跨边界区域水资源冲突与协调模型与应用(Ⅰ)模型体系

针对水量短缺和水质污染引起的跨边界区域水资源冲突 ,运用大系统分解协调原理和博奕理论构建了跨边界区域水资源冲突与协调模型体系 .该模型体系通过在行政边界出境处设置控制断面 ,按生活、生产、生态用水分类预测了未来断面控制区域的用水量和水污染物排放量 ,在此基础上建立了断面非合作与合作模型对冲突中的竞争和合作行为进行模拟 ,并选用纳什法协调冲突 .模型确保了河道的最小生态用水需求 ,并通过关联预估法协调模型中的水量子系统和水质子系统 ,模型既可对断面水量进行优化调度 ,又可对断面水污染物排放进行总量控制 .     

闸坝河流河道内生态需水研究——以淮河为例

提出了一种估算闸坝下游河道内生态需水的方法--改进的生态水力半径法（AdaptedEcologicalHydraulicRadiusApproach,AEHRA）,该法能够同时计算输出相应河段的生态水位,方便对闸坝进行调度。将其应用到淮河,以鱼类作为生态保护目标,估算了上、中、下游共4个典型闸坝下游河段的生态需水和生态水位,结果表明:①鱼类产卵期内需要较大的生态流量,其顺序为:蚌埠>周口>颍上>白龟山,下游大于上游,中游居中,受断面影响显著;非产卵期则为:周口>颍上>蚌埠>白龟山,中游大于上下游,受河流鱼种影响较大。周口闸下河段全年各月生态需水量相同,需加强上游闸坝的联合调度满足冬季12~-月的生态需水;②要维持河道内生态流量,需进行闸坝调度调整下游水位,保证生态水位;③淮河受人类活动影响剧烈,河流的连续性被切断,生态需水变化没有连续性,只有根据最小生态水位通过闸坝调度,维持河道生态系统最小生态需水,才能逐步恢复淮河健康生态。     

黑河流域中下游全境地表-地下水耦合模型与应用

耦合概念性水资源评价与规划模型WEAP和分布式地下水模型MODFLOW,建立需求驱动的黑河流域中下游全境地表-地下水耦合模型,并利用地表水文站点和地下水观测点数据进行模型率定.结果表明,率定期和验证期地表水模拟的纳氏系数>0.7,地下水位模拟的均方根残差<0.80m.应用模型对流域历史水循环反演模拟表明,黑河干流(黑河东枝)2002~2012年水量统一调度使正义峡年均来流较原管理方式增加1.63亿m3(约18%);讨赖河(黑河西枝)因人类活动改变了西部子水系河流水文情势,基本切断了与黑河干流下游尾闾水系的水力联系;黑河东西两枝人类活动和出山口径流变化共同影响着下游狼心山断面径流量,直接导致了居延海之前消失和现在的恢复.     

基于生态保护目标的太子河下游河道生态需水量计算

河流生态需水量计算是进行生态水权分配的一项基础性工作,是生态环境保护和水资源配置的依据.随着社会经济的发展,流域水资源短缺和生态环境问题日益突出.针对太子河下游河段水资源开发利用现状及存在的生态环境问题,在确定生态保护目标的基础上,采用月保证率法和生态水力学法计算下游河道不同等级生态需水量,既可以从各月角度反映河道生态需水是一个与自然径流相适应的过程,又注重水生生物的关键期和生境需求.通过Tennant法验证月保证率法和生态水力学法计算结果可靠,最终确定太子河下游河道最小、适宜和理想等级年生态需水量分别为:5.31×108m3、8.52×108m3和12.17×108m3,而且现状流量可以满足最小生态需水量的要求.     

