流域绿水管理博弈建模及应用分析

绿水资源表示水循环通过降水渗透入土壤非饱和层并由植物蒸腾或土壤蒸发返回大气层的水汽,是农业作物生产的重要基础,但是通常被传统流域水资源管理所忽视。基于流域水量平衡和蓝水绿水综合思维,将绿水资源纳入流域水资源管理体系。在绿水信贷理念和博弈建模分析框架下,结合SWAT分布式水文模型、多目标优化及情景比较分析,利用绿水管理措施合理优化配置流域蓝水绿水资源,采用绿水生态补偿协调处理上下游利益冲突的博弈问题,探索性地提出了流域绿水管理博弈框架。该框架通过博弈建模可以识别分析流域绿水管理问题的博弈空间、博弈结构和纳什均衡等博弈特征;通过合作博弈约束条件改进的多目标优化,可以计算流域绿水管理情景的绿水补偿标准和帕累托最优收益。将建立的绿水管理博弈框架应用于涟水流域实例研究,NSE、R2、PBIAS、p-factor与r-factor等模拟效果评价和不确定性分析结果表明,涟水流域SWAT分布式水文模型的蓝水绿水模拟均达到可信程度。上下游收益变化、绿水补偿标准与帕累托最优解集等博弈分析结果显示,涟水流域整体社会经济与生态环境收益明显改善,其帕累托最优收益平均增长2.72亿元/a,年均绿水补偿标准折合1.94、1 253.7元/hm²。实例分析表明提出的绿水管理博弈框架在涟水流域具有较好的适用性和可行性。因此,该方法可以为流域蓝水绿水管理试点研究及其绿水补偿标准核定提供相关理论依据和技术参考,具有一定程度的的应用价值和现实意义。     

基于SWAT模型的细河流域蓝水绿水资源量时空分布研究

利用SWAT（Soil and Water Assessment Tool,SWAT）模型、SUFI-2算法对细河流域水文过程进行了模拟,评估了1977~2015年及典型年份流域蓝水、绿水资源量时空间分布状况。研究结果表明：（1）细河流域多年平均水资源量953.24 mm,其中蓝水资源量290.9 mm,绿水资源量662.33 mm,流域水资源构成以绿水资源为主;（2）典型年份蓝水资源变化较大,特枯水年、平水年和特丰水年分别为86、277和656 mm;绿水系数在特枯水年、平水年和特丰水年差异亦较为明显,分别为87.12%、69.78%和49.31%;（3）在空间上,细河流域蓝水呈现由东向西减少的趋势,绿水流呈现由四周向中部减少的趋势,绿水储呈现由东向西减少的趋势,在特枯水年尤为显著。     

基于SWAT模型的汉江流域水资源对气候变化的响应

汉江流域未来的气候变化趋势和对水资源的影响,将直接关系到南水北调工程和引江济汉工程的使用和效益。因此,分析研究汉江流域水资源对气候变化的响应特点,可为地面调水、空中水资源开发、应对气候变化的不利影响和更好地保护南水北调中线水源区的水资源提供科学依据。以1971～2000年为基准期,应用SWAT模型对汉江流域基准期内的逐月径流进行了模拟;在30 a基准期径流模拟的基础上,以全球变化背景下可能出现的25种不同气候变化模式为假设条件,模拟出各假设气候变化模式下汉江流域水资源状况,获得了各气候变化模式下汉江流域水资源相对于基准期的变化率,研究了汉江流域水资源对气候变化的响应程度。结果表明：模型模拟精度高于评价标准（〖WTBX〗Ens>05,r2>06〖WTBZ〗）,SWAT模型适用于汉江流域的径流模拟;不同气候变化情景下,汉江流域径流变化较实际蒸散发的变化明显;降水对地表径流、基流的影响要大于气温;气温对实际蒸散发的影响大于降水;降水增加或气温降低都会导致径流增加,而降水增加或气温增加都会导致实际蒸散发的增加.     

“绿水”的多角度评估及其管理研究

传统的水资源评估和管理忽视了在粮食生产和维护生态系统等方面都具有重要作用的绿水.本文引入绿水概念,并针对现有绿水评估研究中缺乏小尺度评估方法研究等问题,以碧流河上游地区为例,使用SWAT水文模型在小尺度建立了多角度评估绿水(包括绿水流和绿水贮存)的方法.并使用此方法估算得到了绿水量,绿水时空分布规律以及气候变化条件下绿水的响应规律,研究了引入绿水概念后传统水资源管理的重要革新内容.研究结果表明,使用SWAT水文模型评估流域绿水,是引入绿水概念后进行小尺度绿水评估的有效办法,值得在中国推广使用.绿水评估结果对水资源管理有重要的指导作用.绿水概念的引入为水资源的管理与决策提供了新的思路和更加科学的办法.     

