摘要：生態水文學是一門探索和揭示形成生態格局和過程的水文學機制的科學，它的研究應用對解決涉水的生態環境問題及由此引發的水災害問題有重要支撐作用。闡述了生態水文學的學科發展背景和需求，給出了生態水文學的概念并總結了生態水文學的研究問題，提出了生態水文學國際國內最新研究動向，展望了學科的發展與戰略。

　　關鍵詞：生態水文學,生態學,水文學,學科發展戰略

　　1基本概念

　　1.1生態水文學學科需求

　　我國是一個“人口一資源一環境”矛盾凸顯、水問題和生態環境問題十分突出的發展中國家。隨著全球氣候變化和高強度人類經濟發展，國家水安全面臨越來越嚴峻的水與生態問題的挑戰，如河道斷流、湖泊干涸、濕地退化等。無論城市還是農村，觸目驚心的水災害問題的背后有生態環境變化的原因。以武漢市為例，2016年汛期暴雨內澇災害造成全市12個區75.5萬人受災，直接經濟損失達22.65億元，導致武漢“城市看海”的一個重要原因是湖泊、濕地的萎縮。

　　據統計，素有百湖之稱的武漢市，近30年湖泊面積減少了228.9km，近10年減少了11.4km，城區湖泊由19世紀50年代的127個縮減為目前的38個，1991—2010年，水域面積減少了38%。雖然武漢市較早實施海綿城市建設，但因缺少基礎的生態水文學知識與戰略支撐，現在仍然面臨“年年看海”的困境。

　　除了城市內澇，我國的濕地面積也在不斷縮減，根據2014年1月公布的統計數據：2004-2014年間我國濕地面積減少了339.63萬hm。同時，由于河流的開發和水體的污染，我國的江河水生物物種快速退化，如長江珍稀物種白鰭豚的絕跡，“四大家魚”魚卵和魚苗的大幅減少等。諸如此類的水災害和水生態退化的背后反映的就是水與生態問題。基于上述水與生態問題的挑戰，我國非常重視水與生態的建設與健康發展。

　　習總書記提出“綠水青山就是金山銀山”，生態問題在我國已經上升為關乎國家未來發展的戰略問題。而生態水文學作為一門探索和揭示形成生態格局和過程的水文學機制的新興學科，為解決水與生態問題，滿足我國生態建設需求是必不可少的。

　　1.2生態水文學定義

　　生態水文學是一門水文學和生態學交叉的新興發展學科，屬于聯合國教科文組織(UNESCO)國際水文計劃(IHP)當前和未來20年重要的學科發展方向。生態水文學是一門從不同尺度(全球、區域、流域)探索和揭示形成生態格局和過程的水文學機理的一門學科。筆者在2003年曾經指出：在概念上生態水文學可以理解為生態學和水文學的交叉學科，即水文過程對生態系統結構、分布、格局、生長狀況的影響，同時研究生態系統中植被類型、格局、配置等變化對水文循環的影響。生態水文學服務于流域水管理與水治理。

　　2生態水文學研究的問題

　　以水與生態的關系為核心，經過多年研究與發展，生態水文學研究的問題得到了較大的拓展和豐富。就目前學科發展體系來看，生態水文學研究的問題主要包括：河湖生態水文、植被生態水文、濕地生態水文等多個方面，還包括河流開發對水環境和生態的影響，流域、河湖、城市生態重建與管理等問題。本節重點針對河湖生態水文和植被生態水文等展開討論，探討生態水文學研究的問題和內容。

　　2.1河湖生態水文

　　河湖生態系統是與人類居住環境最為密切的載體。針對河湖生態系統的生態水文研究，主要致力于河湖水文過程中的生物過程和非生物過程。其中生物過程主要包括：濕地植物生長與區域水文循環之間的影響關系，水體藻類與水環境的影響，河湖底棲生物與水生態關系，兩棲類生物、魚類、鳥類等和區域水生態之間的相互關系。

　　非生物過程主要包括：水體懸浮物的沉積、輸送和再懸浮過程對水環境的影響，水下光環境對水環境的影響，水體化學特征與水生態的關系，河湖水體分層對水生態環境的影響…等。基于河湖中的生物水文過程和非生物水文過程，探討和研究河湖生態需水量和環境流量是一個重要課題。

