基于GIS的北方典型区水资源承载力研究——以北京市通州区为例

水资源承载力研究是保证水资源可持续利用,寻求区域可持续发展的重要依据。论文以北京市通州区为例,根据研究区特点,建立了水资源承载力评价指标体系,对各评价指标的可承载极限临界值进行了界定;利用GIS技术的网格剖分法建立了研究区水资源承载力指标数据库;提出了基于GIS技术和模糊综合评判模型的区域水资源承载力综合评价模型,建立了水资源承载力评价数据库,实现区域内水资源承载力的空间差异分析。结果表明,通州区内部水资源承载力与区域发展水平的差异一致,由城区到远郊,水资源承载力呈逐渐减弱趋势,伴随城区不断发展,影响范围的扩大,预测通州区到2020年水资源承载力整体处于一个较高水平。     

区域水资源承载力评价指标体系的研究

论文从区域水资源社会经济系统结构分析入手,围绕水资源承载力研究的核心问题--水资源承载力评价指标体系,提出水资源承载力可以用宏观指标和综合指标来衡量。宏观指标从供需平衡角度描述水资源系统能够支撑的经济规模和人口数量;综合指标反映水资源社会经济系统的承载状态和协调状况。与评价指标相适应,建立了水资源承载力的计算模型与方法。将这一指标体系、模型与方法运用于实际,取得了较好的结果。     

区域水资源资产确认、计量及报表编制

为落实水资源资产负债的编制,提高核算主体水资源资产化管理水平,在对比分析水资源和资产定义的基础上,明确界定了水资源资产的概念和范围;根据水资源服务价值和水权益实体对水资源的不同用水方式,将水资源资产划分为水权资产、水经济资产和水生态服务资产3大类14个子科目;确定了水资源资产各科目的核算模型;最后通过构建水资源资产核算表,对郑州市水资源资产进行了实物量和价值量计量。本文进一步完善了水资源资产的确认、计量和列报体系,为区域水资源资产负债表的编制提供了一定的理论和实践参考。     

中国省际水资源全局环境技术效率测度及其空间效应研究

基于省际水足迹和灰色水足迹等的面板数据,论文利用带有“非期望”产出的数据包络分析方法测度了1997-2010 年中国31 个省市区的水资源全局环境技术效率,并与未考虑“非期望”产出的数据包络分析方法测度水资源技术效率进行了对比;运用空间计量模型研究了考虑“非期望”产出的中国省际水资源全局环境技术效率和未考虑“非期望”产出的技术效率的空间效应。研究发现这两种情况下的中国省际水资源技术效率都具有显著的空间自相关性;通过LM检验和稳健LM检验,中国省际水资源技术效率存在空间依赖性和异质性,借助于空间滞后模型和空间误差模型进一步研究,发现中国省际水资源全局环境技术效率和技术效率的主要影响因素及其影响方向存在很大差异,考虑“非期望”产出的全局环境技术效率是对中国水资源利用效率一种科学合理的测度,而未考虑“非期望”产出的技术效率测度存在误导和偏差。在此基础上对中国水资源利用效率健康发展提出了相应的政策建议。     

水资源规划优化技术研究进展及展望

文章针对水资源管理与规划的发展过程,详细论述了水资源系统管理与规划中常用优化技术的国内外研究成果及应用。根据是否考虑了模型参数或者模型结构的不确定性问题,将优化模型分为确定性优化模型和不确定性优化模型,同时对每种优化技术做了简要介绍,通过对不确定性优化模型的详细介绍指出了不确定性优化是当前水资源系统优化的热点;同时指出当前不确定性优化技术存在的问题,未来不确定性优化技术发展方向为多种不确定性以及多重效益的综合考虑等。     

CGE模型在水资源研究中的应用与展望

文章简要介绍了CGE模型及其在水资源研究中的应用,归纳了水资源在模型中的处理方法,分析了CGE模型应用于水资源研究中存在的问题,并对未来发展趋势进行了展望。从处理水资源问题的方法看,约束条件、要素、中间投入和综合处理等4 种方法是主要的建模手段,并随着数据和建模技术的发展,模型向精细化、复杂化和贴近实际发展。尽管CGE模型在水资源研究中的应用仍然受制于模型本身的缺陷以及对水资源问题的认识和处理方式,但随着理论发展、数据完善,CGE模型在水资源研究中的应用会逐步朝着标准化、模块化、精细化和实用化的方向发展。     

