法。③提出了基于不同目标情景分析的水土资源优化配置方案。即探讨了以满足土地资源系统不同需水等级为目标的在丰水年、平水年和枯水年情景下的配置方案的多样性和或然性。④借助GIS强大的空间分析功能，运用元胞自动机（CA）模型，将水土资源配置方案落实到空间地理单元中。