　　劉悅憶等指出：廣義的河流生態流量既包括維持河道內生態系統所需要的流量過程，也包括與河道相連的湖泊、河口、濕地、地下水等系統的需水量。由于不同水體生態環境和地理條件的差異，不同情境下相關環境流量的研究結果也差異較大，因此，滿足流域不同河流指示性魚類和河流生態目標的生態水文過程估計顯得尤為重要。河湖生態環境需水量的估算是一個復雜的問題，其以流量估算為目標，通過流域綜合管理、生態調度[131等手段，達到河湖的水生態可持續健康發展。

　　2.2植被生態水文

　　植被作為區域生態系統重要組成部分，通過蒸騰耗水維持地表水、土壤水和大氣水之間的平衡，通過光合作用平衡區域的碳循環，同時給區域其他生物提供能量來源。所以，植被在區域水生態平衡健康發展中起到至關重要的作用。植被生態水文學的研究主要關注包括森林、濕地、草地等在內的植被生態系統與區域水循環的相互作用機理。充足的地表水和土壤水對植被生態系統的健康持續生長具有不可替代的作用。

　　以中國西部塔里木河下游流域為例：由于當地農牧業的快速發展，人類社會經濟發展耗費了大量的水資源，使得該區域的地下水位持續下降，而地下水的變化直接影響植被生態系統的質量。當地下水埋深低于3m時，胡楊林的生長狀況較好;當地下水埋深大于6m時，胡楊林開始凋萎，接近死亡;當地下水埋深大于9m時，胡楊林不能得到水分補給，無法存活。胡楊林作為內陸干旱區的指示性物種，它的大面積死亡會加速該區域的沙漠化，嚴重惡化當地的生態環境。

　　另一方面，植被生態系統對區域水循環有著至關重要的作用，譬如降水的截留、土壤和營養物質的涵養、空氣濕度的調節、河流健康水質的保持以及區域碳氮健康循環等都離不開良好的植被狀況。基于此，通過生態水文學在植被生態系統中的研究和應用，科學合理管理區域水資源開發利用，保護植被生態系統健康可持續是當前生態建設的重要課題。

　　2.3河流開發對水環境和生態的影響

　　截至2013年，我國大壩水庫數量超過了9.8萬座，超過90%的河流都受到了人類活動的影響。河流的開發利用在給社會經濟提供水源和能源供應的同時，也給河流生態環境帶來諸多負面影響。水庫大壩建成后，會對河流生物的棲息地產生不可逆的影響，改變河流在自然狀態下的流量、水文過程、水質狀況等。大壩上游回水地區：水庫回水會侵占土地，迫使當地人民搬遷，水庫的建設會改變局部氣候，由于上游庫區流速等變化，庫區水質會變差，同時也會影響魚類洄游。

　　大壩下游地區：由于水位高差的變化，會引起下游河道的水沙變化，若是引水式電站，則會減少河段，同時也對下游地區洄游魚類造成很大影響。以三峽工程對鄱陽湖生態環境影響為例，說明大壩建設對河流生態的影響。鄱陽湖是我國最大的淡水湖泊，也是長江流域最大的通江湖泊，在正常水文條件下，鄱陽湖容積達到260億m，年流入長江的水量超過黃、淮、海三河水量總和，是長江水量的調節器，并與全球19個湖泊組成了“世界生命湖泊網”。

　　由于鄱陽湖是典型的季節性吞吐湖泊，汛期長江洪水與鄱陽湖流域洪水遭遇，極易發生洪澇災害，三峽水庫建成運行以后，汛末三峽開始蓄水，下泄流量減少，加之干旱等因素，導致鄱陽湖湖口長江水位低于湖水位，形成拉空湖水的態勢，進而極大地破壞了鄱陽湖的生態系統，導致地區生態退化。由此可見，在河流開發前期規劃中，缺少必要的生態水文論證，會帶來嚴重的水生態問題。為避免流域水生態環境退化，建設文明生態流域，以生態水文學為基礎的河流開發統籌規劃是必不可少的。

　　2.4水生態重建與管理

　　國際生態重建協會指出，生態修復是一個協助生態整體性恢復與管理的過程，其中生態整體性包括一個在生物多樣性、生態過程和結構、地區與歷史范圍與可持續化實踐等變異性的嚴格范圍[15]o水生態重建與管理主要關注流域、河湖、城市中已經遭到破壞區域重建中的水生態問題。

　　以北京市永定河生態修復為例進行說明。2010年以前永定河幾乎是一條干河，而且基本上是垃圾填埋場，2010---2013年，北京市實施了永定河“五湖一線一濕地”工程，包括門城湖、蓮石湖、曉月湖、宛平湖、園博湖、調水管線和園博園濕地等項目，治理河長18.4km，恢復水面400hm，建成綠地440hm。經過一系列水生態修復工程，永定河又變成了美麗的母親河，為該區域的生態景觀和水土涵養發揮著重要作用。

