生态水文

『壹』 生态水文分区的概念

生态分区是根据自然地理条件、区域生态经济关系及农业生态经济系统结构功能的类似性和差异性，把整个区域划分为不同类型的生态区域。现有的区划方法有经验法、指标法、类型法、叠置法、聚类分析法等，根据分区的原则与指标，运用定性和定量相结合的方法，进行生态分区，并画出生态分区图。

由于地壳表部按其中所赋存的地下水的差异性而划分出若干个块段，故可根据不同区段的特征进行水文地质分区。进行水文地质分区时，要研究影响地下水形成和分布的各个主要因素，它包括：地质结构，岩石性质，含水层和隔水层的产状、分布及其在地表的出露情况，地形地貌（水文网密度、河流切割深度等）、气象和水文因素等。进行专门性的水文地质分区时（如供水水文地质分区、土壤改良水文地质分区等），还应重点考虑与其相关的某些因素。

综合自然区划是区域自然地理学研究进行到一定阶段的产物，是在比较全面地认识地域分异规律和具有比较适当的方法论基础上进行的。它需要对研究区域各级自然综合体作全面的认识，即不仅要认识各自然组成成分的空间分布特征，还要深入分析它们之间的相互关系；不仅要掌握区域的地理现状，还要了解区域自然历史过程。因此，综合自然区划总是代表着一定时期区域自然地理研究的综合成果，是反映对自然地理环境认识程度和衡量自然地理研究水平的重要标志之一。一个正确反映客观存在的区划方案，不仅深化了自然地理学研究的理论和方法，而且为区域经济发展的宏观研究提供了地域自然结构的基础资料。综合自然区划的主要方法是部门区划叠置法、古地理法、地理相关分析法、主导标志法、顺序划分法、合并法。部门区划叠置法即是重叠各部门区划（气候、地貌、土壤、植被区划等）图，以相重合的网络界限或它们之间的平均位置作为区域界限。古地理法是通过实地古地理和历史自然地理遗迹的考察，并借鉴有关古籍文献及地质历史研究资料，深入探讨区域分异产生的原因与过程，并根据自然区域逐级分异产生的历史过程和相对一致性，划分出不同性质和不同等级的区域单位。地理相关分析法是运用各种专门地图、文献资料以及统计资料对各种自然要素之间的相互关系作相关分析后进行区划。主导标志法是通过综合分析选取某种反映地域分异主导因素的自然标志或指标，作为划分定区界的依据，并且同一级区域单位基本按同一标志划分。顺序划分法是一种自上而下的区划法。合并法则是一种自下而上的区划法。

水资源分区指的是在水文分区的基础上，考虑水资源的特点确定的分区。水资源分区的原则和标准是：流域与行政区域有机结合，保持行政区域与流域分区的统分性、组合性与完整性，适应水资源评价、规划、开发利用和管理工作的需要。全省以大江河流域水系为基础，考虑行政区分布、地形地貌、国民经济发展、流域面积大小等因素进行水资源分区。采用全国统一的三级水资源分区，三级以下分区由流域委商各省（自治区、直辖市）划分。在高级分区中以水资源中地表水的区域形成（流域、水系）为主；在低级分区中，考虑了水资源供需系统及行政区域，保持行政区域和流域分区的统分性、组合性与完整性。

生态水文分区是一个较新的理念，它与生态分区、水文分区、综合自然分区与水资源分区等既有区别又有联系。杨爱民、唐克旺、王浩等（2008）在《中国生态水文分区》一文中指出生态水文分区亦称生态水文区划，指在对流域生态水文系统客观认识和充分研究的基础上，应用水文学、水资源学、生态学和生态水文学等相关原理和方法，采用地理信息系统、遥感等技术手段来揭示流域自然生态水文系统的相似性和差异性规律以及人类活动对流域生态水文系统干扰的规律，进行整合和分区，划分生态水文的区域单元，并在图上准确地反映出来。

要科学地评估南水北调中线一期工程对河南受水区生态环境的影响，必须对其工程沿线河南受水区域有所了解。南水北调中线一期工程所跨越的流域和省（市）较多，这些地区具有不同的地理地带，且地形复杂、气候多样，生态、经济和社会情况存在很大差异。进行生态水文分区，可以更好地了解受水区的生态水文情况，为南水北调中线一期工程河南受水区生态环境影响效益评估奠定基础。本研究选取南水北调中线一期工程河南受水区涉及的所有县（市）为研究对象进行生态水文分区，旨在通过分区进一步探讨受水区内各生态水文区间的区别与联系，为深入研究奠定基础。

南水北调中线一期工程河南受水区生态水文分区就是按照南水北调中线一期工程河南受水区所涉及的县（市）的生态环境和水文现象的相似性和差异性，将受水区涉及的县（市）划分为若干个区域。每个生态水文区内有比较一致的生态水文条件，而各区之间又存在着一定差异。然后按照所划分出的区域，探讨每个生态水文区内各种生态水文现象的分布及变化规律，并提出各生态水文区的生态保护方案。

『贰』 生态水文学中田纳特法是什么意思

水文生态学是研究自然水文环境中生物个体、种群、群落之间关系的学科 生态水文学呢版，貌似现在也没权有明确定义，但研究对象似乎主要集中在“主要研究生态系统内水文循环与转化和平衡的规律，分析生态建设、生态系统管理与保护中与水有关的问题。如生态系统结构变化对水文系统中水质、水量、水文要素的平衡与转化过程的影响；生态系统中水质与水量的变化规律及其预测预报方法；水文水资源空间分异与生态系统对位关系”

