枯水年长江中下游江湖水交换作用分析

利用宜昌、汉口、大通、城陵矶、湖口等重要水文站的长时间序列水位、流量资料,着重分析了1978年和2006年典型枯水年长江中下游江湖水交换作用。论文建立了能表明江湖水交换作用的经验公式,以此为量化方法来表示江湖水交换作用的强度。结果表明:1978年代表三峡大坝建造之前典型枯水年的性质,2006年则已显示出三峡水库的运行对通江湖泊与干流水交换的积极作用。表现在江湖水交换系数上,1978年洞庭湖和鄱阳湖分别为0.57和0.56,洞庭湖和鄱阳湖与长江水交换处于稳定状态;2006年洞庭湖和鄱阳湖水交换系数分别为0.89和0.51,显示出2006年比1978年水交换作用强烈。洞庭湖和鄱阳湖与长江交换水量显示:1978年补给长江水量为分别为1 990×10⁸ m³和947×10⁸ m³,约占同期大通径流量的29%和14%;2006年补给长江水量分别为1 962×10⁸ m³和1 564×10⁸ m³,约占同期大通径流量的28%和23%。尤其是2006年鄱阳湖补水量比平水年还多5%,该年大通站流量全年维持在10 000 m³/s以上,以此保证了下游乃至河口地区水资源供给的安全。     

流域水资源保护补偿博弈分析及蚁群算法解

协调好流域上下游间的收益问题,使上下游和谐发展,实现全流域收益最优,是目前我国流域水资源保护补偿研究和实践中的重点。论文从博弈论的角度研究流域水资源保护补偿中上下游间的行为和收益问题,建立了行政调节的流域水资源保护补偿博弈模型,利用蚁群算法实现模型最优求解。将该模型应用于晋江流域,结果表明：当上游的安溪县、德化县、永春县以及南安市（上游部分）提供给下游的水量分别为0.87×10⁸、0.75×10⁸、0.85×10⁸和0.76×10⁸ m³时,分别可获得0.925×10⁸、0.673×10⁸、0.949×10⁸和1.019×10⁸元的经济补偿,同时下游地区获得48.765×10⁸元的效益,此时流域总收益最大。上游地区合理供水可大幅提升全流域的收益,下游给上游合理补偿能够协调上下游关系,促进上下游的和谐发展。     

环洞庭湖区水资源供需系统仿真及优化决策研究

论文运用系统分析的理论与方法,分析环洞庭湖区水资源供需系统的特征和各要素之间的相互作用,建立水资源供需系统模型,仿真模拟传统发展模式、发展经济型模式、节水型模式和协调型模式等四种不同情景下,2010-2030年环洞庭湖区水资源供需变化趋势.结果表明:①随着经济的发展和人口的增长,环洞庭湖区水资源供需矛盾十分突出;②在协调型模式下,模拟期末环洞庭湖区总需水量达到159.1×10⁸ m³,供需缺口最大值出现在2020年,为1.9×10⁸ m³,到2030年水资源供给能力约有3.6×10⁸ m³富余,模拟期内水资源供给基本能够满足社会经济发展的需求,且能够获得最大的综合效益,是环洞庭湖区水资源开发利用的最佳方案;③为了达到预期目标,还需增强节水意识、完善用水管理、优化经济结构,加大水利投入和环境整治,提高节水技术水平和水利保障水平.     

塔里木河流域枯水年生态调水方式及生态补偿研究

近年来塔里木河流域大规模水土资源开发导致水资源供需矛盾日益尖锐,特别在枯水年,生态及社会安全受到严重威胁,亟需通过提出科学合理的生态调水方式及生态补偿方案来化解这一矛盾。论文利用塔里木河“四源一干”的地表径流、断面引退水、地下水埋深、气象等资料及干流下游流域内的遥感影像数据,根据水量平衡原理计算了各河流的河损及干流下游的生态需水量,提出了枯水年流域水量分配方案,确定了流域枯水年生态调水方式及相应的生态补偿方案。结果表明：1）在特枯水年,下游需水量为7.01×10⁸ m³,至少挤占上游源流10.70×10⁸ m³水才能保障,从上游源流调水至干流单方水的总效益和经济效益将分别减少38.2%和81.2%,因此该调水方式是不合理的,应改从开都-孔雀河调水以满足下游用水;2）调水后上游源流对开都-孔雀河单方水的补偿量为3.4元。研究可为流域水资源的高效开发、利用和管理提供科学依据。     

