皇甫川丘陵沟壑区小流域生态用水实验研究

一个强烈水土流失小流域(准格尔五分地沟),经过20多年水土保持植被建设,乔灌草人工植被镶嵌分布,覆盖率达80%,在有效遏制水土流失的同时,也消耗相当量的水资源---生态用水。2002年生长季节,采用实验研究方法,测定了该小流域各不同类型植被蒸散量、各不同类型土壤贮水量及降水量等,计算出该小流域四大类型植被生态用水(按大小顺序):①农田为5321.3m³/hm²;②乔木林为4654.8m³/hm²;③灌木林为4047.8m³/hm²;④草原为3244.3m³/hm²。估算出全小流域生态用水量:①各类植被生态用水量约150×10⁴m³;②水库湿地生态用水量约26×10⁴m³;③居民点生态用水量约4000m³。三项合计,即五分地沟小流域总生态用水量约176×10⁴m³。值得重视的问题是:该小流域植被生态用水量和总生态用水量均超出同期降水量(130×10⁴m³)达20×10⁴～40×10⁴m³。这意味着土壤贮水量耗减20～30mm。因此,在生态环境建设中,构建适宜的植被模式,调控生态用水量,将对维持生态系统稳定及其环境改善起重要作用。     

不同种植密度苦草与铜绿微囊藻的交互作用

沉水植物能有效抑制蓝藻水华,通常以铜绿微囊藻为主要优势物种,但沉水植物与铜绿微囊藻相互抑制效应是否取决于沉水植物的种植密度还需进一步探究。该研究采用透析袋方法对苦草(1 000、1 500、2 000 g/m³)3种种植密度与铜绿微囊藻(8×10⁴、4×10⁵、8×10⁵cells/m L)形成共培体系,并对生物量、光合损伤进行分析。研究结果表明,当铜绿微囊藻密度为8×10⁴cells/m L时,种植1 000 g/m³苦草对铜绿微囊藻的抑制效果高达91.73%,同时较对照组铜绿微囊藻的Chl-a含量、光合活性F_v/F_m分别降低了93.81%、63.87%,藻蓝蛋白受到严重损伤。当铜绿微囊藻密度为4×10⁵、8×10⁵cells/m L时,种植1 500 g/m³苦草对铜绿微囊藻的抑制率分别为43.70%、34.99%,较对照组其Chl-a含量分别...     

投入产出法在虚拟水消费与贸易研究中的新应用

虚拟水是缓解水资源危机的一种途径。投入产出法是研究虚拟水的主要方法之一,可分为单区域投入产出模型（SRIO）和多区域投入产出模型（MRIO）。鉴于SRIO 和MRIO单独应用时存在一定局限性,论文提出同时运用单区域投入产出表和多区域投入产出表研究虚拟水,即：利用SRIO 计算完全用水系数,并直接利用单区域投入产出表区分本地水足迹与外来水足迹,再根据多区域投入产出表分析区域间的虚拟水贸易。广东省的案例研究显示：①2007 年广东省水足迹为333.9×10⁸ m³,其中本地水足迹223.6×10⁸ m³,外来水足迹110.3×10⁸ m³;②广东省同年虚拟水输出量445.4×10⁸ m³,输入量454.1×10⁸ m³,其虚拟水的外部来源主要是湖南、广西和浙江。结果表明以上方法可全面计算完全用水系数,有效区分本地水足迹与外来水足迹,揭示区域间的虚拟水贸易关系,为水资源管理决策提供方法支持。     

山西省永定河流域林草植被生态需水研究

以山西永定河流域及周边17 个气象站点1957—2000 年的气象资料为依据,在GIS支持下,从时空角度定量分析了山西永定河流域林草植被生态需水及其在不同植被类型、流域不同地区及植被生长期内的分配。研究结果表明: 山西永定河流域植被建设最小生态需水量为1 628.5×10⁶ m³,对应的盈余水量为653.5×10⁶ m³,适宜生态需水量为2 709.5×10⁶ m³,对应的生态缺水量为427.5×10⁶ m³;降雨总体上能满足相应面积草、灌、乔植被生长期最小生态需水及草地适宜生态需水,基本满足灌木植被的适宜生态需水,不能满足乔木植被适宜生态需水;生态缺水较多的区域主要是大同、怀仁和左云等地,缺水时段集中在4—6 月。关键词:生态需水;林草植被;GIS;山西永定河流域     

