基于Copula模型的丰枯频率分析——以南水北调西线工程调水区径流与黄河上游来水的丰枯遭遇研究为例

以道孚、绰斯甲、足木足和兰州水文站1960～2000年的同步天然年径流量系列为基础,应用Copula方法构造了南水北调西线一期工程调水区径流与黄河上游来水之间的联合分布,具体分析了调水区径流与黄河上游来水的丰枯遭遇频率。结果表明：由西向东依次按鲜水河、绰斯甲河、足木足河的顺序,调水河流与黄河上游丰枯同步（异步）的频率在递增（递减）,到了足木足河,其丰枯同步的频率已大于丰枯异步的频率;有利于调水到黄河的频率在递减,但仍保持在30％以上,略大于南水北调中线工程的利于调水频率;且调水区径流与黄河上游来水同枯的频率维持在26％以下,这些对于南水北调西线一期工程的实施都是有利的。     

南水北调工程及其生态安全：优先研究领域

南水北调工程的实施将大幅度增加黄河上游径流量，并同时减少长江尤其是其上游及汉江下游的径流量，从而导致两条主要河流及其支流的水环境改变。中线工程从汉江上游丹江口水库调水，库区上游90 000余km2内的非点源污染和1 300万人口的生活污水处理设施的缺乏对水质将产生重大影响;调水引起水文节律的改变从而对东线沿途的湖泊生态系统产生重大影响;黄淮海平原受水区可利用水量的增加也可能导致该地区的盐渍化。介绍了南水北调工程并讨论了其必要性，提出了工程对生物迁移的影响、水环境及水生态安全、水资源保护的流域生态系统管理和西部退化生态系统的恢复和重建等优先研究领域，并提出结合“中国生态系统研究网络”、“生态环境国家野外科学观测研究站”的建设和长期监测来保障工程生态安全的策略。     

东线南水北调工程对长江口咸水入侵影响及对策

南水北调工程是长江流域继三峡工程后的又一重大工程，工程建成后对长江河口的环境与生态有何影响以及影响程度如何是众所关注的一个重要问题。南水北调是大规模的跨流域调水，有东，中，西线三种方案，它建成后必将对长江口的自然环境产生影响，这种影响可能涉及径流，泥沙，咸水入侵，岸滩冲淤，航道，水产，渔业和生态环境等诸多方面。根据有关初步设计资料及长江河口的流量和盐度等实测资料，用统计的方法对东线南水北调调水500，700和1000m^3/s后对长江口咸水入侵的影响进行了初步预测。为了减少其不利影响，还提出了采取加快实施北支整治工程，尽快建造新的避咸蓄淡水库，确定调水的控制流量和三峡工程提前蓄水等措施，供南水北调工程决策和设计部门参考。若参采取这些措施，南水北调对咸水入侵造成的负面影响是可以缓解或抵消的。     

中线调水对汉江下游枯水期的水安全影响研究

针对现状以及南水北调中线工程不同调水方案下的水文条件,从可利用水资源量和水环境容量两个方面来研究中线调水对汉江下游枯水期水量和水质状况的影响。以人均月可利用水资源量和人均月水环境容量作为评价指标,提出相应的水安全评价方法和评价标准,来定量评价调水前后汉江下游枯水期水安全的变化程度。研究结论认为：各调水方案对汉江下游水量安全的影响程度比水质安全大;调水对枯水期水安全影响较大的月份是12月、1月和2月,而11月、3月则要好一些;现状条件下的水安全评价结果都在“较为安全”级别以上,而各调水方案的实施对汉江下游水安全都有一定影响,其中以方案Ⅱ的影响最大,方案Ⅲ则由于引江济汉补偿工程的兴建,其水安全保障程度要高于其他方案.     

