基于水量-水质耦合过程的流域水生态承载力优化方法与例证

水质与水量是影响水生态系统健康的重要因子,开展以生态需水和功能区水质达标为核心的水生态承载力研究对改善流域生态用水不足和水污染具有重要意义.当前流域水生态承载力优化方法将水量和水质作为独立系统处理,忽视了其耦合关系.基于河流水质模型和水资源模型,建立了流域水环境容量与环境流量的函数关系,并作为水生态承载力优化模型的约束条件,构建了以人口与产业规模最大化为目标的水生态承载力的优化模型.最后,对水污染严重且水资源短缺的盘龙江流域进行了实证研究.结果表明:建立的水生态承载力模型能够反映水量与水质的耦合作用,从而提高了流域水生态承载力决策的科学性;盘龙江流域的水生态承载力为20.56万人和119.24亿元GDP,2014年的流域现状值超载了234%;流域水生态承载力与环境流量比例具有显著的补偿关系,呈现倒V型非线性变化过程;当外流域调水的水质高于或等于受水区水质时,受水区的水生态承载力可得到一定程度的提高.     

北湖流域水质改善系统动力学研究

利用系统动力学擅长研究动态、非线性复杂系统的特点,将其应用于北湖水质改善分析,构建了系统动力学-水质耦合模型,可实现长时间序列的连续模拟和水环境管理的情景分析。文章定量分析了三产比例调整、城镇化率提高与污水集中处理等因素对流域纳污控制及水质改善的影响,推演出可协调经济发展-水环境保护-污水治理资金三方矛盾的合理方案,为类似小城镇的发展提供可借鉴的思路和方法。     

近远程耦合视角下黄河流域产业虚拟水流动与水资源短缺风险传递

为缓解水资源短缺这一黄河流域最大的矛盾,基于虚拟水维度评估其水资源流动及其影响具有重要意义。运用多区域投入产出模型、结构路径分析方法和风险传递模型,从多尺度近远程耦合视角分析黄河流域虚拟水流动和水资源短缺风险传递。结果表明：在区域层面,由黄河流域外部净调入虚拟水可以显著降低流域内部水资源短缺风险。在省际层面,内蒙古、河南在流域内部发挥了较大的虚拟水支撑作用,以四川、内蒙古为源头的省际虚拟水流动能有效缓解流域水资源短缺风险;在部门层面,经由农业部门流向工业、服务业部门,以及能源、原材料部门流向建筑业部门的虚拟水占流域产业虚拟水流动路径的比例较大,且水资源短缺风险传递价值较高。     

流域水环境综合治理技术体系研究:以兆河流域为例

采用中国电建集团已形成的"以水环境改善为核心,以水资源保障、水生态修复为重点的五位一体综合治理技术体系"研究成果,以环巢湖的兆河流域为例,基于污染物总量控制、生态基流和水生态系统平衡分别确定水环境改善方案、水资源保障方案和生态修复方案,并评价工程实施后水质达标状况。结果表明:兆河流域污染源贡献量最高的类型为城镇生活源,污染负荷最高的小流域为县河;流量在75%保证率下兆河流域COD、NH_3-N、TP和TN的水环境容量分别为5438. 61,370. 42,70. 76,367. 50 t/a;县河流域污染负荷削减分配量最高;水环境、水资源和水生态措施实施后,兆河流域污染负荷低于水环境容量限值。     

松花江流域水资源-水污染联合调控方案动态模拟研究

为解决松花江流域水资源消耗与水污染物排放联合调控过程中系统复杂特征难以刻画和系统状态变化难以量化的问题,本文从流域污染物排放的源头即农业、工业、畜禽养殖业及生活(城镇和农村)4个方面展开研究,研究其水资源消耗量和水污染物排放量联合控制的特征和机理过程.通过构建二者的耦合关系,建立了松花江流域水资源-水污染联合控制动态模拟模型.通过对该模型进行验证及设计的4种情景方案的模拟对比,充分说明实施开源、节流、治污、减排的综合措施,才是松花江流域经济社会与水环境系统协调发展的最佳策略.同时结果也证明了本文所提出的联合调控动态模拟模型的合理性和可行性.本研究对于解决松花江流域的水资源优化管理、水污染减排和总量控制具有重要的意义,同时可为制定松花江流域经济发展策略提供参考.     

基于基尼系数的湖泊流域分区水污染物总量分配

从经济、社会和环境系统整体效益出发,将环境基尼系数应用于总量控制分配中,分别以人口和工业增加值等作为湖泊流域内基尼系数分配的指标,建立了一种定性与定量相结合描述湖泊流域分区水污染物排放总量分配的层次结构模型.该模型综合考虑了各项评价指标,以区域允许排污总量为基础,依据环境基尼系数调整各分区允许排污量的权重比,并依此比例在各分区间进行排污总量分配.同时,以汤逊湖流域为例,根据流域内经济、社会和环境系统的实际特点,以工业增加值为主要限制指标,调整分配方案,计算出该流域水污染物排放总量的分配结果.结果表明,本研究提出的分配方法,克服了等比例分配的不公平性,同时又兼顾了各分区间的实际差异,是一种较好的分配方法.     