基于水域面积法的山区河流水电站下游生态流量定值研究

水电站的大量兴建导致下游河道萎缩退化甚至断流,如何改变水电站运行调度方式,维持下游河道一定的生态流量、保障河流健康成为国内外普遍关注的问题.本文在传统水文学方法的基础上融入生物栖息地法思想,以河流生态系统的生物多样性为功能目标,用河道流量反映河流的水文过程,河道水域面积反映河流生态系统的生物多样性,创新性地提出考虑河道水文生态特性的生态流量定值方法——水域面积法.以北江上游浈江二级支流罗坝水为例进行分析计算.计算结果表明:枯水年罗坝水生态流量为2.26 m3·s-1,占多年平均流量的25.97%;平水年生态流量分月控制,生态流量过程与建站前流量过程基本一致.根据枯水年的生态流量值和平水年各月份的生态流量值,结合水电站的运行调度规则,换算成一定时期内的径流量来确定该时期内水电站需释放的水量,进而对水电站下游河道的生态功能进行保护和修复.     

黄河上游南水北调西线工程可调水量及风险分析

南水北调西线工程调水区水资源丰富,生态环境脆弱,当地社会经济用水量很少,生态环境用水是决定调水区可调水量的关键。论文综合分析了引水坝址下游河道生态环境用水,并将其作为主要约束条件,提出了南水北调西线工程可调水量。风险分析表明,该调水方案风险小,可靠性高,实施多库联合调度后,可进一步减少风险。     

黄河流域生态系统特征及下游生态修复实践

根据黄河流域地势、地貌和气候、水文、植被等特点,将流域划分为3个生态区和10个生态亚区,在分析各生态分区特点的基础上,初步识别了黄河流域主要生态环境问题。针对黄河下游存在的频繁断流、水环境恶化、河槽淤积萎缩以及河口三角洲湿地面积萎缩等诸多生态问题,分析了黄河水量调度、调水调沙对黄河下游河道生态修复的作用,介绍了河口生态修复工程实践,并提出了黄河河流生态系统修复的方向与目标。     

涧河新安县城段河道内生态环境需水量研究

以涧河新安县城区段为例,在统计分析1959年-2010年新安水文站水文资料的基础上,采用水文学中的Tennant法和水力学中的R2CROSS法分析计算了河道内基本生态需水量,另外还计算了河道水质净化需水、河道蒸发渗漏需水、河道最小输沙需水.按照不重复计算的原则,在几个方面需水量中取最大值,得出涧河城区段河道内生态环境需水量为3 010.0 m3/s,此水量是该河段恢复河流生态结构与功能健康的最佳需水量,这一结果对河道的水资源可持续利用和维持河流生态系统平衡都有着重要的参考作用.     

河道生态及环境需水理论探讨

针对地表水开发利用过程中存在的主要问题,从理论上对河道生态、环境需水进行探讨,包括:①在分析已有生态及环境需水概念的基础上,界定了生态及环境需水的定义;②对河道生态及环境需水进行了重点分析和论述。首先,回顾了与河道生态及环境需水研究有关的概念;其次,根据河道水量平衡探讨河道生态及环境需水的机理及其组成;第三,根据人类对地表水的影响强度,将水资源开发利用划分为4个阶段,论述了每个阶段河流生态系统的特点,并分析了河流流量减少所造成的对整个河流生态系统的影响;最后,给出了河道生态及环境需水的概念。论文为河道生态及环境需水研究提供了理论基础和依据。     

塔里木河下游生态输水后地下水的响应研究

由于近50a来人类不合理地资源开发,造成塔里木河下游的生态环境问题日趋严峻.为拯救下游绿色走廊,恢复和重建受损的下游生态系统,于2000年7月始,实施了塔里木河下游应急生态输水工程,水流于2001-11-02流进塔里木河尾闾--台特玛湖,使干涸近30a的台特玛湖重新受到水的滋润.笔者根据近2a在塔里木河下游的监测结果,通过对塔里木河下游地下水在河道纵向、横向的响应,地下水位响应强度及地下水位的变化带来下游天然植被的变化等方面对塔里木河下游生态输水工程进行阐述,分析了生态输水后地下水位响应的初步规律.研究结果表明:地下水位在一定范围内对生态输水的响应很明显,并由此带来下游生态环境向有利的方向转变.      