南水北调西线一期工程对金沙江上游梯级开发的发电影响

南水北调西线一期调水工程规划从大渡河调水25亿m3，从雅砻江调水15亿m3，调水对金沙江上游大渡河及岷江、雅砻江、金沙江（简称“三江”）的水电开发带来一定影响，调水减少了电站入库水量，使“三江”的可开发水力资源减少；改变了径流的年内分配过程，使年内丰平枯期发电量结构发生变化，装机规模减少；而且，上中游河段受影响大于下游。跨流域调水工程可缓解缺水地区水资源供需矛盾，也将给调水地区带来生态环境及水电开发影响，必须全面规划，统筹兼顾，趋利避害，促进全流域，全地区经济、社会、资源与环境相互协调与可持续发展。     

南水北调东线水资源配置中的期权契约研究

针对南水北调东线实际和传统水资源配置方法的局限性。借鉴金融工程的理念。引入水期权契约作为市场机制下水资源配置的一种方式．用以提高干旱年水供给保证率、规避水价波动风脸，从而提高东线水资源使用价值。分析期权契约理论用于南水北调水资源配置的可行性。并根据东线受水区流域水资源供求缺口的影响因素分析．得出水价的均值回复特性。在上述分析基础上引入多次执行期权契约。考虑应用动态规划方法对期权价值进行求解。并通过算例分析验证了该方法的可行性．最后根据南水北调东线实际构建了水期权契约在东线的应用流程。     

南水北调东线湖群水体营养状态评价及其限制因子研究

湖泊富营养化问题是我国湖泊保护面临的紧迫问题,开展湖泊营养状态评价及其限制因子研究,对于富营养化湖泊治理和生态系统修复具有重要意义。该研究以南水北调东线工程调蓄湖群-高邮湖、洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖为研究区域,于2018年4月非调水期和10月调水期对调蓄湖群109个样点开展了系统监测,采用综合营养状态指数法对调蓄湖群营养状态进行了评价,运用多元统计分析方法分析了湖群富营养化特征及其限制因子。结果表明:同一水期内调蓄湖泊间水质指标不尽相同,各调蓄湖泊非调水期水质优于调水期,影响水质达标的主要因子为总氮和总磷。调蓄湖群调水期均处于轻度富营养状态,非调水期均处于中营养状态,非调水期优于调水期。透明度和叶绿素a是决定调蓄湖群富营养化水平的限制性因子。     

南水北调西线一期工程调水河流之间实施补偿调度的可能性分析

以道孚、绰斯甲、足木足水文站1960～2000年的同步天然年径流量系列为基础,应用Copula方法构造了南水北调西线一期工程调水河流之间的径流联合分布模型,具体分析了鲜水河、绰斯甲河、足木足河这3条调水河流之间实施补偿调度的概率。结果表明：鲜水河与足木足河之间实施补偿调度的可能性最大,绰斯甲河与足木足河之间实施补偿调度的可能性次之,鲜水河与绰斯甲河之间实施补偿调度的可能性最小,其概率分别为4374％、3884％和2582％。
     

基于最严格水资源管理制度的初始水权分配研究

实行最严格水资源管理制度是2011年中央一号文件明确要求的内容。在分析最严格水资源管理初始水权分配内涵的基础上,首次以水资源管理“三条红线”为准则,构建了包含目标层、准则层、指标层及方案层4个层次结构的初始水权分配指标体系,建立了最严格水资源管理初始水权分配的投影寻踪模型,并采用量子遗传算法优化投影指标函数,以模型计算出的最佳投影值作为初始水权分配的分水比例。最后,以南水北调东线一期工程为例,将本文所建立的模型用来分配该工程净增加供水量的初始调水量。结果表明:该指标体系和模型具有一定的可操作性及有效性。     