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.     

贵州响水矿水资源优化配置模型研究

响水矿投产以来,由于缺乏系统规划和科学管理,出现了矿区生活用水紧缺而矿井水大量浪费的矛盾状况。在对响水矿区内水文地质、水资源情况及矿井涌水量进行详细分析的基础上,以响水矿区社会效益、经济效益和环境效益可持续发展为目标,利用系统分析原理,建立响水矿区水资源优化配置模型。该模型考虑了矿区复杂水循环机理、水资源供需关系、水资源的水质等各方面限制因素,可为响水矿矿区实现水资源的可持续利用与社会、经济和环境的协调发展提供技术支撑。     

天津生态城水系统构建与海绵建设技术研究及实践

围绕天津生态城高标准水系统建设目标,分析不同发展阶段的水环境问题与技术需求,全方位开展水系统及海绵城市规划、建设与管理技术研究,创新形成了统筹所有涉水设施的生态城市新型水系统规划模式、耦合大水系构建与全过程灰绿蓝结合的海绵城市规划策略,研发了非常规水多源多功能净化处理技术、景观水体水质保持与生态修复技术、盐碱区域生物滞留设施雨水径流污染控制技术、盐碱影响下的雨水调蓄与利用技术、基于盐渍土改良和耐盐植物群落构建的景观生态改善技术,建立了融合水动力-水质耦合模型、多水源补水优化调度模型和内涝模型的天津生态城水系统智能化管理平台。该技术成果在天津生态城水系统和海绵城市规划、建设与管理中得到应用,实现非常规水利用率超50%、水体水质达GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类,年径流总量控制率>80%,径流污染削减率>65%(以SS计),年雨水资源化利用总量达30余万m3,优化了水资源结构并提高了水资源利用效率,全面改善了天津生态城水环境质量,提升了涉水设施动态联动联控的协同管理水平,为同类型地区水系统和海绵城市高标准建设提供了参考和借鉴。     

沈阳市产业能源结构调整对环境空气质量的影响

在分析“十一五”期间沈阳市产业结构优化升级和能源结构调整情况的基础上,利用沈阳市经济和环境统计数据,通过单位GDP耗能和单位GDP污染物排放量等指标纵向比较,探讨沈阳市产业能源结构调整对环境空气质量的影响。结果表明,通过产业结构调整,装备制造业、服务业和高新技术产业等在总产值中的占比不断提高,在推动经济健康发展的同时,使单位生产总值煤耗持续下降。新型能源发展战略的实施,能源结构出现良性转变,五年间耗煤量相对降低,燃料油、焦炭、洁净燃气占比升高,使工业废气中烟尘、二氧化硫单位产值排放量分别下降12．4t／4L元、12．2t／亿元。经济发展方式的转变,产业能源结构的调整,相对降低废气的排放量,有效促进了沈阳市环境空气质量的改善。     

深圳市综合水质指数研究及其在水资源资产评估上的应用

自然资源资产评估技术是开展自然资源资产负债表实践和实行环境责任离任审计的重要技术支撑。水资源作为一项重要自然资源,如何有效评估水资源资产是不可回避的问题。论文以深圳市为研究区域,一是采用综合污染指数法和主成分分析法,以总氮、氨氮、总磷、化学需氧量、生化需氧量、固体悬浮物为指标参数构建了深圳市综合水质指数以评价水资源综合水质。二是以该综合水质评估模型为基础,通过采用治污成本法分析综合水质与治污成本间的关系,从而构建深圳市景观水和饮用水资源的价值量评估模型。论文还以深圳市大鹏新区为试点开展了水资源价值量评估,评估结果显示,2015年大鹏新区景观水和饮用水资源的价值量分别为3.60亿、0.35亿元。     

深圳市湿地保护与利用模式研究

深圳市湿地类型有近海及海岸湿地、河流湿地、湖泊湿地和人工湿地共4大类,总面积12 188.57 hm2,占深圳市国土面积的6.12%。本研究提出深圳市湿地保护和利用模式。湿地保护模式分重点保护湿地和一般保护湿地两个层次,重点加强湿地自然保护区的保护与管理。湿地利用模式划分为防护型湿地、资源利用型湿地、水质净化型湿地和湿地公园。水质净化人工湿地作为一种新型高效生态水质净化技术,可应用于污水处理厂尾水深度处理、河水水质净化、面源污染控制与水源保护等领域。湿地公园是对城市湿地面积缩减的弥补和平衡,具有综合生态服务功能,对城市湿地保护和可持续发展具有重要意义。     