黑河流域及绿洲水资源可持续利用理念及对策

针对黑河流域及绿洲的水资源短缺、时空动态分布差异及其对区域社会经济生态发展演变的影响等问题,进行系统分析和深入探讨,并就其可持续利用的理念、对策与方法等,试图有所创新和发展。研究显示,本区社会经济生态发展与水资源可持续利用的关键,在于理念更新、人口合理调控和水的适度高效利用,并在生态系统维系及环境整治上,理性地面对其长期性、复杂性和艰巨性。     

淮河流域水资源价值测算与分析

淮河地处我国东部,是湖北、河南、安徽、山东及江苏等五省的重要水源。论文根据淮河的实际情况,将其分为5个河段,通过建立和求解淮河流域水资源优化配置模型,得到各河段不同用水部门的水资源影子价格,即水资源的理论价值,为今后规范淮河水资源价值水平提供参考依据。     

Natural ecological water demand in the lower Heihe River

The ecological environment in the lower Heihe River has been deteriorating due to large water consumption in the upper and middle reaches, and less available water downstream. To restore the ecological environment in the lower Heihe River, the ecological water demand should be guaranteed. The natural vegetation area in the lower Heihe River was first obtained through the interpretation of remote sensing images taken in 1998. Based on the analysis for the Quota of the natural ecological water demand in the lower Heihe River and the determination of the natural ecological water demand calculation method, the ecological water demand in the lower Heihe River was calculated. Finally, the natural ecological water demand in the lower Heihe River under the current situation was calculated with the groundwater storage volume change method, Aweliyongrufe method and the measured water volume method. In comparison, the natural ecological water demand in the lower Heihe River is 3.91−4.05 × 10⁸ m³.     

额济纳绿洲生态环境保护对策的探讨

黑河下游额济纳河沿岸绿洲是阿拉善独特的三道生态屏障——额济纳河沿岸绿洲、横贯东西绵延800多公里梭梭林带、贺兰山天然次生林之一。三道生态屏障同时也是我国西北地区的一条重要生态防线。但由于气候旱化和对动植物资源的不合理开发利用等因素的共同作用,目前黑河下游额济纳河沿岸绿洲生态功能退化严重,生态防护功能受损。为改善黑河下游额济纳河沿岸绿洲的生态环境状况,恢复额济纳绿洲生态功能,需要尊重自然规律,遵循生态学原理,在可持续发展原则指导下合理开发、利用自然资源,加大环保监管力度,综合运用经济、工程、法制、宣传等规划管理措施和手段加强生态环境保护与建设,保护额济纳绿洲生态屏障。     

近50年来河西走廊区域生态环境变化特征与综合防治对策

近50年来,河西走廊地区在人类活动强烈作用和区域气候变化双重驱动下,区域水文与生态环境发生了一系列变化。①区域出山径流过程表现为走廊东段的石羊河流域出山流量多年变化呈显著减少趋势,河西走廊中、西段的黑河流域和疏勒河流域年均出山流量则呈现递增趋势,但下游河流水量锐减并呈现明显的人为水文过程特征,水体盐化和污染趋势加剧,其中Ⅳ～Ⅴ级污染河道长度达到208km。②南部祁连山区森林面积减少约16.5%,自20世纪90年代以来逐渐有所恢复;北部天然荒漠森林则持续衰退,天然林加速消亡,仅额济纳和民勤两地减少林地34.31×104hm₂。草地生态呈现以面积减少、草地荒漠化和载畜能力降低等为特征的持续退化趋势,河西地区总体退化草地面积达46.86%。③近50年来河西土地沙漠化发展十分强烈,其发展速度在80年代初期最高达到年递增2.15%,80年代后期至90年代,全区域土地沙漠化过程出现明显的减缓。以流域为单元,进行水资源统筹利用规划与管理,统筹兼顾不同区域经济发展与生态环境建设对水的需求,以生态系统健康发展为原则,遵循生态规律来进行土地资源的开发利用,系统开展流域为单元的生态功能保护与建设是提高区域可持续发展能力的根本途径。     