基于熵权模拟评价模型的西安市水资源价值核算

区域水资源价值的准确核算是科学制定水价的基础。针对水资源价值核算体系的复杂性,本文基于熵权模拟评价模型,对西安市水资源价值核算进行研究。选取水资源数量、质量以及社会经济影响三个大类指标,构建了西安市水资源价值模糊评价模型,综合评价了西安市水资源价值,估算了居民用水价格。结果表明：西安市的水资源价格由2015年的10.46元?m^?3下降到2019年的10.33元?m^?3,水资源价格总体变化不大。实际水费支出仅占居民人均可支配收入的0.5%,远远低于设定的可承受指数（3%）,水价仍有部分提升空间。在不破坏水资源的公益性及保障性,不超过居民承受力的前提下,水价仍可做部分提升,从而促进市民节约水资源。本文基于对西安市水资源价值的分析,为西安市今后合理制定水价以及可持续发展提供参考。     

新疆塔里木河沿岸地区2000年水资源优化分配

本文首先建立塔里木河上、中、下游各用水户水资源利用综合效益评价模型,确定了上、中、下游各用水户的优先次序;在此基础上,用分解协调法建立起以取得最佳的综合效益为目标的水资源优化分配两层模型,计算出2000年塔里木河沿岸地区在不同年型下的水资源优化分配方案,取得了较好的效果,有助于今后塔里木河沿岸地区水资源开发利用的科学管理。     

基于生态足迹模型的水资源生态安全评价研究

基于生态足迹理论和方法,构建水资源生态足迹、水资源生态承载力模型及水资源生态安全评价模型,引入水资源生态盈余和生态赤字、水资源生态压力指数和水资源生态足迹强度指标,以喀斯特地区六盘水市为例,对六盘水市水资源生态安全进行了定量评价。研究结果表明:六盘水市水资源生态足迹包括生活用水生态足迹、生产用水生态足迹和生态用水足迹3个部分,生态环境的扣除水资源量的多少,影响着水资源生态安全,若扣除量为12%,2005-2010年六盘水市的水资源生态盈余,六盘水市水资源处于安全状况;若扣除量30%,2007年、2008年六盘水市的水资源生态盈余,2005、2006、2009和2010年六盘水市水资源生态赤字,六盘水市水资源处于不安全状况。     

基于PSR与DCE综合模型的水资源短缺程度及变化趋势分析——以北京市为例

开展水资源的短缺程度及变化趋势研究是实施最严格水资源管理的基础支撑。以PSR和DCE综合模型为研究工具,构建了水资源短缺程度及变化趋势动态评价模型,并对北京市各行政区2003—2010年水资源短缺程度及变化趋势开展应用分析。研究结果表明,北京市的水资源短缺程度呈先加重再减缓又加重的波动变化,除市辖区、昌平区、密云县、延庆县的变化幅度较为明显,大多数行政区水资源短缺程度变化并不剧烈;房山区、顺义区、昌平区、怀柔区、平谷区、延庆县在2003—2010年水资源短缺程度变化速度综合情况为正值,即短缺程度呈现加重趋势;市辖区、通州区、大兴区、密云县在2003—2010年水资源短缺程度变化速度综合情况为负值,即水资源短缺程度呈现减轻趋势。     

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.     

北京市官厅水库水质预报系统

CE-QUAL-W2模型是近年来新开发的水动力学与水质模型,可模拟河流、湖泊、水库等 不同条件下多种污染物的迁移转化规律.根据官厅水库狭长、水浅和水文、水力、水质扩散 等特点,采用CE-QUAL-W2模型模拟其水质变化,并对模拟模型水质参数进行验证,将其用于官 厅水库水质的预测研究;进而提出官厅水库水污染控制的对策及建议.     