工业用水与经济发展的关系——用水库兹涅茨曲线

经验数据显示,发达国家工业用水随经济发展的变化存在着一个由上升转而下降的转折点。因此,工业用水随收入增长的演变模式可以用库兹涅茨曲线形式来表示。工业用水下降点对应的人均GDP的阈值是3700-17 000US$(PPP,以1985年为基数)。与之相应的第二产业在GDP总量中所占份额是30％～50％。工业用水下降的直接原因是用水效率的提高,其来源有两方面:部门用水效率的提高和经济结构调整。这提供了一个积极的信号,即发展中国家的工业用水将不会一直持续增长,从而为更好地预测发展中国家的工业用水量提供非常重要的思路,也为正确把握用水变化规律,制定符合规律的水资源对策提供科学基础。     

不同情景模式下雄安新区的水资源利用效率和节水潜力分析

雄安新区是千年大计、国家大事,水资源短缺与水体污染成为制约其发展的主要问题。从水资源利用效率及节水潜力视角出发,以深圳发展历程为标杆,结合情景分析与方向性距离函数等模型,展示到2035年不同情景的雄安水资源利用效率及节水潜力发展图景和路径。研究表明：从利用效率看,在基准、起步、建成情景下雄安呈现出由低效率区到较高效率区再到高效率区的变化态势。从节水潜力看,效率改善空间减小、技术落差比增加等表明雄安节水潜力得到充分挖掘。杜绝污水直排、积极发展污水处理技术、优化新区产业结构等是促使水资源利用效率提高的有效手段,是雄安实现绿色生态发展的重要保障。     

感潮河流环境需水量预测及敏感性分析--以深圳河为例

以深圳河为研究区域,应用～维非恒定水质模型计算了感潮河流的环境需水量,并针对污染负荷、补水水质、潮汐和污水厂尾水处置等因素对环境需水量的影响进行敏感性分析．结果表明,随着污染负荷和补水本底污染物浓度的增加,环境需水量分别成近似线性和指数函数增加;大、小潮时深圳河的环境需水量差别不大,但涨、落潮的影响却不能忽略;将污水厂尾水输送到流域外排放或将尾水资源化后作为河道补水可以大大减少环境需水量因此,掌握环境需水量的变化规律,对于感潮河流水环境综合治理中截污、补水、污水厂尾水处置等方案的决策具有重要的指导意义．     

三峡库区小城镇水环境与工业产业结构优化模型——以万州区分水镇为例

以长江上游三峡库区腹部的重庆市万州区分水镇为研究对象,根据2005年分水镇工业各行业的结构特点及各行业对水环境的污染特点,建立水环境--经济工业结构多目标优化模型,选取工业生产总值最大和COD排放量最小作为优化目标,量化分水镇2010年工业结构,选择出符合当地经济发展"十一五"规划目标和水环境保护目标的工业结构优化方案,提出具体的工业产业发展建议,达到减少工业污染物对境内长江次级河流瀼渡河的污染,有效地改善瀼渡河水质状况,同时保证分水镇社会、经济、水环境的可持续发展的目的.文章同时也对三峡库区小城镇的工业产业结构优化调整,获得既符合经济发展目标又满足水环境保护要求的合理的工业产业结构,提供可借鉴的思路和方法.     

长江水质评价与沿江产业发展决策

长江干流水质基本良好,攀枝花以上江段属一类水,以下江段绝大部分属二,三类水,但长江干流大中城市江段已出现岸边污染带,达不到三类水要求。长江沿江城市内河均已受到较严重污染,许多内河达不到四、五类水要求。沿江湖泊、城市内湖和自来水取水水源也已受到不同程度污染。长江水质污染与沿江产业发展有密切关系。现仍可在沿江布局新工业和耗水企业,但主要应布局在中上游或稀释能力大的江段;沿江工业发展不宜超速;应搞好区域产业结构调整,长江三角洲地区宜发展高技术产业和高层次第三产业;抓好自来水厂选址工作,严格禁止在水源水附近上游布局污染企业。     

基于水量平衡的流域生态耗水量计算——以海河为例

论文提出一个基于水量平衡的流域生态耗水量的计算方法。以海河流域为例,利用流域多年年降雨、入海水量、引黄水量、地下水超采水量、工业用水量、农业用水量、生活用水量、工业废污水排放量和生活污水排放量等资料,得出1956～1998年流域生态耗水量的多年变化。计算结果显示,虽然流域在1956～1998年的43年间环境发生明显变化,然而流域生态耗水总量没有呈明显的上升或下降趋势。最后通过对比研究,给出了论文提出的算法与基于当地水资源的算法结果的物理解释。