『叁』 生态水文的书目

第一章 绪论
第一节 黄土高原水土保持生态建设的历史回顾
1. 我国古代的水土保持综合治理
2. 水土保持与农业和生态环境建设的关系
3. 黄土高原水土保持综合治理方略和方法体系
第二节 水文循环及其人类活动的影响
1. 水循环与水量平衡的自然规律
2. 人类活动对水文系统的影响
第三节 生态水文学及其研究内容和方法
1. 生态水文学及其研究内容
2. 生态水文学研究方法
第四节 生态水文研究进展与有待加强的方面
1. 水文的生态学方面研究进展
2. 有待加强的研究
第二章 黄土高原生态水文基础
第一节 黄土高原自然地理
1. 地理位置与地貌
2. 气候
3. 植被
第二节 黄土高原水文水资源
1. 水系
2. 水资源分布特征
3. 河流水质
4. 地下水资源
第三章 水土保持措施对水向土中入渗的影响
第一节 水向土中入渗的测试方法
1. 有压入渗测试方法
2. 无压入渗测试方法
第二节 土壤入渗过程的数学描述
第三节 影响土壤入渗速率的因素
1. 土壤因素
2. 植被因素
3. 土地利用
4. 地面坡度
5. 雨滴粒径
第四节 水土保持措施对强化降水入渗的影响
1. 耕作措施
2. 坡面工程措施
3. 植被措施
第五节 小流域土壤入渗速率的空间变异规律
1. 水平变化规律
2. 垂直变化规律
第四章 区域土壤水资源格局与水土保持措施的影响
第一节 黄土高原土壤水分的基本空间分布格局
1.水平地带性
2.垂直地带性
3.方位带状分布
第二节 水土保持措施对土壤水分的影响
1. 坡面水土保持措施
2. 植被措施
第五章 旱作农田水量平衡与作物高产的水分环境效应
第一节 旱作农田水分生态与作物水分生产力
1. 旱作农田水分循环与水量平衡
2. 旱作农田作物的产量与水分关系
第二节 旱作农田高生产力对土壤水分循环的影响
1. 作物水分利用层深度
2. 降水入渗补给深度
第三节 旱地作物高生产力的水分环境效应与管理
1. 旱作作物高生产力的水分环境效应
2. 旱作农田水分管理与生物节水技术
第六章 综合治理对小流域水文行为影响的比较分析
第一节 研究流域概况
第二节 水土保持对小流域径流量时间过程的影响
1. 小流域径流量年际变化
2. 小流域径流量季节分配
3. 小流域典型洪水过程
4. 水土保持的蓄水作用分析
第三节 水土保持对小流域次降水—径流关系的影响
1. 小流域产流临界降雨量
2. 小流域次降水量与径流量关系
3. 小流域径流量与次平均降水强度关系
4. 小流域径流量与最大时段雨强关系
5. 小流域降水历时与径流关系
第四节 水土保持对小流域径流过程及产流模式的影响
1. 小流域径流过程
2. 不同雨型的降水产流过程
3. 小流域产流模式变化
第七章 水土保持对小流域水量平衡影响的模拟研究
第一节 小流域降雨入渗与产流产沙的模拟研究
1. 土壤入渗速率点面转化
2. 不同土地利用方式影响坡地降雨产流历时的因子研究
3. 不同治理度小流域产流产沙正态整体模型的模拟试验
第二节 综合治理对流域水量平衡影响的模拟研究
1. 小流域自然概况与研究方法
2. 模拟模型介绍
3. 模型参数确定
4. 结果与讨论
第八章 区域水土保持对中大流域径流量及其组分的影响
第一节 区域水土保持现状与特点
1. 黄河流域的水土保持格局
2. 黄土高原水土流失区水土保持
第二节水土保持措施的水文效应研究方法
1. 水土保持的水文效应机理
2. 区域水土保持的水文效应评价方法
第三节 水土保持措施对不同支流径流量的影响
1. 对径流量的作用时期和方向
2. 对不同支流年径流量的影响
3. 对洪水和枯水径流量的影响
第四节 流域水利水保工程对暴雨洪水的影响—以佳芦河为例
1. 研究方法与流域概况
2. 水利水保措施对洪水特征的效应
第 九章 区域水土保持与黄河径流量的关系
第一节 水资源短缺与黄河断流加剧
1. 水土流失与水资源短缺问题
2. 黄河断流情势加剧
3. 黄河断流原因
第二节 水土保持与黄河径流量的关系
1. 黄河干流径流量的沿程分布
2. 黄河天然径流量的时间变化特征
3. 水土保持与黄河径流量
4. 黄河干流下游高河床渗漏量分析
5. 黄河输沙与黄河水资源开发利用
第三节 水土保持与区域可持续发展
1. 地表水资源合理配置
2. 水土保持促进区域社会经济和自然的协调发展
第十章 黄土高原雨水资源化与雨水集流工程
第一节黄土高原雨水资源化潜力分析
1. 雨水资源的特征与雨水集流
2. 雨水资源化及其技术体系
3. 雨水资源化潜力分析—以陕西部分为例
第二节黄土高原雨水汇集工程技术探讨
1．集流面发展动态及其集流率
2．水窖建设的工程规划探讨
3．雨水集流工程中存在的主要问题与对策

『肆』 生态水文学是热门专业吗

这个方向往长远看比较好，但是就怕你碰不上。
生态水文学
你也知道，现在地球上的淡水资源慢慢减少，地下水资源是日渐减少，不久的将来，肯定需要寻找利用新能源制造纯净水的心方法，需要你说这个生态水文学。但是就怕这个不久的将来，不久比你还久就坏了

『伍』 生态水文分区的理论基础

生态水文分区主要用来研究生态水文现象的地域性分异，揭示生态水文现象地域性分布规律，其理论基础主要有地域分异规律、生态学原理、水文学原理、水资源学原理和生态水文学原理等。

3.3.1 地域分异规律

地域分异规律是在人们认识自然的过程中逐步获得并加深认识的。古希腊的埃拉托色尼根据当时对地球表面温度的纬度差异的认识，将地球划分为5个气候带，是最早对气候分异规律的认识。在中国，2000多年以前的《尚书·禹贡》据名山大川的自然分界，将当时的国土划分为九州，这是中国最早对地貌分异规律的认识。19世纪德国人A.von洪堡经过实地考察，研究了气候与植被的相互关系，提出了植被的地域分异规律。19世纪末，俄国人B.B.道库恰耶夫以土壤发生学观点进行土壤分类，并由此创立自然地带学说，同时指出它对地表各种自然现象的普遍意义。随着对陆地表面的分异现象的深入研究，人们发现许多自然地带是不连续的，大的山系、大的高原还出现垂直带现象。这些现象的存在说明除了地带性的地域分异规律外，还有非地带性的地域分异规律在起作用。

地理环境地域分异存在自然、经济和社会文化等多方面，其中自然地域分异是其他几个方面的基础。自然地域分异规律是指地理环境中各自然组成成分及自然地理综合体在地表沿一定方向发生的分化现象及其普遍的必然表现形式（规律）（王英利等，1995）。对地域分异规律的认识，虽然目前没有取得一致的意见，但都承认有几种分异规律存在：①因太阳辐射能按纬度分布不均引起的纬度地带性；②大地构造和大地形引起的地域分异；③海陆相互作用引起的从海岸向大陆中心发生变化的干湿度地带性；④随山地高度而产生的垂直地带性；⑤由地方地形、地面组成物质以及地下水埋深不同引起的地方性分异。

普遍认为，地带性规律包括纬度地带性、经度地带性和垂直地带性。一些自然地理成分沿纬线方向常具有相似的属性和组合特征，这种呈带状的地域分化现象称之为纬度地带性（规律）。纬度地带性是因太阳高度角随纬度变化而引起热量条件南北之间递变的规律，热量带沿着纬线呈东西延伸的带状分布，气候带、生物带、土壤带主要受其控制。例如中国从南到北有赤道热带、中热带、边缘热带、南亚热带、中亚热带、北亚热带、暖温带、中温带和寒温带；植被从南到北分为季雨林、常绿阔叶林、落叶常绿阔叶混交林、落叶阔叶林、针阔混交林和针叶林。经度地带性是指地理环境各组成要素和自然综合体按经线方向由海洋向内陆变化的规律。主要由海陆位置、低空盛行风向、水分状况的差异，引起东西向递变的规律。一般来说，大陆降水由沿海向内陆递减，例如我国自东南沿海向西北内陆，依次有湿润、半湿润、半干旱、干旱地区。垂直地带性规律是由于海拔高度的差异引起的自然景观的垂直递变规律。垂直地带性受水平地带性（纬度地带性和经度地带性）的制约，不同的水平带具有不同的垂直带，其基带、带数、带幅、优势带等均有差异，所以说，垂直带也体现出地带性规律。

非地带性规律是自然景观的一种隐域性分布规律，它是受隐域性因子（如地下水、岩性、特殊的地表组成物质等）控制，在地理分布上具有地方性特点，可以呈带状或斑状分布。分布区间不一定有严格的顺序。非地带性因素包括地质构造、岩性、地貌单元、坡度、坡向、山脉走向和地下水等。它们也可以影响气候、生物和土壤的类型和分布（任平，2003）。