一种基于MMS的改进降水径流模型在中国西北地区黑河上游流域的应用

以黑河流域上游为研究对象,通过对山区自然产水区的产汇流机理的研究,基于分布式水文模型集成环境的开发思想,利用MMS(modular modeling system)模型库中与降水径流相关的模块,通过综合各种产流(包括超渗、蓄满产流)机理、并且根据寒区产汇流的特点对USGS开发的流域PRMS(precipitation-runoff models)模型进行了改进,增加了土壤水运动中降雨入渗补给的多层土壤滞后效应模块以及积雪融雪和冻土面积识别模型,建立了适合于寒区流域的分布式PRMS模型。利用该模型对黑河上游出山径流过程进行了模拟与预报,模型研究结果表明:利用MMS建立的黑河上游改进的PRMS模型不仅完全可以模拟和预测黑河上游的产汇流过程,在考虑了冻土的情况下,预测年出山径流量误差小于2.7%;而且模型可以对黑河上游径流组成成分进行分析计算,对黑河上游产汇流机理做进一步阐明。利用改进的PRMS模型,预测分析了黑河上游未来气候和土地覆盖变化情景下流域出山径流变化的趋势,为黑河流域水资源合理利用和管理提供科学依据。     

河道生态环境分区需水量的计算方法与实例分析

为真实反映流域各区间的河道生态环境需水量差异 ,同时解决流域上下游河道生态环境需水量的重复计算问题 ,提出了河道生态环境分区需水量的概念 ,对流域分区、河道功能确定和河道生态环境分区需水量计算方法进行了研究 .以黄河流域为例进行了实证分析 .结果表明 ,黄河流域的河道需水分区需水量差异显著 ,黄河下游区间的河道分区需水量最大 ,为 14 8 93× 10 8m3·a- 1 ,上游兰州—河口干流区间最小 ,为-5 0 12× 10 8m3·a- 1 ,龙羊峡—兰州干流区间和黄河下游区间河道分区需水量超过区间的自产水资源量 ,需要其它区间的水量补充 ,才能维持其河道的生态环境功能 .黄河流域的河道分区需水量之和为 2 3 0 6× 10 8m3·a- 1 ,约为流域地表水资源量的 3 9% ,说明黄河流域地表水资源的最大利用率应低于 61% .     

中国西部生态系统的水问题综合评估研究——以三工河流域为例

基于中国西部生态系统综合评估的概念框架,提出了该评估的水问题评估目标和概念框架,并以三工河流域为研究对象,通过对不同年份生态系统服务价值的评估,以人工生态系统和天然生态系统服务功能最大化为原则,确定1987年的生态景观状态组合为生态系统保护的最佳生态目标。在此保护目标下,分别估算了河流廊道和河道外生态需水,判定三工河流域生态需水的阈值区间为17%～24%。其后,结合社会经济需水的预测情况,综合分析了当地居民福利变化的情况,并以河流廊道用水和河道外用水平衡、社会经济内部用水平衡以及生态系统和社会经济系统用水平衡为原则,提出了基于人与生态和谐的水资源配置的对策和建议。     

针对水功能区划水质目标的可用水资源量联合评估方法

受人类活动和气候变化的影响,我国水资源的外部环境与内部条件发生了很大变化。从水资源可持续利用的评价、规划与管理的角度,急需搞清楚一条河流在一定的“生产、生活用水”条件下,为满足水功能区划水质目标和一定河道生态需水要求,究竟有多少可用和能够调配的水资源量,以及满足水功能区划目标所需削减的污染负荷。为此,论文综合考虑水量与水质的联合评价问题,提出“可用水资源量”的概念,并结合水功能区划目标,提出单元系统水量水质模型和多河段系统的可用水资源量评估方法。将该方法应用到滦河流域,经模型计算分析,1998年滦河未超标河段中在满足水功能区划目标下可新增取水5.1×10⁸m³,水资源最大利用率为43%(现状为30%)。如果改变用水方式,重新配置水资源后水资源最大利用率可达到54%。