论流域水资源分配与生态保护

流域水资源分配与流域生态环境保护有着密切联系。当前,流域水资源分配中存在分配价值扭曲、分配机制不健全等问题。解决这些问题是保护流域生态环境的重要保障。其解决措施是对水资源价值进行重估,并据此建立水资源分配机制。     

基于3E理念的流域综合管理规划体系探析

本文基于全球环境基金（GEF）水资源与水环境综合管理主流化项目成果，建立蒸发蒸腾耗水量（ET）、水环境容量（EC）和水生态系统服务（ES）（简称“3E”）理念方法，在分析3E理念内涵、计算方法及目标分配的基础上，创新流域综合管理规划，提出枚举—模拟—比选法、目标—约束—优化法两种技术方法，以期为缺水地区开展流域综合管理提供参考和借鉴。     

论流域经济可持续发展

流域经济的发展是以水资源为先导和主体的综合资源开发和利用.实现流域经济可持续发展的实质就是实现流域水资源可持续开发和利用.水资源可持续开发和利用必须遵循公平和效率原则,实现外部性内部化;实施流域开发多目标协调、流域的系统化管理和跨流域水资源开发.     

生态重建目标下石羊河流域水资源空间配置优化——基于分布式水资源管理模型

石羊河流域的生态环境退化对于河西走廊乃至西北干旱地区的生态安全形成了严重的威胁。论文构建了基于GBEM模型的分布式水资源管理模型,研究了在生态重建目标下石羊河流域水资源空间配置优化方案和实现途径。分析结果显示,“石羊河流域重点治理规划”的预期目标难以实现,应当在不影响生态重建目标的前提下,以提高流域整体的水资源利用效益为导向,优化水资源利用的空间组织,并通过流域内部的利益补偿,解决水资源空间配置优化带来的区域间收入差异问题。应通过推进水权交易实现水资源空间配置优化及相应的利益补偿,在提高水效益的同时,促进水资源分配的公平。生态退化严重的民勤湖区的农业人口需要逐步转移出来,以减轻当地的生态环境负荷。     

基于ABM+SD耦合模型的滇池流域水价政策仿真

针对滇池流域水资源短缺及现行水价政策存在的诸多问题,从政策仿真角度综合考虑水资源供给会影响水资源价格,进而影响居民和工业企业的水资源消费行为,提出基于滇池流域水资源承载力约束下耦合多主体建模(ABM)和系统动力学(SD)的流域水价政策复杂系统模型,并依据滇池水污染防治"十三五"规划目标,对滇池流域水价政策进行仿真分析.结果表明:若达到"十三五"规划的目标要求,在综合产业结构调整和政策调整的情况下,保持现有水价计量和计算方式不变,滇池流域居民水价应提高至3.23元/m3,工业水价应提高至4.99元/m~3;通过加快对流域水价政策的调控,可有效引导居民Agents和企业Agents采取节水措施,提高其用水效率;建议滇池流域适当减少调水量至3.06亿m~3,可将支付调水补偿的费用,用于再生水设施的建设,提高其再生水回用率至33%,从而保障水资源的长效可持续利用.     

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。     

黄土高原沟道农业系统与优化模式

黄土高原沟道农业是现代人地关系耦合发展的一种新兴农业地域类型，其可持续发展对于区域农业提质增效、乡村振兴和黄河流域高质量发展具有重大现实意义。本文基于人地系统科学原理阐述了沟道农业的概念内涵、科学认知、优化模式及其保障政策。结果表明：（1）沟道农业可持续性应遵从“要素—系统”到“结构—功能”，注重“沟坡水土保持、流域生态建设与区域乡村振兴”的多目标有机结合。同时，处理好宏观与微观效益的关系以及不同尺度的沟道水土构型、农田景观、农业系统的层次体系，深化贯通式研究，全面揭示沟道农业发展演变过程及其微观作用机理。（2）总结了沟道农业优化模式，搭建了不同模式的框架图，建议完善相关的技术与制度保障体系，以支撑实现区域乡村振兴和黄河流域高质量发展目标。（3）新时期黄土高原现代沟道农业高质量发展应立足于人地系统科学前沿，全面构建现代沟道农业系统理论与方法，深入探究优化沟道农业生产方式和创新经营管理模式的新途径。（4）基于要素流、产业链、流通网，面向SDGs目标和乡村振兴、粮食与生态安全，深入探究不同尺度沟道农业状态评估与情景模拟，服务支撑区域现代化建设决策。黄土高原沟道农业系统特征与优化模式研究，是推动农业地理学研究理论与方法创新，进而为黄土高原农业高质量发展提供科学依据的重要途径。     

黄河流域荒漠化地区生态治理优化路径研究

黄河流域生态环境保护与高质量发展是我国一项重大战略。黄河流域荒漠化问题仍然严峻,有效根治荒漠化问题,是实现黄河流域生态保护与高质量发展的关键环节与根本保证。本文从黄河全流域视野出发,阐述了黄河流域基本情况和荒漠化现状,从自然因素、人文因素、社会因素三个方面分析了影响黄河流域荒漠化地区生态系统稳定性的原因,并提出了不断完善区域生态治理政策和法律机制、积极探索荒漠化防治与产业协同发展模式、加快推进区域水资源节约化集约化利用、着力打造区域荒漠化协同防治体系等生态治理优化路径,不断推动黄河流域绿色生态建设的高质量发展。     