目前对地域分异规律研究的明显趋势是确定不同规模的地域分异规律和其作用范围。苏联学者把地带性规律分为两种规模：延续于所有大陆、数量有限的总的世界地理地带和在主要世界地理地带以内形成的局部性纬度地带。英国学者在自然地理研究中提出全球性规模的研究、大陆和区域性规模的研究和地方性规模的研究。一些中国学者认为地域分异规律按规模和作用范围不同，可分为4个等级：①全球性规模的地域分异规律，如全球性的热量带。②大陆和大洋规模的分异规律，如横贯整个大陆的纬度自然地带和海洋上的自然带。③区域性规模的地域分异规律，其表现是经度省性和带段性，如在温带大陆东岸、大陆内部和大陆西岸分布不同的区域性地带。垂直地带性也是区域性的分异规律。④地方性的地域分异。有两类：一是由地方地形、地面组成物质和地下水埋藏深度的不同所引起的系列性地域分异；二是由地方地形的不同所引起的坡向上的地域分异。

研究地域分异规律是认识自然地理环境特征的重要途径，是进行自然区划的基础，对于合理利用自然资源，因地制宜进行生产布局有指导作用。

3.3.2 综合自然区划原理

区划，就是区域划分，泛指各种区域的划分，是对各种区域划分的高度概括。通常说的区划大致可分为：自然区划、经济区划和行政区划三大类别。区划应遵循一定的原则：①发生统一性原则。即任何区域都有自己的统一发展过程；区域的发生统一性不是其组成成分或组成部分所有特点形成的同时性；每个区域都有自己的“年龄”，但它不等于该区域的固体基础（地质地貌）的年龄；低级区域是由等级较高的区域分化出来的；任何区域都是在发生上统一的，但不同等级或同一等级的不同区域，其发生统一性的程度或特点应有区别。②相对一致性原则。即内部特征的一致性，指的是不同等级的区划单位的一致性也是相对的，各有不同的标准。③空间连续性原则（区域共轭性原则）。自然区划中区域单位必须保持空间连续性和不可重复性，任何一个区域永远是个体的，不能存在彼此分离的部分。④综合性原则和主导因素原则。任何区域都是地域分异作用的产物，在具体进行地域划分时，必须考虑地域分异的作用及其在各个区域中的表现。综合性原则强调区划时全面考虑地带性分异和非地带性分异的作用，主导因素原则强调在区划时首先考虑决定地域分异的主要因素。

根据自然地理环境及其组成成分在空间分布的差异性和相似性，将一定范围的区域划分为一定等级系统的研究方法，称为自然地理区划。在研究地域分异规律的基础上，探讨自然地理环境及其组成成分的特征、变化和分布规律；合理利用自然资源、因地制宜进行生产布局和制定各种规划的基础。自然区划既是划分，又是合并。根据地域分异规律，可将等级高的自然区划单位划 分成等级低的自然区划单位；又可根据区域共轭性原则，将等级低的自然区划单位合并成等级高的自然区划单位。这种自上而下地划分与自下而上地合并是互相补充的。

按区划的对象，自然区划分为综合自然区划和部门自然区划。综合自然区划以自然环境整体为对象；部门自然区划以自然地理环境的各组成成分为对象，如地貌、气候、水文、土壤、植被、动物等。部门自然区划是在考虑自然地理环境综合特的征基础上，依据某一组成成分地域分异规律而进行的区域划分。如地貌区划、气候区划、水文区划、土壤区划、植物区划、动物区划等。按区划的目的，自然区划中有各种实用自然区划，如公路自然区划、建筑自然区划、农业自然区划等。实用自然区划的特点是自然、技术、经济三方面的结合，目标明确，实践用途较大。

自然区划的对象是不同等级的自然综合体，所以自然区划是多级的系统。这个系统由地带性区划单位和非地带性区划单位组成。地带性区划单位可分为自然带或热量带，自然地带和自然亚地带等。非地带性区划单位可分自然大区、自然区域（也有人不划出自然区域）、自然地区、自然区等。区划的一般等级系统有两种：一是单列系统，将地带性区划单位与非地带性区划单位相间排列成一个系统；另一种是双列系统，将两类区划单位按双列系统排列，中间有联系单位。

地表自然界受不同尺度的地带性与非地带性地域分异规律的作用，分化为不同等级的自然区，以地域分异规律学说为理论依据划分自然区，并力求反映客观实际的方法，就是自然区划。各级自然区之间都存在特征差异性，自然区内部则具有相对一致性。

自然区划的原则：①发生统一性原则；②相对一致性原则；③空间连续性（区域共轭性）原则；④综合性原则和主导因素原则等。

地表自然地理综合体的相似性和差异性是地域分异规律综合作用的结果，所以地域分异规律便成为综合自然区划的理论基础。

对每一个自然地理区域都可以采用自上而下的划分或自下而上的结合这两种自然区划方法。前者是通过对地域分异各种因素的分析，在大的地域单位内从上至下或从大至小揭示其内在的差异，逐级进行划分；后者是通过连续的组合、聚类，把基层的较简单的自然地理区域合并成为比较复杂的较高级的地域。前者通常采用地理相关法和主导标志相结合的方法来进行；后者主要在土地类型制图的基础上，把地域结构上和发生上有空间联系的相毗邻的地域合并起来，成为具有完整地域结构的各个区域。这种方法简称类型组合法。

无论采用哪种区划方法，首先都必须注意到地域结构的层次性，即存在不同等级的自然地理区域，确定各地域之间的层次关系，并建立区划的等级系统。其次，须重视各层次、各区域单位中的地域结构研究，即注意区域内部各组成部分之间物质和能量运动在空间上的联系性，以及其发生发展上的共同性。最后，根据上述的区域层次关系和结构上相联系性质和特点，确定划区的具体指标和标志，划出各区域的界线。

自然区划的方法主要有以下几个：①古地理方法：发生统一性原则必须通过古地理方法来贯彻。②顺序划分和合并以及类型制图法：这是贯彻相对一致性原则和空间连续性原则（区域共轭性原则）的重要方法；③部门区划图叠置法和地理相关分析法是贯彻综合性原则常用的方法；④主导标志法强调选取反映地域分异主导因素的指标作为确定区界的主要依据，尤其强调在进行某一级分区时必须按照统一的指标划分。⑤网格分析法（地理相关分析法）：地理相关分析法主要是运用各种专用地图、文献以及统计资料，对各自然地理成分之间的相互关系作分析后进行区划的方法。具体程序如下：先把各种专门地图和文献资料以及统计资料分别标注在适当比例尺的工作底图上，画出坐标网格；然后按其相关关系的密切程度编制出带有综合性的自然要素组合图；在此基础上逐级进行区域划分。

区划单位的命名既要反映区域的地理位置，又要反映区域的综合自然地理特征，还要精炼、简便、便于使用。目前，命名大致有三种办法：①主要综合地理特征表述，分别采用一名、二名、三名，1959年《中国综合自然区划，（初稿）》在热量带、自然地区、自然地区的高级单位中用了此法。②地理位置与区域主要综合自然地理特征并列命名，1983年赵松乔的区划采用了此法，自然地区采用位置、水分、温度三名法。③地理位置单名法，罗开富、任美锷的区划单位采用了此法。

自然区划的研究在我国已有悠久的历史，但比较系统的、有一定理论做指导的、影响较大的全国区划方案是新中国成立后编写的，共有6个：罗开富（1954）；中科院自然区划委员会，黄秉维（1959）；任美锷（1961）；侯学煜（1963）；全国农业自然资源调查和农业区划委员会，丘宝剑和席承潘（1980）；赵松乔（1983）。

3.3.3 生态水文学原理

水文学是地球科学的一个重要分支，它是研究地球上水的起源、存在、分布、循环和运动等变化规律，并运用这些规律为人类服务的知识体系。自从科学界公认水圈、岩石圈和大气圈都从地圈中分离出来，并作为地球的独立圈存在后，水文科学的形成就有了基础。