土地整理对区域蓝绿水资源配置的影响

绿水是流域内对植物和生态有积极作用的水量,是通过蒸散发流向大气圈的水汽流.绿水概念的提出有助于强化人类对自然界生态需水的重税.论文分析了大尺度水文循环中绿水流的影响因素,阐述了绿水资源对维持全球生态系统服务功能的积极意义.论文以土地整理过程为研究对象,按照水资源配置的公平性要求,构建符合土地整理特点的蓝绿水资源配置模型.模型综合考虑了蓝绿水生成机理、区域水权配置原则、上下游水量传输规律及区域水量配置方法等关键技术.最后以湖北省武汉市新洲区汪集街孔埠新农村试点土地整理工程为实例,对该区域蓝绿水配置情况进行深入研究.结果表明,土地整理中的土地利用/覆被变化影响区域耕地结构和生态系统服务价值,从而改变区域蓝水和绿水配置权值,实施区域内的人胜村、姚堤村、程山村的蓝绿水配置水量分别增加74 799 m<'3>/a、779 m<'3>/a、21 539 m<'3>/a,而堤围村、吴河村则分别减少了14 372 m<'3>/a、12 745 m<'3>/a.     

LUCC及气候变化对李仙江流域径流的影响

为揭示李仙江流域LUCC和气候变化对径流变化的影响,基于SWAT模型,通过设置不同情景,定量分析了不同土地利用类型和气候要素对流域内径流的影响,并结合RCP4.5、RCP8.5两种气候情景对流域未来径流的变化进行了预估。结果显示：(1) SWAT模型在李仙江流域径流模拟中具有很好的适用性,可以用SWAT模型进行流域的径流模拟,率定期的模型参数R2、Ens分别达到0.74、0.73,验证期的模型参数R2、Ens分别达到0.63、0.63;(2) 单一土地利用情景显示,将农业用地转化为林地或草地,均会导致流域径流量的减少,而将林地转化为草地则会引起流域径流量的增加,农业用地、林地、草地三者对径流增加贡献顺序为农业用地＞草地＞林地。(3) 2006~2015年间李仙江流域的LUCC引起的月均径流增加幅度小于气候变化引起的月均径流减少幅度,李仙江径流的变化由气候变化主导。(4) 在RCP4.5和RCP8.5两种气候情景下,2021~2050年间李仙江流域径流均呈减少趋势,减少的速率分别为3.6和2.15亿m³/10 a,这与1971~2015年间,流域实测径流减速为6.7亿m³/10 a的变化趋势一致,但这两种情景下,径流的减少趋势有所降低,分别为1971~2015年减速的53.7%、32.1%。     

气候变化对鄱阳湖流域干旱灾害影响及其对策

以我国历史气候变化的事实与过程重建的成果为基础,以历史文献为依据,分析了两宋以来鄱阳湖流域气候变化与洪水干旱灾害发生的关系,结果表明,不管气候处于温湿期还是冷干期,发生洪水灾害的频率没有显著区别;但是当气候处于冷干时期,发生干旱灾害的频率增大,特大干旱年和连续干旱年组频频出现。利用气象、水文资料统计分析表明,最近60 a来,气温呈现增高趋势,逐年的日降水强度明显增加,洪水干旱等极端事件发生更加频繁。为了更好地应对干旱灾害,必须加强水需求管理、坚持节约用水为先;加强病险水库的治理,使其充分发挥作用;对现有水利工程进行再评估,实施适应性管理,充分挖掘工程潜力;加大力度,新建与自然和谐相处的水利工程     