煤炭生产的水足迹评价研究

水足迹是水资源占用的综合评价指标,能够量化人类活动对水资源和水环境的影响,为水资源的高效利用与可持续管理提供科学参考.本文在WFN水足迹评价方法和国际标准水足迹评价方法的基础上,提出了基于生命周期的包含蓝水足迹、灰水足迹和间接水足迹的能源系统水足迹评价模型.将此模型应用到煤炭生产,计算了我国单位煤炭生产的水足迹.研究结果表明,我国1 GJ煤炭生产的水足迹为0.19 m~3,水足迹的80%来源于采掘过程,从水足迹类型来看,灰水足迹占到了87%的比例.本研究为能源系统水足迹评价提供了方法理论,并可为以煤炭为原料或燃料的下游产品水足迹评价提供数据支撑.     

妫水河湿地植物作用及调水水质响应模拟

本文基于湿地植物在河流湖泊中的物理、生化反应机制,应用MIKE21中EcoLab的编辑功能,建立湿地植物的水质模块,将植物的阻流、产氧、耗氧及微生物和植物吸收营养盐过程参与计算中,耦合湿地水动力实现水质模拟.在对妫水河表流湿地调研及监测基础上,建立妫水河下游与三里河的模型,考虑湿地植物类型、分布及水量变化下的植物有效面积等作用,定量研究工程尺度上河流湿地水动力及水质净化效果.计算中采用实测数据率定湿地植物对水质作用的关键参数,并对模拟结果进行验证.通过模拟,无循环系统对支流三里河及上游调水时,岸带湿地建设后相比建设前,下游出口处氨氮、磷酸盐和总氮的浓度下降了14.29%、 33.33%和20.00%;循环系统运行后,三里河和妫水河上游流量分别增加0.4 m~3·s~(-1),使得部分河段水位抬升,断面平均流速略有增加,三里河和妫水河的有效湿地覆盖率分别增加了144.44%和13.16%,出水口处水质与工程前相比,氨氮、磷酸盐和总氮分别下降了35.71%、 50.00%和46.67%,循环体系的建设加强了湿地净化功能.模型有机地将湿地植物分布融合进模型水质计算中,为河湖湿地生态修复、方案设计和水利调控等综合措施下的水质响应研究提供了模型方法和技术支撑.     

表征全吸力范围的土壤水分特征曲线模型评估及其转换函数构建

基于非饱和土壤水力性质数据库（UNSODA）中选取的从砂土到黏土共256个土壤样本,系统性地评价了表征全吸力范围的土壤水分特征曲线模型（LIAO模型）的适用性,并构建和验证了预测LIAO模型参数的土壤转换函数（PTFs）。结果表明：（1）与传统的van Genuchten模型（仅适用于描述毛管水运动）相比,LIAO模型对不同质地土壤水分特征曲线的预测精度更高,均方根误差（RMSE）降低了约45%;（2）LIAO模型参数与土壤基本性质（如砂粒、粉粒、黏粒、有机质含量和容重）之间存在不同程度的相关性,其中参数θ_s与容重的相关性（r=-0.783,P<0.01）最强,而其余参数与粉粒的相关程度最高;（3）基于逐步回归方法构建的PTFs能够解释LIAO模型参数总变异的31%~65%,其中对θ_s的预测精度最高,经双交叉验证表明PTFs稳定性较好。研究成果可为区域（尤其是干旱和半干旱地区）土壤水文模型提供参数支持。     

No.0柴油水溶组分海洋浮游植物生态效应研究

应用现场和实验室培养方法,研究了No.0柴油水溶组分海洋浮游植物生态效应.提出了摄食条件下的海洋浮游植物生长模型和不同浓度No.0柴油水溶组分下浮游植物生长效应模型,分析了不同浓度No.0柴油水溶组分下浮游植物生长效应.结果表明,摄食条件下的海洋浮游植物生长模型较传统Logistic模型能更好地反映海洋生态系统,同时应用非线性拟合技术得到了不同浓度No.0柴油水溶组分下海洋浮游植物终止生物量（B_f）.根据海洋浮游植物生长效应模型进一步分析表明,在现场和实验室条件下,低浓度No.0柴油水溶组分对浮游植物生长有明显促进作用,生长促进率最大分别约为180%和120%,然而,在高浓度No.0柴油水溶组分条件下,石油烃对浮游植物生长效应不甚显著,甚至有明显抑制作用.     

