黄孝河、机场河水环境综合治理数字孪生平台的设计与开发

随着新一代信息化技术的蓬勃发展，数字孪生技术在各行业的应用也愈发深入。面对流域水环境治理在管理部门多、空间尺度大、外部环境多变、联合调度难等问题，以黄孝河、机场河水环境综合治理项目为研究对象，以数字孪生五维模型为理论基础，基于模型模拟预测、BIM、Unreal Engine等新一代信息化技术，建立黄孝河、机场河水环境综合治理数字孪生平台，融合流域内的天气状态、水质状态、异常事件、调度指令等关键信息，构建“流域-区域-厂站”三级仿真体系，实现了“源、厂、网、河、湖”的一体化管理，为管理者提供智能运维、预测预警、动态调度等应用价值，实现了水务治理的实时有效监管和科学辅助决策，以期为未来智慧水务建设提供经验参考。     

水生态环境质量评价体系研究

流域水生态环境质量评价体系是为流域环境管理提供基础数据,协助管理者开展流域保护措施的重要技术支持。该文深入剖析了发达国家典型水生态环境质量评价体系,归纳分析了其体系框架、构成特点、方法适用性和借鉴意义。结合前期研究基础,对评价体系的技术内容进行了完善和补充,明确了参照点位的选择原则,补充了评价方法选择的技术路线,提出了增设和实施不同监测计划的方案,最终提出生态环境质量评价技术体系框架。     

基于PSFR模型的河北省滦河流域生态安全评估

基于PSFR(压力-状态-功能-风险)模型,选取16个分项指标、34个评估指标,建立了4层次指标体系,兼顾流域的整体性与差异性,根据环境特点及功能分区将河北省滦河流域划分为6个评估单元展开生态安全评估。结果表明:整个流域的生态安全水平位于三级到二级之间;潘大水库上游评估单元刚刚达到二级较安全水平;引滦入津、大黑汀下游和青龙河秦皇岛评估单元属于临近二级的三级水平;冀东沿海的秦皇岛和唐山评估单元生态安全指数较低,但均大于50,属于三级一般水平。研究表明,水资源过度开发是各评估单元共有的不安全因素,面源污染严重和生态风险较高也是造成流域生态安全指数不高的重要原因。     

TRMM和GPM卫星降水数据在中国三大流域的降尺度对比研究

以中国三大流域为研究区域,分别针对TRMM 3B43和GPM IMERG降水数据,构建基于归一化植被指数(NDVI)和数字高程模型(DEM)数据的地理加权回归(GWR)模型,以2014年夏季(6～8月)数据为例,得到了三大流域1 km分辨率的降尺度降水数据,并进一步通过气象站点数据对降尺度结果进行验证.研究表明:(1) GPM原始数据整体精度优于TRMM数据,两种数据在黄河流域的精度评价指标优于长江流域与珠江流域;(2)经降尺度计算,两种数据空间分辨率得到了显著提高,且表现出更多降水变化的细节与趋势,但精度指标对原始数据依赖性大,导致提升并不显著;(3)当联合使用NDVI及DEM作为GWR降尺度模型的辅助变量时,两种降尺度结果的差异值在长江流域与珠江流域的高海拔地区中更为显著;(4)黄河流域中,使用不同辅助变量下的降尺度结果在空间分布上总体相似.TRMM数据使用地形作为单独辅助变量的降尺度结果最佳,而GPM数据不同辅助变量下降尺度结果差异并不明显.     

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。     

论太湖流域生态补偿机制存在环境监测瓶颈

介绍了太湖流域生态补偿现状,对太湖流域生态补偿的理论及存在的问题进行分析和探讨,提出太湖流域生态补偿关键要建立生态补偿法规、实施垂直统一的环境监测体系及对水质自动监测设施监管,为我国环境资源区域补偿实施提供借鉴。     

流域系统动力学模型的全耦合问题研究进展

从系统分析的视角出发,对流域系统动力学建模过程、方法进行总结。综述了国内外系统动力学模型(简称SD模型)在社会经济发展与流域水资源承载力、流域水环境承载和流域水生态承载力耦合关系的研究。从简单的零维模型发展到复杂的社会经济综合模型和OO-SD模型(即Objective-Optimization SD模型),国内SD模型耦合关系研究主要集中在叶尔羌河、洱海、滇池等流域,SD模型在监测、数据共享和模型结构、参数选取和不确定性分析等方面还存在不足,有待改进。