汉江上游金水河流域近50年气候变化特征及其对生态环境的影响

利用5年滑动平均距平分析、线性回归分析、相关分析及Autoregression 模型等统计分析方法,分析了近50年（1957~2004年）汉江上游金水河流域年度和春、夏、秋、冬4季气温和降水变化特征及其对流域生态环境的影响。结果显示：近50年来金水河流域气候变化呈现气温升高、降水量减少的暖干化趋势。年平均气温总体上升了111℃,同时在上世纪90年代到本世纪初,年平均气温增幅最大,达到06℃;季节变化中,冬季增温最显著（〖WTBX〗p〖WTBZ〗<001）。年平均降水量总体下降了1196 mm,在1985~1997年间,降水量呈现显著波动下降趋势,最大降幅为3452 mm;而季节变化中,夏季下降最明显。在未来10年,流域内气温将持续增加,年平均气温将增加013℃,降水量将逐年减少,年平均降水量将减少78%。金水河流域过去近50年的气候变化对流域内的生态环境产生了较大的影响,从而加剧了流域生态系统的脆弱性,从一定程度上对南水北调中线工程的水资源安全构成了威胁。     

汉江上游金水河流域近50年气候变化特征及其对生态环境的影响

利用5年滑动平均距平分析、线性回归分析、相关分析及Autoregression 模型等统计分析方法，分析了近50年（1957~2004年）汉江上游金水河流域年度和春、夏、秋、冬4季气温和降水变化特征及其对流域生态环境的影响。结果显示：近50年来金水河流域气候变化呈现气温升高、降水量减少的暖干化趋势。年平均气温总体上升了111℃，同时在上世纪90年代到本世纪初，年平均气温增幅最大，达到06℃；季节变化中，冬季增温最显著（〖WTBX〗p〖WTBZ〗<001）。年平均降水量总体下降了1196 mm，在1985~1997年间，降水量呈现显著波动下降趋势，最大降幅为3452 mm；而季节变化中，夏季下降最明显。在未来10年，流域内气温将持续增加，年平均气温将增加013℃，降水量将逐年减少，年平均降水量将减少78%。金水河流域过去近50年的气候变化对流域内的生态环境产生了较大的影响，从而加剧了流域生态系统的脆弱性，从一定程度上对南水北调中线工程的水资源安全构成了威胁。     

抚河流域径流对土地利用变化时空响应

为了揭示近十几年抚河流域径流对土地利用变化时空响应过程,通过2003、2010和2017年三期遥感影像图进行监督分类得到土地利用图,基于SWAT模型,定量分析和研究土地利用变化对径流的影响.结果 表明:(1)2003～2010年和2010～2017年土地利用变化规律一致,林地和城镇用地面积不断增加,其余类型则呈现减少的趋势;(2) SWAT模型在抚河流域径流模拟中适用性好,李家渡水文站率定期和验证期结果R2和ENS均大于0.85,沙子岭水文站除了验证期ENS为0.77外,R2和ENS均大于0.80,两处站点相对误差| Re|均小于20％;(3)在气象数据同为2010～2016年及其他阈值设置相同的条件下,仅改变输入的土地利用图,发现林地面积的增加,耕地和草地面积的减小导致了2010年比2003年的多年平均月径流量降低0.65 m3/s,2017年的多年平均月径流量较2010年相比降低0.41 m3/s,后段时期的差异与前者相比较小与林地的增长减缓和城镇用地快速增长有关;(4)在第一阶段2003～2010年和第二阶段2010～2017年,流域内大部分地区径流系数都处于降低状态,林地和草地面积的增加对径流系数有降低的效果,而径流系数升高一般是因为耕地、城镇用地面积增加或者林地面积减少导致的.     

气候变化对洪湖湿地的影响

气候变化影响着湿地生态系统。在全球气候变化的背景下,洪湖湿地区域气候也发生了明显变化。通过对洪湖周边4个站点1961~2004年的气象数据分析,从气象学和生态学的角度探讨了气候变化对洪湖湿地的影响。结果表明20世纪60年代以来,洪湖湿地区域气温有显著升高趋势,气温增加倾向率为0264℃/10 a;年降水量有微弱升高趋势,增加倾向率为49964 mm/10 a;降水量夏季和冬季有升高趋势,但是春季和秋季有减弱趋势。气候要素的综合变化使洪湖湿地区域湿润系数具有降低趋势。气候变化造成洪湖湿地面积萎缩、水位降低,同时造成了生物多样性降低和生物入侵,降水格局的变化改变了湿地水文状况,加剧了湿地的生态不稳定性。研究结果为湿地恢复重建和本区湿地生态安全提供了科学依据.     