人类进入20世纪末，由于社会经济发展，人与自然的冲突加大，生态环境问题愈来愈突出。全球水资源日益短缺，现有的水文学理论已不能满足解决水资源短缺和持续管理水资源的要求。任何生态系统格局和生态过程的变化都与水文过程相关联。正确的管理水资源的方法应该建立在对生态系统格局和过程的水文学机制深入了解的基础之上。生态水文学正是在全球水资源短缺的背景下，在寻求解决合理持续利用水资源的实践中形成的一门交叉应用学科（赵文智等，2001）。

H.A.P.Ingram于1987年首次使用Ecohydrology这个术语，用来描述和解释苏格兰地区泥炭湿地中的水文过程和特征。之后，Ecohydrology这个术语被广泛使用，生态学、湖泊学、水文学等专家和工作者用这个术语来描述各自研究工作中所涉及的生态学、水文学和湖泊学等学科交叉部分（牛跃等2008）。1992年在Dublin召开的国际水环境大会上，首次把Ingram提出的科学术语Ecohydrology提升为一门独立的学科，即生态水文学（夏军等，2003）。

目前，对于生态水文学的概念还没有一个统一的定论（M.Zalewski，2000）。Hatton et al.（1997）认为生态水文学需在质量守恒和能量守恒定律的基础上，在周围环境不同的情况下，研究环境过程的机制，指出生态水文学是在一系列环境条件下来探讨生态水文过程，它考虑了干旱地区、湿地、森林、河流和湖泊的生态水文过程。Rodriguez（2000）认为水文学是研究生态格局和过程下的水文机制的科学，气候、植被、土壤的相互作用是其控制性的因素，土壤湿度是其关键的研究因子。Nuttle（2002）认为生态水文学是生态学和水文学的亚学科，它注重的是水文过程对生态系统配置、结构和动态的影响，以及生物过程对水循环要素的影响。

直至20世纪90年代中后期，我国都尚未将生态水文学作为专门学科加以研究，只是在相关研究中有所涉及。20世纪末，严登华等（2001）开始在东辽河流域开展生态水文学研究，以GIS为工具，探讨流域生态水文格局的演化，构建理想的生态水文格局，进而探讨其在区域水环境安全调控中的应用。随后，武强等（2001）认为生态水文学是一个集地表水文学、地下水文学、植物生理学、生态学、土壤学、气象学和自然地理学等于一体、彼此间相互影响渗透而形成的一门新型边缘交叉学科。生态水文学的研究包括以下内容：一是研究水文条件的背景状况和演变历史及其恶化程度；二是研究与水资源开发利用相关联的生态系统的演变历史。王根绪等（2001）认为生态水文学是研究水文学和生态学两方面都涉及的科学，有关生态圈与水文圈之间的相互关系以及由此产生的相关问题，就是生态水文学的内涵。生态水文科学的主要研究内容有生态系统中植物与水的关系研究和山地垂直梯度及其相关的流域源区的特殊水文与生态过程研究。前者主要研究干旱区的生态水文过程、湿地植物与水的关系、森林水文生态作用及其环境效应问题、河流或湖泊系统植物与水的关系问题；后者则主要研究山区生态水文过程，山地植被与水的关系等。

总的来说，生态水文学是一个集地表水文学、地下水文学、生态学、土壤学、植物生理学、气象学和自然地理学等于一体的，彼此间相互影响渗透而形成的一门新兴边缘交叉学科（夏军等，2003）。生态水文学研究的主要问题是生态水文过程的尺度问题、生态水文过程模拟研究与模型开发等。总之，经过多年的发展，生态水文学已经成为描述干旱区生态系统、湿地生态系统和森林生态系统等各类生态系统中生态格局和生态过程水文学机制的学科（赵文智等，2001；Baird et al.，1998；Huxman et al.，2005）。

3.3.4 水资源学原理

《不列颠网络全书》中水资源定义为“自然界一切形态（液态、固态、气态）的水”都算水资源。1963年，英国《水资源法》中定义为“具有足够数量的可用水源”，即自然界中水的特定部分。1988年，联合国教科文组织（UNESCO）和世界气象组织（WMO）定义水资源是“作为资源的水应当是可供利用或可能被利用，具有足够数量和可用质量，并且可适合对某地为对水资源需求而能长期供应的水源”（陈传友，2002）。

《中国大网络全书·大气科学·海洋科学·水文科学》卷中，把水资源定义为“地球表层可供人类利用的水”；《中国大网络全书·水利》卷中把水资源定义为“自然界各种形态（气态、液态或固态）的天然水”，并把可供人类利用的水作为“供评价的水资源”；《中国资源科学网络全书》中，把水资源定义为“可供人类直接利用、能不断更新的天然淡水，主要指陆地上的地表水和地下水”。

水资源特点主要有：循环再生的特点、分布不均的特点、多功能的特点、水质受人类活动和自然条件变迁的影响。

水资源学科的正式建立始于1972年。在这一年不仅建立了全球性的国际水资源协会，而且自1922年就建立的国际水文科学协会在1972年通过的协会章程中正式将水资源学和地球科学一样作为学科来并列（王浩等，2002）。

水资源学是一门人类认识水资源，并开发利用水资源、保护水资源及水环境的知识体系，主要属于技术科学的范畴。陈家琦（1986，1996，1999）认为水资源学是对水资源进行评价并制定综合开发和合理利用水资源规划，解决水资源供需矛盾，以及对水资源实行科学管理和保护经验的系统总结所形成的知识体系。同时，水资源学也是指导水资源业务工作的理论基础。水资源学的目标主要有：探求水资源在地球自然资源体系中的位置、作用以及和其他自然资源间的相互关系；揭示水资源的形成、演化机理，以及其在地球空间和时程上的变化规律；探讨在经济和社会发展中水资源供求关系及其解决的科学途径；研究在人类各项经济活动特别是人类开发利用水资源过程中引起的环境变化，以及这种变化对水资源自然规律的影响；探求在变化的环境中如何保持对水资源的可持续开发利用的科学道路等。

水资源学是研究水资源形成、运动、循环和演变的科学，其直接研究对象是水资源。第一个层面是水资源本身的研究；第二个层面是人类对水资源开发利用的研究，属于水资源的应用研究；第三个层面是研究水资源系统对社会经济系统和生态环境系统三者平衡关系的研究，属于水资源的综合研究（王浩等，2002）。

从水资源学研究的内容可以看出，水资源学学科体系主要由基础学科、应用学科和综合学科三大部分组成。其中基础学科主要研究水资源运动、演变和循环规律；应用学科是研究解决人类开发和利用水资源过程中存在问题的科学；综合学科，如水资源生态学、水资源环境学、水资源经济学、水资源管理学、水资源工程学、水资源法学、水资源信息学等大多属于交叉学科（王浩等，2002）。

『陆』 生态水文分区的原则

3.2.1 分异性原则

由于生态水文现象的各个组成要素存在着地域上的分异，则根据不同区域范围内，地形、地貌、气候、土壤以及水文循环等特征的不同，即可划分出不同的生态水文单元。研究生态水文现象的地域性分异，揭示生态水文现象地域性分布规律，是生态水文分区的重要基础工作之一。

3.2.2 区内相似性与区间差异性原则

区内相似性最小和区间差异性最大是任何区划中都必须要遵循的原则。即在同一个分区中，各个区域的判别指标具有非常大的相似性特征，特别是综合性特征；而在不同的分区中，各因素应相差很大。即生态水文分区即要做到区内差异性最小，又要做到区间差异性最大。

3.2.3 完整性原则

在生态水文区划工作中，必须从系统分析的原理和方法出发，强调生态环境保护和区域发展目标的一致性，重视自然、经济和社会系统中各生态要素的和谐统一。应从整体的观点、流域的观点出发，综合考虑，兼顾生态、经济和社会的整体条件，保证生态水文系统的完整性。