投入产出法在虚拟水消费与贸易研究中的新应用

虚拟水是缓解水资源危机的一种途径。投入产出法是研究虚拟水的主要方法之一,可分为单区域投入产出模型（SRIO）和多区域投入产出模型（MRIO）。鉴于SRIO 和MRIO单独应用时存在一定局限性,论文提出同时运用单区域投入产出表和多区域投入产出表研究虚拟水,即：利用SRIO 计算完全用水系数,并直接利用单区域投入产出表区分本地水足迹与外来水足迹,再根据多区域投入产出表分析区域间的虚拟水贸易。广东省的案例研究显示：①2007 年广东省水足迹为333.9×10⁸ m³,其中本地水足迹223.6×10⁸ m³,外来水足迹110.3×10⁸ m³;②广东省同年虚拟水输出量445.4×10⁸ m³,输入量454.1×10⁸ m³,其虚拟水的外部来源主要是湖南、广西和浙江。结果表明以上方法可全面计算完全用水系数,有效区分本地水足迹与外来水足迹,揭示区域间的虚拟水贸易关系,为水资源管理决策提供方法支持。     

引汉济渭调水工程水资源配置研究

为解决关中地区水资源短缺问题,陕西省规划实施南水北调引汉济渭调水工程。在分析调水工程受水区用户、供水系统的基础上,构建了水资源配置网络图,并建立了该系统的水资源配置仿真模型,确定了配置原则。结合调水工程,设定了7种方案,通过长系列计算,得出了各方案的水资源利用情况。2020水平年,调水15.5×10⁸ m³后可增加供水10.69×10⁸ m³,占需水量的38.76%;调水15.5×10⁸ m³与调水10.0×10⁸ m³相比,工业供水保证率提高32.75%。计算结果表明,实施调水工程后可有效缓解受水区水资源短缺,调水量在保证城市用水、改善渭河河道生态环境方面发挥着主要作用。     

山西省永定河流域林草植被生态需水研究

以山西永定河流域及周边17 个气象站点1957—2000 年的气象资料为依据,在GIS支持下,从时空角度定量分析了山西永定河流域林草植被生态需水及其在不同植被类型、流域不同地区及植被生长期内的分配。研究结果表明: 山西永定河流域植被建设最小生态需水量为1 628.5×10⁶ m³,对应的盈余水量为653.5×10⁶ m³,适宜生态需水量为2 709.5×10⁶ m³,对应的生态缺水量为427.5×10⁶ m³;降雨总体上能满足相应面积草、灌、乔植被生长期最小生态需水及草地适宜生态需水,基本满足灌木植被的适宜生态需水,不能满足乔木植被适宜生态需水;生态缺水较多的区域主要是大同、怀仁和左云等地,缺水时段集中在4—6 月。关键词:生态需水;林草植被;GIS;山西永定河流域     

三峡水库补水调度对东洞庭湖典型沉水植物生境适宜性的影响

沉水植物是东洞庭湖水生态修复的重要物种,水深是影响沉水植物生长的关键因子之一。为定量描述三峡水库不同补水调度方式对东洞庭湖典型沉水植物生长生境的影响,以刺苦草(Vallisneria spinulosa)为目标物种,利用物理栖息地模型建立三峡水库补水调度期间不同出库流量与东洞庭湖刺苦草生长生境加权可利用面积(WUA)的关系。结果表明：刺苦草生长生境的适宜水深为0.2～1.8 m,最适宜水深为0.5～1.0 m;三峡水库实施补水调度后,东洞庭湖刺苦草生长生境的WUA整体呈现均匀上升趋势;三峡水库补水调度期间,出库流量为5 500～10 500 m³/s时,刺苦草生长生境最适宜水深范围对应的WUA呈现先增后减趋势,在出库流量为9 500 m³/s时WUA最大(74.46 km²),可认为刺苦草生长最适宜出库流量为8 500～10 500 m³/s。研究成果可为通过三峡水库生态调度进行东洞庭湖水生态环境恢复及保护提供参考。     

西北地区水资源数量、质量及其分布规律

运用40年降雨、蒸发、径流的同步资料,计算了西北地区的降水总量为7981.9×10⁸m³,地表水资源总量为2164.8×10⁸m³;地下水资源量为1034.6×10⁸m³,扣除重复量后的水资源总量为2304.4×10⁸m³。分析了水资源的地区分布及年内、年际变化规律,评价了西北地区水资源质量,并总结了西北内陆河区径流主要形成于山区,散失于山前平原盆地等水资源六大特点。     

气候变化对阿克苏河流域径流过程的影响

结合阿克苏河源流山区两气象站以及出山口两水文站近50 a的气象、 水文实测资料,运用非参数Mann-Kendall单调趋势检验、 突变检验、 方差分析外推、 R/S分析及周期性叠加趋势模型等方法,分析了阿克苏河源流区气候及径流变化的趋势和周期,并予以预测,探讨了气候变化对径流的影响量。结果表明:阿克苏河源流区气温、 降水量及径流量皆呈显著增加趋势,且分别在1989、 1985和1993年发生了显著的增多跃变;气候因子与径流量的Hurst指数均大于0.5,表明其未来仍将保持增加趋势,在2010-2016年径流量的相对最大值和最小值将分别为91.822×10⁸ m³(2014年)和83.43×10⁸ m³(2011年);阿克苏河径流量在整个时间序列存在25 a的准周期,但在突变前以17 a周期为主;气候变化使得阿克苏河源流在1994-2007年增加了224.97×10⁸ m³的来水量,年增加量的最大、 最小值分别出现在2003年和2004年。     