南水北调中线水源区与海河受水区旱涝遭遇研究

南水北调中线工程水源区与受水区的旱涝遭遇性是跨流域水资源调配与管理运行的重要依据。利用我国近500 a旱涝等级历史资料和近几十年的实测雨量资料,进行了南水北调工程水源区与海河受水区历史旱涝特征分析,并采用集对分析法对水源区与海河受水区的旱涝遭遇进行了研究。结果表明: 南水北调中线水源区与海河受水区历史上旱涝灾害频发,持续性旱涝灾害严重,近3个世纪以来旱涝灾害发生次数和程度都呈现出增加的趋势。水源区与海河受水区旱涝的联系度很低,两个区域的旱涝状态同步性比较差,旱涝遭遇情况对工程调水有利的几率为567%,对工程调水不利的几率为2488%。因此,要使南水北调工程发挥最大效益和价值,还需要其他水利工程配合进行合理调控。     

江苏太湖地区调水改善水环境研究

太湖流域是我国经济最发达的地区之一，也是水污染最严重的地区之一。江苏太湖地区面积占全省的1／5，2005年仅苏锡常三市的GDP就占全省的55．68％，但本地区水污染形势十分严峻。采用水环境治理的“活水”思想，在分析了江苏太湖流域水环境现状的基础上，对江苏太湖流域沿江口门引水调水的可行性作了探讨，并按流域调水、分区域调水及组合调水多种方案进行了论证，分析各种调水方案改善水环境的效果。研究表明：通过流域或区域调水可有效改善太湖流域江苏境内的水环境，其中湖西及阳澄淀泖引水、武澄锡排水这种组合方案对水环境的改善最佳。     

水利调度修复东湖水质的数值模拟

总结武汉东湖水质污染问题基础上,根据湖泊和港渠联通状况设计了长江-东湖水利调度的调水线路和调水方案。基于一维港渠河道水动力水质模型和二维湖泊水动力水质模型,通过嵌套耦合求解的方式实现耦合,建立了一、二维湖泊河网水动力水质耦合模型,并利用实测数据进行了参数率定和验证。采用数值模拟的方式研究了水利调度影响下东湖水质的改善效果,结果表明：水利调度影响下东湖主要湖区水体CODMn和TN指标得以明显改善,但TP指标改善不大;东湖湾汊众多,个别湖区受到调水线路影响较小,水质改善不明显。因此水利调度可以作为东湖水体修复的重要思路。建立的数学模型也可以为东湖以及其他类似水域的水污染治理提供科学参考和依据     

瀑河水库蓄水后水质变化预测

瀑河水库拟作为南水北调中线的一个调蓄水库。在瀑河水库淹没区内布10个采样点，分别采集0－20、20－40、40－60cm深度的土壤，实验室中模拟水库蓄水淹没情景，连续监测“库水”水质，试验表明：蓄水初期土壤中营养物质溶出对库水水质有一定影响，且随着时间的推移，各营养物质溶出的速度及浓度变化不同，蓄水16天后浓度趋于平稳，库水水质达到地表水环境质量Ⅱ类标准，将模拟值作为初始值，利用WQRRS模型进行运行期水质预测，得到结论为：（1）当调水水质为Ⅰ和Ⅱ类标准值的中值、流域汛期径流水质为Ⅱ－Ⅴ类时，预测库水水质为Ⅱ－Ⅲ类；（2）当调水水质为Ⅱ类标准值的下限值、流域汛期径流水质为Ⅱ－Ⅴ类时，预测库水水质大多为Ⅲ类，部分情况下为Ⅳ类，且N、P超标；（3）当调水水质为Ⅰ和Ⅱ类标准值的中值、流域径流水质为Ⅱ类时，在2010、2020和2030水平年水库水质全部为Ⅱ类；当调水水质为Ⅱ类标准值的下限值时库水水质则为Ⅲ类。     