3.2.4 人类活动不同强度对生态水文演变影响不同性原则

生态水文系统或多或少地都会受到人类活动的影响。由于区域间受人类活动影响的程度不同，导致不同区域的生态水文系统特征不同，由此诱发的生态环境问题也有所不同，所以在进行生态水文区划时必须考虑到人类活动的因素。正确地评价人类活动在生态水文系统中的作用和地位也是进行南水北调中线一期工程受水区生态水文分区中十分重要的一环。

『柒』 生态水文学与生态水文地质学

万力

人类进入21世纪后，淡水资源短缺已成为仅次于石油资源短缺的全球性战略问题，而水资源的可持续利用则是保持经济发展和维护社会稳定的关键。生态水文学是都柏林国际水环境会议（1992）提出的一门独立的学科，人们希望通过该学科的研究和发展，探索出一条人类走出水资源短缺困境的道路。目前，联合国教科文组织国际水文计划也将水文生态学作为重要研究领域之一。该学科的最终目标是在保持生物多样、保证水资源数量和质量前提下提供一个环境健康、经济可行和社会可接受的水资源持续管理范式^［1］。在这可持续发展理念的影响下，各国学者开始从不同的角度和视野探寻水文学及其子学科与生态之间的相互作用关系。

当一种理念关系到人类的生存乃至社会的发展时，也就是新学科的诞生之际。我国拥有广大的干旱半干旱地区，地下水在整个水资源中占有极高的比率，实现地下水资源可持续利用已成为整个社会可持续发展中的重要组成部分。近几年，生态调查已是国土资源调查的内容之一，但在具体实施过程中，明显感觉缺少理论和学科基础。本文从生态水文学学科的发展过程入手，对生态水文地质学的研究对象、内容和方法进行了初步探讨，提出了现阶段我国社会发展中生态水文地质学研究的主要任务。

1 生态水文学

目前，生态水文学（Eco-hydrology）的定义较多，不同的学者从各自研究的角度给出了生态水文学多种定义。该学科最初（20世纪70～80年代）源于湿地生态学中的湿地生态系统的管理和恢复领域。Wassen（1996）认为生态水文学是一门旨在帮助更好地理解湿地生态系统自然发育以及评价湿地生态系统价值、保护和恢复湿地生态系统的应用学科^［2］。Baird（1997）则认为生态水文学是研究水文过程与植物分布、生长相互作用的水文学与生态学相互作用的一门交叉学科，其研究对象不仅包括湿地生态系统，而且还涉及干旱地区生态系统、森林和疏林生态系统、江河生态系统、湖泊生态系统及水生生态系统等^［3］。

生态水文学已成为当今热门的学科。其主要研究内容为陆生环境与水生环境植物与水分关系，阐述和探讨不同环境中植物-水分的各种相互作用问题；在流域尺度上研究水文和生物相互功能关系；在生态模式和生态过程的基础上，探讨影响植被变化的水文学机制；在质量守恒和能量守恒的基础上，在周围环境不同的情况下，研究生态变化过程的机制；研究水文循环与生态系统之间的相互作用机理和过程^［4］。

从波兰（1998年）召开的生态水文学专项研究会议（UNESCO/IHP）也可看出该学科的研究主题：①水文格局的生态效应。Wangner I.等研究了一低地水库恢复过程中支流水文格局对生物过程的影响；Brinkman W，L.F.等对波兰Plock附近Vistula河洪泛平原结构和功能的研究。②对尺度效应的进一步探索。Kemp J.L.等对生境尺度的河流生态水力学进行了研究；Schuller D.等使用“斑块网络概念”对德国西南部滥用土地的恢复进行了研究。③水文过程的生态环境效应。Biawas S.P.等研究了布拉马普特拉河（雅鲁藏布江）对喜马拉雅山东北部渔业生态的影响；④模型与制图的研究。Tatrai K.等研究了Kis-Balaton水保护系统在水质控制中的应用；Timchenko V.等研究了第聂伯河河口带生态现状和水质模型；Witte J.P.M.研究了利用生态群组进行生态系统类型图的制作；Thiele Michael 研究了垂直土柱中溶质运移的Park分析方案。此外，1998年9月和2000年分别在捷克的Liblice、比利时Gent召开了ERB的第7次和第8次研究会议，都也都强调了以上主题研究。

在我国，生态水文学方面研究起步较晚。2000年以后我国学者才开始重视，并将生态水文学介绍到国内来，目前尚处于起步阶段。我国是一个水资源贫乏的国家，随着国民经济快速增长和生活水平的提高，水资源的需求日益增加。与此同时，生活污水和工业废水污染造成的水污染日趋严重。清洁淡水的短缺对我国国民经济持续发展的瓶颈作用日显突出。目前，为解决我国能源短缺，几乎所有可建水电站的大小江河都已建成或正在拟建不同规模的水电站。水电站建成必然会改变江河、湖泊的水文过程及与其有联系的地下水的水文地质条件，对流域内生态环境将产生重大影响。迄今为止，各流域尚未做过系统的生态水文学的研究和调查。显然在一定经济条件下保持生物多样性、水质、水量和谐平衡，实现淡水资源的可持续利用，我国还有许多研究工作要做。这种实际的需求背景将为生态水文学在国内的发展提供一个巨大的发展平台。

总之，生态水文学是一门年轻的学科，它从生态水文过程着手研究水环境系统的演化和演变对生态系统的现在及潜在影响和作用，以期实现对淡水资源（包括江、河、湖泊、湿地、地下水）全过程的管理，实现社会、经济可持续发展的目的。由于生态环境和水环境的多样性和复杂性，因此到目前还未形成完整的系统理论框架和方法体系。生态水文学涵盖范围广，研究内容弹性极大。大尺度的可从全球性的视角来研判水文系统变化对生态系统的耦合作用，小尺度可深入到微生物的级别来探寻生物个体水质代谢过程等。从研究范围和内容来看，生态水文学本身可分为一系列的子学科，如水文学包括有河流、湖泊、湿地和地下水等子学科，当它们与生物种群、生物群落、生态景观等，便构成一个多层次的完整学科群。随着不同层次上的生态水文学的发展和完善，许多子学科也会逐渐成熟，从而带动整个学科的发展。

2 生态水文地质学

俄罗斯学者V.N.Ostrovski（1991）提出了“生态水文地质学”的概念，将水文地质的概念引入生态系统中。他认为，生态水文地质学研究的目的是控制地下水圈的体制以防止发生一些不可逆转的对生态环境不利的影响；一方面要预防人类活动对生态环境产生不利的影响；另一方面要科学地预测人类活动对生态环境所产生的影响^［5］。

美国《地下水》杂志2003年第三期社论指出，社会上关心的问题不仅仅局限在水文学上。比如说，对泉、湖、河流、湿地抽水会有什么影响？面对这样的问题，水文学家通常收集大量的水文地质资料，建立一个模型，然后得出关于水位下降、流量减小的精确估计。但是，这并不是公众所关心的。公众关心的是，抽水会对与该系统相关的植物、鸟类、鱼类以及其他一些感兴趣的动物产生什么影响？为了让“生态水文学”不只是一个时髦名词，水文学家必需参与交叉学科的研究。不仅涉及解释水文原理和概念，而且包括学习和了解生态原理和概念。这将意味着新的研究中，往往是用定性的语言和统计数据来描述，而不是传统水文学上的定量方程和确定性模型^［6］。