近70年来黄河流域生态修复历程及系统性修复思考

黄河流域是我国重要的生态安全屏障,在气候变化与人为干扰不断加强下,水资源供需矛盾突出,生态问题凸显,高效生态修复是推进黄河流域生态保护的重要举措。结合新中国成立以来不同历史时期黄河流域自身特点及存在的主要问题,总结出我国不断探索科学治理黄河流域的“水沙调控治水害、水源涵养治断流、系统修复维健康”3个阶段历程。黄河流域通过3个阶段重点工程的生态治理,取得良好的成效,但在流域系统性修复方面仍面临挑战。基于生态修复系统性思维,提出构建包含流域生态空间系统性、生态要素系统性、生态产品价值系统性、生态监管系统性4个方面的系统性修复框架,并在该框架指引下提出黄河流域高水平保护的建议：根据黄河流域上中下游立地条件,开展系统修复治理、分区施策,整体提升流域生态服务供给能力;坚持山水林田湖草沙生命共同体,开展生态要素系统性治理,优化山水林田湖草沙配置;推动形成“自然资源-修复主体-修复模式-修复空间-价值链条”5个维度协同的生态修复下生态产品价值转换的复合系统;以恢复主导生态功能为目标,构建黄河流域生态修复全过程、系统性监管体系。     

基于GA的感潮河流水污染控制多目标优化

文章针对感潮河流水质时空变化的特点,建立了污水处理费用函数、动态水质模型与NSGA-Ⅱ算法相耦合的流域水污染控制多目标优化方法。采用该方法对深圳河流域5个污水处理厂的污染物去除效率进行优化,得到流域污水处理费用与河流上、中、下游控制断面水质潮周期超标率的多目标解集排列图。结果表明:(1)所有控制断面水质超标率都小于50%、25%和0%时,最小处理费用分别为1.92、1.94和1.98亿元/a;(2)上、中、下游控制断面各自的水质超标率为0%时,最小处理费用分别为1.98、1.91和1.90亿元/a。决策者可根据水质管理要求和经济条件在多目标解集排列图中进行方案比选。该方法的应用可为感潮河流水污染控制提供科学依据。     

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% .     

黄河流域城市群与产业转型发展

黄河流域生态保护与高质量发展是国家重大战略之一。城市群和产业转型发展是实现黄河流域生态保护与高质量发展的内在要求和根本保障,揭示流域尺度城市群发展与产业转型升级的路径对指导黄河流域高质量发展意义重大。为此,本文聚焦“城市群和产业转型发展”,联合来自中国科学院地理科学与资源研究所、中国社会科学院生态文明研究所、黄河水利科学研究院、首都经济贸易大学、北京大学、河南大学等单位的专家学者,从生态保护、资源配置、动态演化、空间结构、整合调控等视角,探讨黄河流域城市群与产业转型发展的重要议题,以求服务于黄河流域生态保护与高质量发展的国家重大战略实施。核心观点如下：识别水资源、城市群和产业发展的关系是促进产业转型和城市转型协同、经济转型和社会转型并进的关键;分析流域生态保护和高质量发展复杂耦合与动力演化机制对于实现流域高质量发展意义重大;揭示黄河流域典型城市群和产业空间演变机理,构建城市群与产业转型发展空间一体化目标与模式,是促进黄河流域的高质量发展的有效途径;在全球化和能源革命导致贸易不确定性增加、社会经济与生态环境关系复杂、“双循环”的新发展格局构建背景下,黄河流域“城市群和产业转型发展”亟需更全面的整合调控机制。     

Methodology to determine regional water demand for instream flow and its application in the Yellow River Basin

Introduction Instream flow is a generic and widely used term that refers to the water required to protect the structure and function of aquatic ecosystems at some agreed level. Other terms that are sometimes used include “environmental flow” (Arthington…     

基于系统仿真的提升赣江流域水生态承载力的方案设计

保护和改善流域水生态环境已成为环保工作的重要内容和科学研究的重要课题.基于承载力理论和复合生态系统理论,构建了赣江流域水生态承载力系统的概念模型、主导结构模型和系统动力学模型.以2000—2030年为系统仿真区间,仿真结果表明,到2016年赣江流域水生态承载力达到上限,此时可承载人口规模为2566万人,可承载经济规模为11034亿元.赣江流域水生态承载力现状不容乐观,需采取一定的措施.以"节流"、"控污"、"治污"为问题导向,基于"供给管理需求管理"、"末端治理根源治理"、"观念调节行为调节"等公共政策设计的不同视角,初步提出了提升水生态承载力的27个政策干预点,通过政策干预点对系统作用的灵敏性检验,基于识别出的16个灵敏政策干预点,设计了提升赣江流域水生态承载力的综合发展方案.仿真结果表明,到2029年(推后13年)赣江流域水生态承载力达到上限,此时可承载人口规模为2702万人(提升了5.3001%),可承载经济规模为28547亿元(提升了158.7185%).降低人口增长和经济发展速度,提高技术进步和优化产业结构是提升赣江流域水生态承载力的重要途径.     