中国水资源管理适应气候变化的研究综述

以全球变暖为特征的气候变化已成为当今科学界、各国政府和社会公众普遍关注的最重要议题之一。气候变化对水资源管理的影响是具有重要学术价值的新兴研究方向,目前的重点研究领域主要包括:气候变化背景下水资源综合管理方式与集成研究,气候变化下水资源适应性管理机制,中国面临的水资源均衡性管理,公众参与水资源适应性管理的政策制定,对减缓措施与水资源可持续发展的认识。主要的研究方法包括:适应气候变化的定性分析方法(多尺度适应综合分析方法)、成本效益分析方法等。适应性管理是目前应对气候变化伴随的不确定性问题的有效策略,未来应在分析中国各流域水资源不确定性问题的基础上,建立气候变化情景下适应气候变化的水资源适应性管理体制机制。     

基于水量分配方案的抚河流域最小控制需水量研究

鄱阳湖流域水资源丰富,在非汛期尤其是用水高峰期,存在供需水矛盾和河道外用水挤占河道内用水现象。基于水量分配方案,以控制断面为节点,考虑河道外需水,兼顾河道内生态环境需水,系统提出计算流域控制断面最小控制需水量方法。在此基础上,以抚河流域为例,把流域划分为12个控制断面,分别为沙子岭、黎川、南城、洪门、廖坊、石门、廖家湾、娄家村、马圩、焦石、柴埠口和李家渡,各断面的最小控制需水量分别为740、380、2873、1200、4981、261、5085、7168、050、10894、1556 和1030 m3/s。通过水文监测控制流域断面流量,为落实水量分配方案、保护流域水环境和维持河流生态系统健康提供保障。同时,以最小需水量并与实测流量比较,确定各用水区余缺水量,为实施流域非汛期水量调度提供依据     

长江流域的水资源配置与水资源综合管理

回顾总结了我国近年来在水资源配置方面的理论研究和工作进展,论述了我国水资源配置的特点及其与联合国倡导的水资源综合管理的相互关系,阐述了长江流域水资源综合管理在我国的重要地位。提出我国开展的水资源配置在重视公众参与的基础上,与水资源综合管理是一致的。长江流域水资源综合管理是一个多学科、跨学科的研究课题。流域层面的水资源综合管理是国家层面和行业层面水资源配置的基础。长江水资源综合管理应该遵循水文系统优先的原则,使水资源利用和管理在流域层面上首先达到优化状态。环境用水需求是一个重要课题,它是流域层面水资源配置的基础,急待开展大量的研究。在流域系统优先原则下,各行政区与水用户参与者在讨论和协商的基础上,确定共同的准则、目标和具体措施,在不损害它方利益的前提下都能取得自己的利益。具体细化新《水法》中提出的流域管理与行政管理相结合的原则是开展长江水资源综合管理的关键。《长江法》的制定应该为水资源综合管理提供具体的法律依据。流域与地方水利机构的体制改革是十分重要的,它应该为开展水资源综合管理创造条件。在我国国情条件下,水资源综合管理中的用户参与应该如何开展,需要研究和实践。     

长江流域上游气候变化的模拟评估及其未来50年情景预估

利用WCRP的耦合模式数据和长江上游流域63个气象站点的观测数据,评估了全球气候模式对长江上游流域的温度、降水的模拟能力,基于A2、A1B、B1情景对长江上游流域未来50 a平均温度、降水的可能变化进行了预估研究。结果表明：全球模式可较好的反映出流域温度、降水的时间和空间变化趋势,但模拟地面温度总体上低于实况值〖HT5〗。〖HT5"〗三种情景下2011~2060年上游流域平均温度的增幅（相对于1971~2000年）分别为1.7℃、2.1℃、1.3℃。A1B、B1情景下区域内表现为一致的增温趋势,而A2情景下在嘉陵江流域出现降温的趋势。三种情景下平均降水的增幅分别为50.0、83.5、29.5 mm;A1B、B1情景下降水增加的空间分布形比较一致     

气候变化对长江源地区高寒草甸生态系统的影响

近十几年来,长江源区气候暖干化趋势明显,冰川退缩、湖泊萎缩、草场退化、土地沙漠化、水土流失等环境问题日益严重。高寒草甸是长江源地区主要的植被类型之一,在全球变化影响下,以耐低温寒冷的嵩草属（Kobresia）植物为建群种的高寒草甸将面临更严重的生态胁迫。以长江源地区高寒草甸生态系统为研究对象,采用国际通用的生物地球化学模型模拟高寒草甸生物量、生产力和土壤有机质等的动态变化,并综合考虑人类活动对生态系统生产力和营养元素生物地球化学循环的影响,探讨了全球气候变化对高寒草甸生态系统可能造成的影响。