黄河源区草场近地面能量收支研究

基于玛多县环境梯度监测系统2009 年11 月至2010 年10 月观测数据,利用组合法计算黄河源区近地面的感热通量和潜热通量,进而分析近地面能量收支状况。结果表明：黄河源区年总辐射能量较高,达6.73×10⁹ J/m²,受积雪影响,反射率可超过0.5;在寒冷季节地面吸收的60%以上短波能量以辐射形式传给大气,而夏季则不到50%;地面全年吸收能量的80.5%以潜热形式支出,向地下深层传递的能量较少,仅占1.9%;不同月份的地表能量收支项差异较大,特别是寒冷季节。     

水资源利用对敦煌市生态环境演变的影响分析

基于遥感数据的解译分析,从1987年到2007年敦煌市自然植被面积下降543.69 km²,自然生态系统面积缩小17.62%,土地荒漠化趋势明显。根据实际测定的样方生物量与对应的土地利用类型面积拟合曲线,估算这一时期自然植被的生物量从102.42×10⁴ t下降到72.33×10⁴ t。敦煌市自然植被和人类活动的用水量此消彼长,总用水规模在6.3×10⁸ m³左右。自然植被用水量从1987年的3.072 7×10⁸ m³减少到2007年的2.17×10⁸ m³,净减少达30%。人类活动用水量从1987年的3.315 7×10⁸ m³增加到2007年的4.093×10⁸ m³。疏勒河干流及其支流党河都因为人类活动用水大量增加,挤占了自然植被的用水。特别是农业灌溉占用了绝大部分水资源,成为敦煌生态环境退化的主要原因。恢复和保护敦煌的生态问题,不仅需要调控党河流域的人类活动,也要调控疏勒河干流地区的人类活动。     

洞庭湖出入湖污染物通量特征

采用2010年洞庭湖主要出入湖断面水质、水量监测数据,估算洞庭湖四水(湘江、资江、沅江、澧水)和三口(松滋口、太平口、藕池口)入湖及城陵矶出湖的污染物通量,分析洞庭湖出入湖污染物通量随时间的变化及空间来源组成. 结果表明,2010年洞庭湖经由四水和三口COD_Mn、NH₄+-N、TP入湖通量分别为44.47×104、67.49×103、15.03×103 t,城陵矶出湖通量分别为73.69×104、82.46×103、21.88×103 t. 时间分布上,受水情的影响,洞庭湖污染物入湖通量在年内分配不均,最高值出现在6—7月,三口输入的污染物通量变化与三峡水库下泄流量呈较显著相关;空间分布上,入湖污染负荷主要来源于四水水系(占总入湖污染负荷的82.82%~87.54%),湘江和沅江贡献较大,长江三口入湖量仅占12.46%~17.18%. 此外,与1999—2002年(三峡水库运行前)相比,2010年(三峡水库运行后)洞庭湖三口来水量减少了约1/3,经由三口输入的COD_Mn、NH₄+-N、TP入湖通量减少了49.27%~53.19%,但该变化特征仍需进一步论证. 除入湖河流外,洞庭湖区间径流及湖面受纳降水虽然亦同步影响洞庭湖污染物输入,但该部分污染物通量贡献相对较小. 洞庭湖的污染物控制仍应以强化主要入湖河流输入通量控制为主,并重点兼顾湖区面源污染的治理.      

基于MRIO模型的中国省（市）区水足迹测度及空间转移格局

基于2012年中国31个省（市）区的投入产出表,建立水资源扩展型的投入产出模型,测算了中国31个省（市）区的水足迹及水足迹贸易量,并基于省际贸易分析了省（市）区间空间转移格局。结果显示：（1）2012年,中国水足迹总量为4819.3亿m³,国际贸易净输入水足迹为261.3亿m³,省际贸易净输出水足迹为801.6亿m³,省际贸易在全国水足迹贸易中占主导地位。（2）就省（市）区而言,河北、黑龙江等19个省（市）区为净输出省份,北京、天津等12个省（市）区为净输入省份;分产业来看,第一产业水足迹净输出757.9亿m³;第二产业净输入222.2亿m³、第三产业净输出4.6亿m³。（3）省际间水足迹空间转移具有来源与去向的不一致性,同时存在省（市）区转移的地理邻近性,资源丰富省份和经济发达地区转移现象明显。     