目前，国外从事地下水研究的学者开始关注地下水与生态环境之间的内在关系。学科领域间的拓展与融合向从事地下水研究工作的水文地质、地下水管理方面的学者提出了新的要求。社会公众需要从事地下水文学工作的学者将生态学纳入到今后的研究和调查工作中，回答开采地下水可能引发的各种生态问题，并有效地回避由此带来的风险。

作者认为，生态水文地质学是一门研究地下水与陆生植被生态间相互作用过程和机制的学科。阳光、大气、土壤和水是生命存在的四个基本要素，在地球表面后两个要素的时空变化差异性最大，对植被生长的影响也最大，大气降雨和地表水体也必须进入土壤后才会对植被的生长发挥作用，而水与土壤的相互作用正是水文地质学的研究领域。因此，有理由相信生态学与水文地质学的交叉必将加深人们对生态系统演变和演化过程及其机理的认识。

借助生态学和水文地质学的研究方法，融合两个学科的研究成果，在保持生态多样性的基础上维持地下水水量和水质的均衡，预测地下水水文过程对生态环境的影响效应，实现地下水资源可持续利用的目的，是生态水文地质学当前的主要任务。地下水与地表水的水文过程有很大的区别，而且也不尽相同。地下水的水文过程除受控于地形、地貌、植被、气候、降水等因素外，还受控于地质条件、水文地质条件即含水系统结构及其补给、径流、排泄条件等，并且地下水与地表水有着一定的联系。因此，水文过程远比地表水复杂。地下水水文学与生态水文学相互融合所涉及的学科，有地质学、地貌学、水文地质学、地下水动力学、植被生态学等。随着研究的深入，该学科将逐步形成自己特有的知识结构和理论体系。

近几十年来，随着我国经济发展和人口增加，出现了许多与不合理利用水资源有关的生态环境问题。西北地区干旱内陆盆地水资源综合利用问题。内陆盆地中生态需水大部分靠注入盆地的内陆河流来水量维系。由于绝大部分天然绿洲沿河分布或位于洪冲积扇前缘的地下水排泄区，生态环境十分脆弱。近几十年来，因上游修建水库、中游农业用水、生活用水量剧增，引起下游地区来水量减少，地表水、地下水水文过程发生改变，导致绿洲和荒漠植被系统因缺水而退化乃至消亡，大面积的荒漠化，成为沙尘暴源区。我国西部著名的额济纳旗和河西走廊西部两个沙尘暴源区形成与内陆河流水文过程变化和地下水文过程变化有密切关系。在保护好生态环境基础上，实现干旱内陆盆地水资源综合利用是顺利进行西部大开发的首要问题之一，不仅关系到西部大开发的成败，也是关系到西北沙尘暴的治理。

三江源是我国长江、黄河和澜沧江的发源地，是世界上海拔最高、面积最大、湿地类型最丰富的地区，同时也是世界上高海拔地区中生物多样性最集中的地区，被誉为“高寒生物自然种质资源库”。目前，出现了一系列极为严重的生态水文环境退化现象。湖泊和湿地面积缩小或干涸，河流量减小。特别是黄河源区的断流，尤其是20世纪90年代后期连续三次断流，更是引起了全社会的广泛关注。源区水土流失严重，土地沙化面积仍在不断扩大；荒漠化和草地退化问题日益突出；虫鼠害加剧，黑土滩遍布；受威胁的生物物种占总类的20%以上。若源区的生态环境恶化持续下去，不仅会导致源区水源涵养功能丧失，而且因失去植被覆盖形成高海拔的沙源区，将严重威胁到源区下游的安全。因此，如何运用生态水文地质学结合冻土学、高原植被生态学等有关学科，对源区生态恶化原因进行研究，制定切实可行的生态修复方案是十分紧迫的任务。

生态水文地质学尚有许多领域有待开发和探索。目前，在我国开展生态水文地质学研究，可以考虑以下几个方面：

（1）区域尺度陆生生态状况的定量描述。该问题是研究生态与土壤和水之间相互关系的基础，也是生态水文地质调查的主要任务。生态状况的变化在空间上有巨大的差异性，在时间上又有周期性、趋势性和随机性的特点。以研究地下水运动的尺度定量刻画地表生态状况的时空变化，从理论和方法上都需新的探索。

（2）区域水文地质条件及其变化与植被生态格局的关系。研究不同尺度地下水系统的补给、径流、排泄条件对植被生态格局的控制及其相互影响，尤其要研究在人为作用干扰下，地下水水文过程发生变化对植被生态系统的影响。

（3）包气带多重界面水分水质转换机制及其生态效应。包气带是地下水与地表水系统、大气圈以及植被生态系统相联系的重要纽带，包含水分转化、水质转化等多重界面。大气降水一部分通过包气带渗入补给地下水，另一部分为包气带持有，供给植物生长，通过蒸发和蒸腾作用与大气进行水量交换。虽然水文地质学家已对包气带中饱和水、非饱和水以及毛细水的运移规律曾做过较为详细的研究，但对包气带中气态水通过蒸发与凝结作用所引起的水分分布变化研究较少，这对查明我国西北荒漠植被生长的水环境却显得十分重要。

（4）包气带的生物和地表生态对水的净化机制。孔隙介质组成的包气带具有对渗入水有过滤、吸附、离子交换和生物化学降解作用，尤其是含有粘粒的亚砂土、亚粘土构成的包气带，颗粒比表面积大，孔隙多，具有微生物生长良好的水、热、气条件和繁衍空间，在一定条件下，包气带的生物降解作用不容忽视，而表层土壤中的植物根系对进入土壤中的水也有净化作用，两者共同构成包气带对水的生物净化功能，功能的强弱取决于包气带的岩性、结构、植被类型和覆盖率。

（5）潜水含水层中地下水各种物理化学过程的生态效应。地下水运动过程中各种物理量（流量、水位、水量等运动要素）和化学成分的变化，会很大地影响土壤性质，导致植被生长条件的变化。如土壤盐碱化、沙漠化和荒漠化就是该过程的具体表现。

（6）高寒地区气候变化对地下水的影响及其生态响应。高寒地区通常是生态脆弱地区，对气候变化的反应最为敏感，是研究全球变暖对人类生存环境作用机制的理想区域。

（7）陆生生态系统分布与地下水系统之间的相互作用及反馈机理问题。生态系统与地下水资源有着密切的关系，完好的生态系统对地下水资源有良好的涵养作用，同时地下水系统也滋养着生态系统，两者间存在密切的依附关系。目前1：20万水文地质调查范围覆盖我国大部分地区，基本查明了区内地下水系统的结构和特征，若查清生态系统与地下水系统之间的相互作用及反馈机理问题，将有利于从大尺度的角度对地下水资源的可持续利用，做出合理决策。

以上问题的研究将会大大促进生态水文地质学的发展，为解决当前许多已经出现的生态问题奠定基础。

3 结语

生态水文地质学是一门生态学与水文地质学交叉渗透后形成的学科，是地下水可持续利用的理论基础。其中地表生态系统与地下水系统之间的相互作用过程和机理是该学科的核心研究问题。随着知识结构和理论体系的不断完善，该学科必将在我国实施可持续发展战略的过程中发挥巨大的作用。

参考文献

［1］严登华，何岩，邓伟等.生态水文学研究进展［J］.地理科学，2001，Vol.21，No.5：467～473

［2］Wassen M J.Groutjans A P.Ecohyrology：an interdisciplinary approach for wetland management and rescoration［J］.Vegetation，1996，126：1～4

［3］Baird A J.Wilby R I.Ecohyrology：Plants and water in terrestrial and aquatic environments［M］.London：Routledge，1998.346～373