南水北调西线一期工程大渡河流域减水段生态水文浅析

南水北调西线一期工程调水前河流生态水文特征、调水对生态影响的研究对于进一步探讨有利于生态保护的水利工程调控措施具有重要意义。采用IHA方法分析大渡河流域调水区河流调水前的水文资料,提取对基本生态条件维护具有重要意义的月基流量作为特征流量,采用Tennant法评价基流量对生态的有利程度,以历史上曾经发生过的特征流量对生态的意义作为参照,对比分析一期调水工程实施后水文站月平均流量对生态的有利程度,间接推求坝址下游近坝段特征基流量,探究调水后月均流量对生态的有利程度。结果表明：随着沿程流量的恢复,绰斯甲站、足木足站河道水量得到恢复,调水后月平均流量对生态有利程度能达到较好状态;坝址下游河段调水后月平均流量的生态有利程度汛期较差,珠安达和霍那坝址下游6月份甚至为“极差”水平     

北大港水库水质模拟及分析

建立水动力、水体污染物输运及底泥污染物输运数值模型,采用有限差分与有限体积相结合的方法,对北大港水库氯离子进行动态数值模拟。通过对计算值和实测值的比较分析,验证了模型的可靠性。模拟了水库5种蓄供水方案,得到各方案流场及水体和底泥氯离子浓度动态变化规律,同时分析了流速、水体氯离子浓度与底泥氯离子浓度差对底泥氯离子释放速度及释放总量的影响。揭示了北大港水库各运行方式流场及水质变化规律,为更好地发挥引黄济津及南水北调东线工程调蓄水库作用提供保证。     

南水北调东线Newsvendor优化模型

结合南水北调东线工程实际,对南水北调东线水资源供应链系统进行了界定,考虑准市场条件下南水北调东线供应链的优化问题,在降雨服从随机分布条件下分别建立了需求与降雨无关、需求与降雨相关情形下的南水北调东线供应链Newsvendor优化模型,并进行了算例分析,研究表明:需求与降雨相关情形下的最优生产量不高于需求与降雨无关情形下的最优生产量;无论是需求与降雨无关还是需求与降雨相关情形,江苏系统供销商的最优生产量对于本地终端零售价和本地缺水成本不太敏感,随着外地批发价和外地缺水成本的增大而增大,随着持有成本的增大而减小,随着供销商的降雨量利用比率的增大而减小;其中,需求与降雨相关情形,最优生产量还随着本地终端用户的降雨量利用比率的增大而减小。论文对于南水北调工程优化运营调度的理论和实践有一定的学术价值和应用价值,同时对于丰富Newsvendor优化模型的理论和应用推广有着积极的意义。     

汉江中游水污染规律与控制方案研究

汉江中游是汉江流域的重要区段和历史文化名城襄樊市所在地 ,其水环境保护意义重大。干流襄樊市区上游水质良好 ,为Ⅱ～Ⅲ类 ;干流宜城段及除清溪河外的所有支流均污染严重。“九五”期间工业COD重于生活COD ,占 6 1.8% (1998)。预测“十五”期间生活COD重于工业COD ,占58.92 % ;污染负荷集中于襄樊市区、枣阳、襄阳三个流域段 ,共占COD总负荷的 75.32 % (1998) ;制浆造纸业COD在工业源中占 4 9.96 % (1998)。治理 6家重点工业源排污大户共需资金 930 0万元 ,削减COD 1772 6t/a。在工业源全面达标排放的基础上 ,“十五”期间安排了治理生活污水含A、B、C三种项目类型的三个工程方案。第一方案突出了襄樊市区、枣阳、老河口三市的生活污水治理 ,“十五”期间投资 4 80 0 0万元 ,削减COD 170 0 0t/a ,实现汉江中游全流域 2 0 0 5年的水质目标 ;第二方案总投资 6 980 0万元 ,削减COD 2 550 0t/a ,保证汉江中游全流域稳定地达水质目标 ;第三方案总投资7580 0万元 ,削减COD 2 910 0t/a ,为汉江中游水质进一步改善提供条件。建议保证第一方案 ,创造条件部分实施第二、第三方案     

