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水资源是城市可持续发展的保障,而水资源紧缺现在已经成为一项世界性议题。随着人口剧增和经济高速发展,城市国民经济用水大量挤占生态环境用水,造成生态环境用水的短缺,从而引起河湖萎缩、水体污染、地下水位下降,城市水面和绿地缩减、热岛效应、大气污染等一系列严重的城市生态环境问题。人类开始认识到水资源与生态环境之间的密切关系,生态需水逐渐成为研究的热点。为了实现城市可持续发展,需要科学评估各类城市用水,但是目前城市生态环境需水理论并不能满足实际水资源配置的需求。本文针对面临的问题,首先详细阐述了学术界对城市生态需水概念内涵的不同解释,分析了生态用水在维持和改善城市生态环境重要地位,综述了国内外在生态需水研究和评估中的进展。
随着遥感(Remote Sensing,RS)和地理信息系统(Geographical Information System,GIS)技术的广泛应用,为生态需水研究带来很大方便。利用遥感和GIS技术进行城市生态需水的评估虽已有初步研究,但是还缺乏深入探讨。为了更趋科学合理地计算城市生态需水量,本文将RS和GIS技术运用到生态需水计算过程中,应用遥感影像(Landsat-TM)分类分析和GIS图像图形分析以及叠加分析等技术来研究城市生态需水,力图通过传统方法与高新技术相结合,使生态需水理论体系更加完善。
城市生态系统的水热过程很大程度上决定了城市的小气候,城市水面和绿地的面积和分布及其需水的保证程度的差异,造成了地表蒸散潜热的差异,从而影响到城市生态系统的能量分配,起到调节城市气候环境的作用。对此,本文提出了基于城市能量平衡的生态需水研究,这是十分新鲜的话题。利用相关的气象资料,设计并实施了下垫面水热效应的测量试验,进行城市水热平衡分析。在此基础上得出基于能量平衡的城市生态需水评估方法。
本文提出了两种城市城市生态需水评估分析思路:一、基于RS和GIS技术,用遥感影像进行城市下垫面分类和面积统计计算,利用联合国粮农组织推荐的改进彭曼公式(FAO-Penman-monteith)算出城市单位面积水面和绿地的年蒸散量,再乘以各自的面积,则得到基于能量平衡的现状生态需水。并计算出石家庄市基于能量平衡的现状生态需水为:41.0×106m3/a。;二、结合城市宜居环境标准,对达到宜居标准、满足能量平衡的宜居环境生态需水的评估和预测研究。1、按人均占有生态需水量方法计算的石家庄市宜居环境生态需水为:69.4×106m3/a;按照面积生态标准法计算的石家庄市宜居环境生态需水为:146.6×106m3/a。2、按照能量平衡原理,为满足宜居环境的温度标准,夏季最热月降温补水需水量为:113.2×106m3/a。
文章的最后,讨论了缺水城市生态需水短缺问题的解决途径,主要强调了城市雨水利用的必要性和可行性以及蓄水集蓄方法。还讨论了本文中遇到的一些问题以及对将来城市生态需水研究的展望。