　　需要指出的是，區域水生態的重建與管理需要著眼于科學的發展觀，不拘泥于當前的經濟利益，以生態水文學科學研究為基石，基于生態水文學做整體規劃，用科學合理的手段進行重建，達到區域水生態健康可持續發展。

　　3生態水文學發展與展望

　　3.1國內外研究進展

　　20世紀90年代前后，“生態一水文”主題的研究在歐洲逐漸興起，在這種背景下，1992年在德國柏林舉行的水與環境國際會議上，生態水文學作為一門學科被獨立出來，生態水文學學科正式建立。1992-1995年，生態水文學處于學科發展的初期階段，在基礎理論和方法研究中均取得一定的進展，如1993年Heathwaite等撰寫的專著(Mires：process，exploitationandconservation~，在此期間我國學者也在嘗試引進生態水文學，如1993年馬雪華撰寫的《森林水文學》就對森林生態水文學的研究做了初步的探索。

　　1996-2007年，生態水文學進入快速發展階段，國內外有關生態水文學的研究成果及專著大量涌現，如1997年Zalewski主導的“生態水文專集”;1999年Baird編著的(Eco—hydrology：PlantsandWaterinTerrestrialandAquaticEnvironments>>[1;2001年Acreman編著的(Hydro—Ecology：LinkingHydrologyandAquaticEcology)[20]o在國內，1999年劉昌明等編著《土壤一作物一大氣界面水分過程與節水調控》;武強、嚴登華、崔保山等也在生態水文學方面積極探索和研究[22-25，這一時期的研究為生態水文學的后期發展奠定了堅實的基礎。

　　2008年至今，生態水文學一直處于逐漸完善并發展壯大的階段。聯合國教科文組織第七階段(UNESCO/IHP)一VII(2008-2013)主題3以“面向可持續的生態水文學”為主題強調生態水文學的發展和研究，在第八階段(uNEscO/IHP)一VIII(2014-2021)主題5“生態水文——面向可持續世界的協調管理”同樣將生態水文學的發展研究作為重中之重。{Ecohydrology>)期刊也在這一時期成立。

　　近年來，生態水文學的研究成果極其豐富：2008年Wood等編著《水文生態學與生態水文學：過去、現在和未來》，Harper等編著《生態水文學：過程、模型和實例——水資源可持續管理方法》。2010年國內學者程國棟等編著《中國西部典型內陸河生態一水文研究》，楊大文、郭勁松、張建云等也對生態水文學的發展做出了有益的貢獻[28-30】。

　　生態水文學從孕育到提出，從快速發展到逐漸完善，經歷了30年的探索發展，已從一門新興學科發展到如今的國內外重點關注研究的學科，同時，生態水文學也為地球水生態文明建設發揮著愈來愈重要的作用。

　　3.2生態水文學體系發展展望

　　3.2.1國際研究展望

　　21世紀地球環境主要影響要素是氣候變化和人類社會經濟發展。在這樣的大背景下，水生態環境原有的平衡發展被打破，呈現出許多嚴重問題。2017年在波蘭召開的國際生態水文學大會上，提出旨在探索融合循環經濟理念和基于自然生態系統的解決方案，推進全球氣候變化下的國際生態水文學研究與實踐。

　　會上來自世界各國的相關學者討論了生態水文學當下面臨的問題及未來發展方向。在生態水文學發展展望中，大會提出以下5點內容，作為未來生態水文學主要的探索方向。

　　(1)健康河流的水文學基礎。

　　以生態水文學的方法理論為基礎，著眼于流域水環境持續惡化、生物種群數量急劇減少、岸邊生態惡化等河流突出問題，將生態水文學理論方法應用于河流健康建設。強調流域環境治理和生態治理并重，通過加強河流及水庫的碳、氮循環控制，抑制水庫溫室氣體排放，保證流域物種多樣性、生態服務功能和應對氣候變化的能力。

　　(2)面向循環經濟的生態水文學研究。

　　循環經濟理念強調節能減排，以最小的能源消耗得到最大的物質產出。水和生態環境是循環經濟的重要組成部分，水資源的循環利用和生態產品的積極推廣是重點研究內容。在區域經濟發展實踐中，將生態價值和整體發展利益最大化作為首要目標，以生態效率指標作為區域水資源開發和經濟發展的評價指標，結合生態水文學知識，引導區域向循環經濟和生態友好型方向發展，科學合理推進區域水生態文明建設。