海河平原农业供水的决策分析模型

本文根据海河平原水源不足的问题,采用系统分析的方法,探讨了农业供水的对策。提出的决策分析模型可望适用于不同大小的区域。通过实际资料的分析得出实行节流、管理与开源的具体方案及经济效益。分析成果表明推行节水灌溉技术与管理措施是完全可行的。在建立节流系统(包括管带与滴灌及调整耕作制度、作物布局)和加强水管理的基础上,实行开源引江、引黄,可大大缩减调水规模,降低开源工程投资,缓和工农与城乡供水的矛盾。     

基于自组织映射与随机森林耦合模型的流域水质空间差异性评估

流域水环境质量空间分布特征分析是推进流域精细化管理的基础.本研究基于流域特征指标与水质的关联性,以子流域为分析单元,利用自组织映射人工神经网络模型（SOM）对苕溪流域水质数据聚类分析为3类后与随机森林模型（RF）进行耦合,对全流域水质进行了空间差异性评估.研究结果显示,上游山地区域水质较好,而平原河网人口集聚区的COD_Mn、NH₃-N及TP浓度较高,山地与平原过渡地带水质则主要受到COD_Mn和TN的影响.采用自然环境、社会经济及土地利用/覆盖指标作为流域特征进行水质分级模式识别,SOM与RF模型耦合模型的准确率稳定在80%左右;在对强相关性特征进行筛选识别后,将蒸发蒸腾量、坡度、人口密度、大于10℃积温、旱地占比、城镇用地占比及景观多样性指数为作为输入特征,准确率可达83%,可以有效地开展全流域水质分级评估.     

结合水体光学分类反演太湖总悬浮物浓度

本研究利用2008年11月、2009年4月、2010年5月及2010年8月的太湖水体原位观测数据,在对光学复杂水体进行光学分类的基础上,分别建立了针对各个类别水体的总悬浮物浓度高光谱反演模型.通过对每类水体中各个模型的性能比较,分别得到各类水体的最优模型:第一类水体,比值模型为最优模型;第二类水体,半分析模型2为最优模型;第三类水体,一阶微分模型为最优模型.同时,比较分类前后模型的精度和稳定性,结果表明分类后,两者均表现出不同程度的提高,并且分析了光学分类导致半分析模型精度下降的原因.最后针对本研究的结果在遥感数据上的适用性进行了探讨,表明在高光谱遥感数据上有很大的应用潜力.本研究结论对光学复杂湖泊水体的水色遥感具有积极重要的意义.     

饮用水水源保护区河流水环境容量计算模型

基于河流一维水环境容量计算模型,通过水质控制目标分析,引入了饮用水供水水库的水环境容量决定其保护区内河流水质控制目标的概念,提出以水库的水环境容量为其上游保护区内河流段末的水质控制目标,解决了由于河流与湖库的总磷水质标准不一致、水质标准中没有河流总氮指标以及水环境容量计算中河流与湖库水文设计条件不同步等,导致水源保护区内河流的水质控制目标确定困难的问题,建立了针对饮用水水源保护区内河流水环境容量的计算模型和方法,本模型直接表达了饮用水供水水库与其上游河流水环境容量之间的定最关系,体现了2个水域间的连续性和相互作用关系,为实现饮用水供水水库及其上游河流的污染物总量控制提供了可靠的科学依据,应用本模型,计算了正在建设中的老虎潭水库保护区内河流的水环境容量.结果表明,根据老虎潭水库水环境存量,保护区内河流的总氮水环境容量为65.05 t·a-1,现状总氮年入河量应削减33.86 t;总磷水环境容量为5.05 t·a-1,现状条件下尚有2.23 t·a-的剩余水环境容量,文中所提出的建模方法可以推广至水质控制目标不同情况下的连续水域,尤其适用于下游水域水质控制要求高于上游水域的情况,拓展了水环境容量的研究思路和方法.