基于鲸鱼优化算法与投影寻踪耦合的云南省初始水权分配

论文基于公平性、效率性和可持续性原则,选取水资源开发用率等17个分水指标建立云南省初始水权分配指标体系,运用投影寻踪（Projection Pursuit, PP）技术确定云南省各州市初始水权分配水量。针对PP技术最佳投影方向难以确定的不足,利用一种新型群智能算法——鲸鱼优化算法（Whale Optimization Algorithm, WOA）寻优PP模型最佳投影方向,构建WOA-PP耦合的初始水权分配模型。通过6个典型测试函数对WOA进行仿真验证,仿真结果与文化算法（Cultural Algorithm, CA）、差分进化（Differential Evolution, DE）算法、混合蛙跳算法（Shuffled Frog Leaping Algorithm, SFLA）、布谷鸟搜索（Cuckoo Search, CS）算法、粒子群优化（Particle Swarm Optimization, PSO）算法和人工蜂群（Artificial Bee Colony, ABC）算法的寻优结果进行比较。结果表明：1）无论是单峰还是多峰函数,WOA能够探索不同的搜索空间,具有良好的开发和勘探能力,对Sphere等6个函数的寻优精度高于CA、DE、SFLA、CS、PSO和ABC算法,表现出较好的寻优精度、收敛速度、全局寻优能力与收敛稳定性。2）从WOA-PP模型初始水权分配结果及目前实行的综合法水量分配结果对比来看,2015年昭通、丽江、临沧、红河、文山、怒江两种方法的分配结果相差最小,在0.11亿~0.41亿m³之间;玉溪、普洱、大理、德宏和迪庆两种方法的分配结果相差最大,在2.06亿~4.38亿m³之间;其余州市两种方法的分配结果在1.12亿~1.61亿m³之间。2020年保山、昭通、丽江、临沧、红河、文山、怒江两种方法的分配结果相差最小,在0.02亿~0.41亿m³之间;昆明、玉溪和德宏两种方法的分配结果相差最大,分别为5.89亿、5.66亿和3.54亿m³;其余州市两种方法的分配结果在1.89亿~2.85亿m³之间。3）论文提出的初始水权分配模型及方法具有一定的可操作性和有效性,可为区域初始水权分配提供新的思路和方法。     

三峡库区大气活性氮组成及干沉降通量

为了解三峡库区腹地大气中活性氮的组成及干沉降通量,于2015年每个季节选取代表性月份在万州城区采集了气体和颗粒物样品.利用离子色谱法测定氮素浓度,同时结合大叶阻力模型模拟计算的干沉降速率值,估算了不同形态氮素的干沉降通量.结果表明,HNO₃的干沉降速率值最大,年均值为0.39cm/s,约为其它氮素的3~8倍.NO₂和NH₃是大气活性氮的主要赋存形态,年均浓度值分别为（11.7±3.9）和（11.0±5.3）μg N/m³,两者之和约占总无机氮浓度的80%.万州城区总无机氮干沉降总量为8.5kg N/（hm²·a）,其中氧化态氮（NO₂、HNO₃、颗粒态NO₃^-）和还原态氮（NH₃、颗粒态NH₄⁺）干沉降通量分别为3.5,5.0kg N/（hm²·a）,占干沉降总量的41.4%和58.6%.因此,为有效控制三峡库区腹地的氮素污染,应重点关注NH₃的减排.     

三峡工程的能值足迹与生态承载力

应用水电工程的能值足迹模型,构建生态盈余（EP）、生态影响系数（γ）、生态平衡时间（T_e）、生态盈余时间（T_s）参数,实现对三峡工程建设期和运行期生态效应的定量评价。研究表明：1）三峡工程建设期的能值足迹占用为5.92×10⁸ hm²,水库移民是其主要方面（占56.12%）,做好移民工作是三峡工程成败的关键。2）2014年,三峡工程的生态承载力供给为4.38×10⁷ hm²,对社会、经济和环境贡献最大的是水力发电（占59.48%）,其次是库区航运、对下游的补水和防洪效益,分别占15.45%、9.74%和7.36%。3）库区水质污染是三峡工程运行期的最大影响因素,每年的能值足迹占用为1.04×10⁷ hm²（占70.94%）,其中,COD、TN、TP和Hg分别占28.7%、26.50%、5.75%和5.37%;其次是生态及地质灾害等的防治（占21.68%）;泥沙淤积的影响比预计的小（占6.20%）。控制入库水污染物并对已经入库的水污染物采取减量化措施,是控制和减小三峡工程对社会、经济和环境影响的关键。4）在维持2012—2014年平均投入产出、合理使用年限为150 a的情况下,三峡工程将在2026年实现生态平衡;生态影响系数为0.15,影响等级为Ⅰ级,三峡工程对社会、经济和环境的影响是积极有利的。