　　(3)應對全球變化影響的生態水文學。

　　在全球氣候變化和人類社會經濟發展的大背景下，有機結合生態水文學和湖沼學，尋求基于自然生態的系統解決方案，提高流域水資源適應氣候變化能力是未來努力的方向。需要指出，研究和探索“氣候一水文過程一生態格局變化”之間的相互作用機理，系統分析區域水生態變化的誘因和影響，是應對氣候變化影響下的生態水文重點關注的內容。

　　(4)針對已開發河流的生態修復。

　　本文2.3節提到河流開發對水生態的影響，基于此，近年來國際社會對已開發河流的生態修復做了許多有益的探索。由于已開發河流受到大壩等水工建筑物的阻隔，在河流生態修復時，河道聯通是首要任務，除此之外，水電開發區域植被修復、已開發河流的水質和水生態健康狀況的實時監測、對大壩等水工建筑物統一規劃與適應性管理等都是已開發河流生態修復亟待研究的課題。

　　(5)建設融合自然生態系統解決方案和循環經濟的未來城市生態建設。

　　城市作為人類社會的主要聚居地，由于人口密度高等特點，是水安全、水災害、水生態惡化綜合爆發的區域。基于此，城市生態水文學提出了融合自然生態系統解決方案和循環經濟的未來城市建設理念，主要關注提高城市河流湖泊等水體的自我凈化能力、城市污水隔離緩沖帶建設以及城市自我調蓄洪水能力建設等。

　　國內發展戰略布局學科建設和發展是一項涉及多方面的復雜系統工程，為了讓生態水文學為我國的水資源可持續發展利用和生態文明建設發揮應有的作用，筆者根據生態水文學當前的國際、國內研究動態和發展前沿，提出了對“生態水文學學科發展戰略”的若干建議。

　　2017年5月筆者的院士咨詢項目“生態水文學學科發展戰略”被批準，其主旨是推動我國生態水文學的科學基礎和戰略研究、服務于國家生態文明建設和水與生態問題的重大需求，主要包括以下4個方面的內容。

　　(1)生態水文學國家需求的國際前沿問題分析。系統總結生態水文學知識、闡述生態水文學的發展歷程、分析國內外研究現狀和國際學科前沿問題、制定滿足國家戰略要求的學科發展思路。

　　(2)生態水文學學科體系及理論方法總結。構建生態水文學學科體系，闡述其理論方法。

　　(3)生態水文學發展趨勢分析及研究展望。羅列了生態水文學目前要解決的重要科學問題、生態水文學未來發展趨勢、生態水文學發展重點和應用前景、中國生態水文學研究重點突破的方向、中國生態水文學研究戰略布局等。

　　(4)我國生態水文學發展戰略制定及建議。從生態水文學學科戰略發展的總體規劃，生態水文學重點分支戰略規劃等方面提出了學科戰略發展具體方案和建議。概括來說，生態水文學的學科建設需要以我國的國家需求為出發點，帶動學科的建設和發展，在理論、技術應用上取得新突破;以基礎理論研究為根本，構建科學合理的研究計劃，提出具有中國特色的生態水文學學科體系;依托重點研究項目，針對不同的生態水文區域類型，開展恢復自然生態水文體制的關鍵技術、模式和應用研究;通過廣泛的國際合作，了解學習國際學術前沿，實現資源共享、人才培養和引進，同時提高我國在生態水文學領域的聲望。

　　4結語

　　生態水文學是流域水管理、河流水治理和生態文明建設重要的水文科學基礎。水與生態的關系、揭示形成生態格局和過程的水文學機制是生態水文學重要的科學問題。我國生態水文學的研究具有良好的基礎，也有新的發展，特別是國家基金委員會提出的黑河流域生態一水文過程集成研究重大計劃的完成。由于我國氣候、降雨等因素的多樣性，急需進一步探索不同問題需求下的生態水文學的理論方法和學科體系。

　　發展生態水文學學科需要加強水文學和生態學的學科交叉，強化生態水文學新的理論、方法和技術的研究和實踐，緊跟國際發展前沿，同時以社會水文學的發展作為輔助，推動我國生態文明建設等國家重大需求的建設與發展。

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　　生態方向期刊推薦：《中國生態文明》(雙月刊)，創刊于2013年，由中華人民共和國環境保護部主管，中國生態文明研究與促進會、中國環境出版有限責任公司主辦的綜合性期刊。