中国能源产业的现状需水估算与趋势分析

论文研究了我国能源产业的用水现状和各类能源产出的发展趋势,并评估预测了2012、2020、2030年我国能源产业的需水情况。分析表明：2020、2030年我国能源产业需水总量将分别达到655×10⁸ 和677×10⁸ m³,比2012年有所增加,但增量不超过20%。火力发电仍为能源产业中用水量最大的行业,风力发电、核力发电、太阳能发电在高速发展进程中并未大规模用水。页岩气开采需水不多,但开采初期的大量用水在缺水地区会造成用水紧张。能源作物种植需水量将大幅增加,2012—2020、2020—2030年其需水增长量分别为30×10⁸和18×10⁸ m³,是造成未来能源产业需水增长的主要因素之一。     

引汉济渭调水工程水资源配置研究

为解决关中地区水资源短缺问题,陕西省规划实施南水北调引汉济渭调水工程。在分析调水工程受水区用户、供水系统的基础上,构建了水资源配置网络图,并建立了该系统的水资源配置仿真模型,确定了配置原则。结合调水工程,设定了7种方案,通过长系列计算,得出了各方案的水资源利用情况。2020水平年,调水15.5×10⁸ m³后可增加供水10.69×10⁸ m³,占需水量的38.76%;调水15.5×10⁸ m³与调水10.0×10⁸ m³相比,工业供水保证率提高32.75%。计算结果表明,实施调水工程后可有效缓解受水区水资源短缺,调水量在保证城市用水、改善渭河河道生态环境方面发挥着主要作用。     

枯水年长江中下游江湖水交换作用分析

利用宜昌、汉口、大通、城陵矶、湖口等重要水文站的长时间序列水位、流量资料,着重分析了1978年和2006年典型枯水年长江中下游江湖水交换作用。论文建立了能表明江湖水交换作用的经验公式,以此为量化方法来表示江湖水交换作用的强度。结果表明:1978年代表三峡大坝建造之前典型枯水年的性质,2006年则已显示出三峡水库的运行对通江湖泊与干流水交换的积极作用。表现在江湖水交换系数上,1978年洞庭湖和鄱阳湖分别为0.57和0.56,洞庭湖和鄱阳湖与长江水交换处于稳定状态;2006年洞庭湖和鄱阳湖水交换系数分别为0.89和0.51,显示出2006年比1978年水交换作用强烈。洞庭湖和鄱阳湖与长江交换水量显示:1978年补给长江水量为分别为1 990×10⁸ m³和947×10⁸ m³,约占同期大通径流量的29%和14%;2006年补给长江水量分别为1 962×10⁸ m³和1 564×10⁸ m³,约占同期大通径流量的28%和23%。尤其是2006年鄱阳湖补水量比平水年还多5%,该年大通站流量全年维持在10 000 m³/s以上,以此保证了下游乃至河口地区水资源供给的安全。     

基于水资源转化模拟的石羊河流域水资源优化配置

流域水循环过程是水资源合理配置对象依存和演化的基础。针对内陆河流域水资源多次转化多次利用的特点,建立以水资源转化过程为基础的流域水资源优化配置模型。按水力联系将内陆河流域系统分为独立的子系统。按水资源转化特点和用水格局将各独立水系统分渠灌区、井灌区和渠井混灌区三个一级计算单元,每个一级计算单元由若干灌区(二级计算单元)组成。运用水均衡模型和BP人工神经网络模型模拟一级计算单元间的水资源转化过程,分别模拟井灌区和渠井混灌区的来水量。建立一级计算单元和二级计算单元两层水资源优化模型,分别以灌溉用水效益最大和公平用水为配置目标。将一级计算单元的优化模型耦合到水资源转化模拟模型中。凉州区配置水量10.68×10⁸ m³,金川区为2.63×10⁸ m³,流域农业灌溉用水16.64×10⁸ m³,占总毛用水量的75％,相比现状有大幅下降。分别采用模拟寻优和遗传算法求解两层优化模型,将水量分配到灌区,进而分配到行政区,实现水资源的流域配置和行政区配置的统一,便于水资源统一管理。     