流域横向生态补偿政策的水环境效益评估

基于2000~2019年浙江和安徽26个地级市的面板数据,使用合成控制法定量分析新安江3轮横向生态补偿试点政策对其水环境效益的总体性和结构性影响结果表明:政策效果在时间上存在异质性。第1、2轮政策试点显著的提升了新安江流域整体的水环境,但第3轮试点对上游水环境的影响是负的。政策效果在空间上存在异质性。流域横向生态补偿政策使下游的生物多样性价值平均提高了0.068亿元,但使上游生物多样性价值平均降低了0.015亿元。政策效果在结构上存在异质性。通过对水环境效益的结构性分解,发现横向生态补偿政策使新安江流域的水质净化能力价值平均提高了31.874亿元,但使其产品供给价值平均下降了13.402亿元。政策效果存在预期效益。流域横向生态补偿的政策效果在政策正式实施前2年已经出现。     

澜沧江-湄公河水资源公平合理分配模式分析

依据国际河流水资源公平合理利用的基本原则 ,水资源竞争利用之矛盾解决的基本方法以及水资源的三种基本分配模式 ,通过对澜沧江-湄公河流域水资源利用的趋势与流域国间的用水矛盾以及现有的流域国间的合作程度、流域的管理机制条件的分析 ,认为现澜沧江-湄公河流域内 ,进行全流域水资源全局分配是较为合理和切合实际的分配模式。     

中国人口分布的水资源限制性与限制度研究

论文以人口分布的水资源限制性与限制度评价为核心,采用水资源承载指数和水资源限制度等模型,从全国、分省、分县等三个不同尺度,系统评价了2000 年和2010 年中国人口分布的水资源限制性与限制度,定量揭示了中国人口与水资源关系的地域格局与变化规律。结果表明:①1949-2010 年中国水资源承载力以水量盈余为主要特征,人水关系趋于紧张;从2000到2010 年,中国人口分布的水资源限制度由30.66 提升到35.25,中国人口分布的水资源限制度有所增强;②2000 年和2010 年,中国分省水资源承载力以水量盈余为主要特征,中国大部分省份人口分布的水资源限制度处于较低水平,但近10 a 水资源限制性大多有所增强;③2000 年和2010 年,中国约有3/4 左右的分县单元基本不受水资源限制,中国基于分县人口分布的水资源限制度整体较低,2010 年与2000 年相比,水资源限制性与限制度有所增强;④就空间分布来看,中国分省和分县水资源限制性与限制度整体呈现出北部强于南部、泛黄河流域强于长江流域的基本地理格局。     

黄河流域人居环境的地方性与适应性：挑战和机遇

黄河流域由于自然环境、地理区位的特殊性,其人居环境处于不断变化的复杂过程中,并且始终面临着严峻挑战。而人居环境空间与自然、社会各要素的耦合过程,源于人地关系变化进程中呈现出的动态、综合、系统性的适应机制。因而揭示系统适应性机制是解决黄河流域人居环境困境的关键。为此,本文以“地方性与适应性”为视角,邀请来自黄河流域青海、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东等省区的专家学者,从自然地理、社会经济、城乡发展、遗产保护等视角解读黄河流域的人居环境特征,并为适应中国新型城镇化路径寻找可持续策略。核心观点如下：总体而言,黄河流域的人居环境适应性具有多尺度空间关联性和历史地理依赖性;黄河流域承担着重要的生态功能,但不同区段的自然环境面临着土地盐碱化、水土流失、环境污染等问题,需要推动人地耦合关系的绿色化;黄河流域特别是上游沿线聚落具有鲜明的开放性、民族文化多样性和交融性特色,多民族协同共荣发展是必由之路;黄河中上游因复杂的自然环境形成了窑洞等特殊的聚落空间,在快速城镇化进程中面临着转变和消失,留住传统聚落的文化基因,亟需分级分类推进其演化进程;黄河流域城市群的内外辐射带动是流域全境高质量发展的基础,城市结构的优化提升是推动高质量发展的重要途径,实现可持续发展还需要科技创新和产业结构转型升级。     

黄河流域主要城市再生水利用状况及潜力分析

研究系统分析了黄河流域9个省(自治区)及68个主要城市的水资源状况、供水用水状况、污水处理与再生利用状况及再生水利用潜力。2020年,黄河流域68个主要城市再生水利用总量为18.1亿m3,预计未来年利用量仍有22.0亿~25.9亿m3的增长空间。黄河流域不同城市再生水利用量和利用率存在明显差异。黄河上游11个城市的再生水利用率在25%以下;中下游20个城市的再生水利用率在30%以下,低于国家规划目标。对于黄河上游兰州、包头等城市,中下游榆林、太原、济源和泰安等城市,需进一步加快推进污水资源化利用,提高再生水利用率。今后需进一步拓展再生水利用途径,特别是提高工业利用水平,加强再生水配置利用规划、再生水利用分类统计等工作。     

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。