南水北调中线工程中的引江济汉补偿工程

引江济汉是南水北调中线引汉调水的补偿工程,按总体规划应结合当地水利规划建设,不宜修成封闭的“高架”水渠只向汉江下游补水。遵循节约资源、保护环境、推动发展的思路,引江济汉应以江苏江水北调模式,扩展和延伸为引江入汉济黄,取代南水北调中线二期扩建工程。①引江入长湖利用沮漳河下游河道输水,并改造荆州城市水系,破解血吸虫病传播扩散、泥沙入湖和水源污染三大环境风险;②引江入汉利用长湖调蓄提水至兴隆水库,节省渠道长度;③碾盘山梯级采取一级二站抽水蓄能开发方式,简化汉江干流反向输水工程,抽江至崔家营水库,引清调度改善汉江中下游水质,又为黄河下游增加水资源量提供稳定可靠的水源;④从“南襄隘道”唐河东侧修建鄂豫运河,将长江水不经丹江口水库直接送达方城去郑州济黄,推进构建一条纵贯南北的水运干线。     

南水北调东线治污对山东段的环境与经济影响——基于EKC曲线理论的实证分析

南水北调东线治污属于跨流域与跨区域复杂系统污染治理问题,涉及社会学、经济学、管理学等多个领域,是一个复杂的系统工程,治污效果的好坏直接关系到南水北调东线工程的成败。基于环境库兹涅茨曲线及相关理论,选取2003—2017年南水北调山东段沿线枣庄、济宁、泰安、莱芜、临沂、菏泽6市的工业废水排放量、工业COD排放量、工业氨氮排放量与人均GDP数据进行拟合研究,通过对比东线区域内外的EKC曲线,实证分析了东线治污对南水北调山东段环境改善与经济发展的影响,提出了东线治污模式。结果表明:①沿线区域内6市的工业废水与人均GDP的EKC曲线均呈"倒N"型曲线;枣庄市和莱芜市的工业COD与人均GDP的EKC曲线分别呈"倒U"和"U"型,其他市均呈"倒N"型曲线;临沂市的工业氨氮与人均GDP呈现"N"型,其他市均呈"倒N"型。②区域内的工业废水、COD及氨氮排放量与经济EKC曲线均呈"倒N"型,而区域外均呈现"N"型,"倒N"型反映目前区域内的工业排放随着经济进一步的发展已经开始减少,而"N型"说明随着经济的发展,区域外的污染排放仍在不断增大,污染治理的水平有待进一步提升,这表明区域内的工业排放控制时间早,效果好。③区域内的污染物排放量同期均明显低于区域外,而区域内人均GDP的平均增长率(13.5%)却高于区域外(12.4%),反映出南水北调东线治污加快提升了区域内水环境质量,实现了环保治污与经济发展的双赢。山东省在治污实践中形成的政府主导、市场化运作、鼓励公众参与的利益相关者多元共治先进模式,使区域内环境与经济发展更加协调,引领东线治污更早跨越了经济发展水平的壁垒,进入区域可持续发展轨道。     

长江上游水土流失成因及治理模式研究--以重庆市城口县为例

水土保持工作是一项直接关系三峡工程和“南水北调”工程的重要工作,也是西部生态环境建设的重要内容之一。以“长治”工程重点县——城口县为例,研究其水土流失成因及治理模式。该县位于重庆市最北端,既是“长治”工程重点县,也是“南水北调”工程中线引水方案丹江口水库上游水土保持工作重点县。该县水土流失比较严重,流失面积高达1 728.67 km\+2,占全县土地总面积的52.61%。造成水土流失的主要原因既有自然因素,又有人为因素,但其资源相当丰富,为水土流失治理模式提供了较好的基础条件。在分析其水土流失成因基础上,结合该县的资源优势和实际情况,提出其水土流失治理的模式和途径,以期进一步推进该县生态环境建设、加强水土保持工作,为长江上游贫困山区县的水土保持工作探索比较合适的模式和途径。