［4］夏军，丰华丽，谈戈等.生态水文学-概念、框架和体系［J］.灌溉排水学报，2003，Vol.22，No.1：4～10

［5］Evgeni V.Pinneker：水文地质学的新概念及其生态问题［J］.地学前缘，1996.Vol.3.No.12，49～55

［6］Randall J H and Douglas A W.Ecohydrology-Why Hydrologists Should Care［J］.Groundwater，1998.Vol.41.No.3：12

『捌』 世界上生态水文方向哪个学校或者研究所比较有名

国内就找河海大学，南科院，北科院，武汉大学

『玖』 生态水文分区方法

3.4.1 主要分区方法概述

分区的方法包括很多种，包括定性方法、定量方法以及两种相结合的方法。定性方法是根据社会现象或事物所具有的属性和在运动中的矛盾变化，从事物的内在规定性来研究事物的一种方法或角度。它以普遍承认的公理、一套演绎逻辑和大量的历史事实为分析基础，从事物的矛盾性出发，描述、阐释所研究的事物。进行定性研究，要依据一定的理论与经验，直接抓住事物特征的主要方面，将同质性在数量上的差异暂时略去。定性分区的方法主要包括传统的主导因子法、顺序法、合并法等。定量分析指分析一个被研究对象所包含成分的数量关系或所具备性质间的数量关系；也可以对几个对象的某些性质、特征、相互关系从数量上进行分析比较，研究的结果也用“数量”加以描述。近年来，随着统计科学、遥感和地理信息系统等技术的发展，出现了大量的定量区划方法，主要包括系统聚类方法、模糊聚类方法、人工神经网络方法、GIS法、综合集成法等。其中，聚类分析法对于生物学、医学、气象学、地质学以及其他一切涉及分类的学科都是适用的，经比较，本研究选取聚类分析法，并利用SP SS软件来实现。

3.4.2 聚类分析法

聚类分析指将物理或抽象对象的集合分组成为由类似的对象组成的多个类的分析过程。它是一种重要的人类行为。聚类分析的目标就是在相似的基础上收集数据来分类。聚类源于很多领域，包括数学、计算机科学、统计学、生物学和经济学。在不同的应用领域，很多聚类技术都得到了发展，这些技术方法被用作描述数据，衡量不同数据源间的相似性，以及把数据源分类到不同的簇中。

聚类分析（Cluster analysis），也称为群分析、点群分析、簇群分析等，是研究多要素事物分类问题的数量方法。聚类分析的基本原理是，根据变量（或指标）的属性或特征的相似性、亲密程度，用数学方法定量地确定样本之间的亲疏关系，并按这种亲疏关系的程度用数学的方法把它们逐步地分型划类，关系密切的归类聚集到一个小的分类单位，关系疏远的聚集到一个大的分类单位，直到所有样本或变量都聚集完毕，形成一个完整的分类系统图，又称谱系图，用以更自然地和直观地显示分类对象（个体或指标）的差异（郭志刚，2001）。

聚类分析能客观地反映这些变量或区域之间的内在组合关系。它的基本特点是事先无须知道分类对象的分类结构，只需要一批地理数据，然后选好分类统计量或指标，并按一定的方法步骤进行计算，最后便能自然、客观地得出一张完整的分类系统图。其实分区过程实质上就是一个聚类的过程。

从统计学的观点看，聚类分析是通过数据建模简化数据的一种方法。传统的统计聚类分析方法包括系统聚类法、分解法、加入法、动态聚类法、有序样品聚类法、有重叠聚类法和模糊聚类法等。采用k-均值、k-中心点等算法的聚类分析工具已被加入到许多著名的统计分析软件包中，如SP SS、SAS等。下面仅就最常用的系统聚类法和模糊聚类法进行简要描述。

系统聚类分析法是目前国内外使用最多的一种方法，也称作分层聚类分析法。系统聚类的基本思想为：首先，先将n个样本各自看成一类，规定样本之间的距离和类与类之间的距离；其次，选择距离最小的一对并成一个新类，计算新类和其他类的距离；然后，将距离最小的两类合并，这样每次减少一类，直至所有的样本都成为一类为止（袁清珂等，1995）。其原则是同一类中的个体有较大的相似性，不同类中的个体差异则很大。系统聚类符合区划的基本原则，是区划工作中最常用的定量分析方法。常见的距离有绝对值距离、欧氏距离、闵可夫距离、切比雪夫距离、马氏距离、兰氏距离。类与类之间的距离有很多定义的方法，主要有：类平均法、重心法、中间距离法、最长距离法、最短距离法、离差平方法、密度估计法。

模糊聚类分析法是采用模糊数学语言对事物按一定的要求进行描述和分类的数学方法，模糊聚类分析一般是指根据研究对象本身的属性来构造模糊矩阵，并在此基础上根据一定的隶属度来确定聚类关系，即用模糊数学的方法把样本之间的模糊关系定量的确定，从而客观且准确地进行聚类。由于模糊聚类得到了样本属于各个类别的不确定性程度，表达了样本类属性的中介性，即建立起了样本对于类别的不确定性描述，更能客观地反映实际事物，从而成为聚类分析研究的主流。模糊聚类分析所讨论的对象，事先没有给定任何模式供分类参考，要求按照样本各自的属性特征加以分类。聚类就是将数据集分成多个类或簇，使得各个类之间的数据差别尽可能大，类内之间的数据差别尽可能小，即为“最小化类间相似性，最大化类内相似性”原则。模糊聚类分析的基本过程：①计算样本或变量间的相似系数，建立模糊相似矩阵；②利用模糊运算对相似矩阵进行一系列的合成改造，生成模糊等价矩阵；③最后根据不同的截取水平λ对模糊等价矩阵进行截取分类。

从分析方法上来说，本书采用系统聚类分析法（Hierachical cluster analysis）。系统聚类有两种形式：一是对研究对象本身进行分类，对样品进行聚类，称为Q型聚类；另一种是对研究对象的观察指标进行聚类，称为R型聚类。根据生态水文区划的特点，本书中应用的为Q型聚类。利用SP SS软件可以很方便地进行聚类分析，其聚类步骤如下：

3.4.2.1 指标选择

聚类分析的对象是样本，样本由能反映出其特征的若干指标来表征。聚类分析的效果很大程度上取决于样本与聚类指标的选择。指标指的是根据研究的对象和目的，能确切地反映研究对象某一方面的特征依据。所选取的指标应具有代表性、适应性、可测性和独立性，且指标间应具有明显的差异性（曲永玲等，2005）。

3.4.2.2 数据标准化

区划指标选定后，由于指标的量纲、数量级和数量变化幅度的差异，就会将不同性质、不同量纲、不同数量变化幅度的数值统计在一起，将有可能突出某些数量级特别大的指标对分类的作用，而压低甚至排除了某些数量级较小的指标对分类的作用，从而使各指标以不等权参加运算分析。为了避免这些弊病，常对数据进行适当和必要的处理以及变换，从而消除量纲的不同，并使每一指标都统一在某种共同的、相对均匀化的数值范围内，即对数据进行标准化处理。

数据的标准化也叫数据的无量纲化、规格化，是通过简单的数学变换来消除各指标量纲影响的方法。SP SS软件聚类分析菜单中提供了以下四大类指标无量纲化的处理方法（韩胜娟，2008）：

一是极值化方法。在SPSS软件中提供了式（3.1）～式（3.3）三种极值化方法：

南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估

即每一个变量值除以该变量取值的全距。标准化后将各变量的取值范围限于-1～1之间。

南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估

即每一个变量值与最小值之差除以该变量取值的全距。标准化后将各变量的取值范围限于0～1之间。

南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估

即每一个变量值除以该变量的最大值。标准化后使各变量的最大值为1。

极值化方法对变量数据无量纲化是通过利用变量取值的最大值和最小值将原始数据转换为界于某一特定范围的数据，从而消除量纲和数量级影响，通过改变变量在分析中的权重来解决不同度量的问题。此方法在对变量无量纲化过程中仅与该变量的最大、最小值有关，这使得此方法在改变各变量权重时过分依赖2个极端值。在使用时应谨慎对待该数据中的极端值。

二是标准化方法，也就是每一个变量值与其平均值之差除以该变量的标准差。无量纲化后，各变量的平均值为0，标准差为1，从而消除了量纲和数量级的影响，可详细表示为：

南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估

式中：X′_ij——第i个样本的j变量标准化以后的值；

X_ij——第i个样本的j变量的值；

X_j——第j个变量的算术平均值，

；

S_j——第j个变量的标准差，

。

经过标准差标准化变换后即变为：

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第二类方法，即标准化法是目前使用最多的一种方法。在原始数据呈现正态分布的情况下，利用该方法进行数据无量纲处理是比较合理的。

三是均值化方法，即每一个变量除以该变量的平均值。标准化后各个变量的平均值都是1，标准差为原始变量的变异系数。

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该方法在消除量纲和数量级影响的同时，保留了各变量取值差异程度上的信息，差异程度越大的变量对综合分析的影响也越大。

四是标准差化方法，即每一个变量除以该变量的标准差。无量纲化后各个变量的标准差都为1。

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它与标准化方法的差别仅在无量纲化后各变量的均值上，标准化方法处理后各变量均值为0，而标准差化方法处理后各变量均值为原始变量均值与标准差的比值，即变异系数的倒数，这将会对分析产生一些错误信息。

由于本研究选取的生态水文区划指标来源不同，量纲和数量大小不一致，变化幅度也不一样，所以不具有可比性。如果直接用指标值进行计算，就会突出绝对值大的变量的作用而减弱绝对值小的变量的作用。在进行统计分析计算前，必须对数据进行标准化变换，用以消除它们之间的差异，平衡各指标的作用。由于生态水文区划时需要尽量保留实际值中的数值关系，则通过以上研究，SP SS软件可用的指标标准化方法中最适合本研究的就是第二种——标准化方法，所以本研究选用此方法来进行数据标准化。

3.4.2.3 距离的计算

通常使用距离来衡量2个对象之间的相异度，即定义单元间的距离。常用的距离度量方法如表3.1所示。

表3.1 常用的距离度量方法表

选择不同的距离，聚类结果会有所差异。目前，并没有明确的原则或理论为基础来选择标准化方法和相似性度量的方法。在地理分区和分类研究中，往往采用几种距离进行计算、对比，选择一种较为合适的距离进行聚类。经比较分析，本书选择欧氏距离平方法。

3.4.2.4 聚类方法选择

聚类结果的好坏取决于该聚类方法采用的相似性比较方法，选择的聚类方法应能再现内在的分类组，且对一个数据组内的错误或异常值比较敏感。

系统聚类的相似性（类与类之间的距离）比较方法有许多种，例如最长距离法（两类之间的距离用两类间最远样本的距离来表示，它是空间扩张的）、最短距离法（两类之间的距离以两类间的最近样本的距离来表示，它是空间压缩的）、重心距离法（两类间的距离以重心之间的距离表示，具有非单调性）、类平均法（两类间的距离平方以各类元素两两之间的平均平方距离来表示，具有空间保持及单调性）和离差平方和法（两类之间的平方距离用两类归类后所增加的离差平方和表示，聚类过程中使类内各指标的方差最小，类间的方差尽可能大，也具有单调性）等。

据研究，类平均法和离差平方和法能充分利用各样本的信息，是类型合并和区划中较好的方法，因而作为分区的主要方法。通过比较分析，本研究采用离差平方和法。

3.4.2.5 聚类数目确定

根据聚类要求，选择聚类数目。根据一定的阈值可以把研究对象分为若干区域，研究区域对象不同，区域大小不同，阈值必定有所不同，所以阈值的确定需要结合研究对象和目的加以确定。

3.4.2.6 聚类结果解析

根据聚类分析得到的谱系图，需要人为的加以解析和调整。聚类分析是把不同的分区单元组合到一起，但这种分析是一种类型合并，结果可能并不符合区域共轭原则。这就需要研究人员根据区划的原则和研究对象的特征进行调整，进而得到需要的结果。计算机只是辅助区划研究的重要工具，研究者必须结合研究对象对计算机运行结果加以辨别、调整和筛选。

3.4.3 建立指标体系

科学合理地建立指标体系是划分生态水文区的理论依据，是进行聚类分析的基础。指标体系的确定和各个指标的选取应以尽可能地反映出不同区域生态水文系统的分异性规律为原则。生态水文系统的结构、功能及其形成过程是极其复杂的，它受多种因素的影响，是各个因素综合作用的结果。因此，研究过程中在选取生态水文区划分的指标时，应在综合分析各要素的基础上，综合考虑，抓住其主导因素，这样既可以把握住不同区域生态水文系统的本质，又不会使指标体系过于繁杂或重复。

根据生态水文区划的理论基础和原则要求，建立南水北调中线一期工程河南受水区生态水文分区指标体系。确定其生态水文分区的要素主要包括自然要素、土地利用要素、社会经济要素和水土流失要素，并将生态水文区划指标体系分为4 个层次，分别为目标层（A）、要素层（B）、因子层（C）和指标层（D），各层次的因素分析如下：

1）目标层（A）。建立生态水文区划指标体系是生态水文区划的基础工作和关键步骤，体系综合了影响生态水文的各项主要因素和因子，系统反映了自然、土地和水土流失对生态水文的作用。

2）要素层（B）。要素层是生态水文各影响因素的综合体现，其包括自然要素（B₁）、土地利用要素（B₂）、水土流失要素（B₃）。

3）因子层（C）。因子层包括地形因子（C₁）、气候水文因子（C₂）、各类用地比例因子（C₃）、水土流失强度因子（C₄）。

4）指标层（D）。指标层是生态水文系统各影响因素的具体体现，根据区域具体情况进行选择确定。地形因子主要包括平均海拔等指标；气候水文因子主要包括年地下水埋深、多年平均降水深等指标；各类用地比例因子指各种土地利用类型的面积比例，包括水域占土地总面积比例、耕地占土地总面积比例等指标；水土流失强度因子主要包括轻度以上土壤水蚀面积比例等指标。

表3.2列出了生态水文区划体系前3个层次的结构组成。

表3.2 生态水文区划指标体系结构表

3.4.4 生态水文分区过程

本书采用系统聚类方法进行生态水文分区。系统聚类利用SPSS（Statistical Program for Social Science）的聚类分析功能来实现。生态水文分区的方法步骤为：首先按区划单元收集数据，运用统计分析软件对各项指标进行数据标准化并进行系统聚类分析，生成各要素的聚类树状图，并对聚类结果加以合理的调整，最后生成生态水文区划图，分区过程如图3.1所示。

图3.1 生态水文区划方法步骤图

Fig.3.1 Step chart of eco-hydrological regionalization

『拾』 生态水文要素有哪些,各有什么特点

水文生态学是研究自然水文环境中生物个体、种群、群落之间关系的学科

生态水文学呢，貌似现在也没有明确定义，但研究对象似乎主要集中在“主要研究生态系统内水文循环与转化和平衡的规律，分析生态建设、生态系统管理与保护中与水有关的问题。如生态系统结构变化对水文系统中水质、水量、水文要素的平衡与转化过程的影响；生态系统中水质与水量的变化规律及其预测预报方法；水文水资源空间分异与生态系统对位关系”