广东省夏秋季光化学反应活性空间分布表征

于夏末秋初在深圳市城市和郊区开展了大气OH自由基观测,结果显示OH自由基日间峰值平均浓度分别为6.0×10⁶cm^-3和5.9×10⁶cm^-3,与国内外其他地区相比处于中等水平.基于实测数据构建了拟合效果较好的本地化OH自由基参数化公式,应用于广东省OH自由基空间分布的表征,并进一步利用日间OH和NO₂浓度之积反映光化学反应活性(AP).结果发现,2018年夏秋季广东省大气光化学反应活性总体上呈现珠江三角洲较高,AP达10.1×10⁷μg/(m³·cm³),粤东、粤西、粤北地区较低的分布态势,AP分别为5.4×10⁷, 5.9×10⁷和7.7×10⁷μg/(m³·cm³);同期的PM_2.5和O₃高值区域也集中在珠江三角洲,说明了调控光化学反应活性对珠江三角洲协同控...     

“三年行动计划”对大气环境持久性自由基污染特征和来源的影响

采用电子顺磁共振波谱法(EPR)对“打赢蓝天保卫战三年行动计划”(“三年行动计划”)实施期间(2018～2020年)以及实施前后(2017年和2021年)西安大气PM_2.5中EPFRs的浓度特征、种类特征及可能来源进行了探讨.结果发现,该计划实施后西安大气PM_2.5中EPFRs平均浓度(5.03×10¹⁴spins/m³)比实施前(7.18×10¹⁴spins/m³)下降了29.9%,表明“三年行动计划”的实施对EPFRs的控制是有效的.冬季浓度(8.61×10¹⁴spins/m³)是夏季(3.10×10¹⁴spins/m³)的2.8倍,其主要类型为以碳为中心附近受含氧官能团影响的自由基.相关性及平行因子分析显示,燃煤源(35.3%)、交通燃烧源(30.0%)和扬尘源(27.8%)可能是西安大气PM_2.5中EPFEs的主要来源.冬季交通燃烧源占比最...     

三峡水库运行对洞庭湖北部地区水资源开发利用的影响

依据实测原型水文序列,在辨析三峡水库运行与四水流域水利工程运行对江湖水文关系演变特征影响的基础上,重点剖析了三峡水库运行对洞庭湖北部地区水资源开发利用的影响。结果表明:①在江湖水文关系演变过程中,三峡水库运行对洞庭湖水情演变的影响要大于四水水利工程运行的影响;②洞庭湖区水资源比三峡水库运行前(1951—2002年)类似来水情景下减少了185.60×10⁸ m³;③三峡水库蓄水调度运行期,枯水年、丰水年9月15日至10月31日荆南三口入湖平均径流依次减少67.99×10⁸、23.14×10⁸ m³,补水运行期枯水年、丰水年1—3月三口入湖平均径流依次减少4.93×10⁸、11.51×10⁸ m³;④三峡水库运行对洞庭湖区水资源开发利用影响的地区是澧县、安乡县、沅江市、南县、华容县等县市,影响时间为每年10—12月或1—3月,影响的后果是因季节性和工程性缺水造成该区平均每年经济损失约57 359×10⁴元。     

塔里木河流域枯水年生态调水方式及生态补偿研究

近年来塔里木河流域大规模水土资源开发导致水资源供需矛盾日益尖锐,特别在枯水年,生态及社会安全受到严重威胁,亟需通过提出科学合理的生态调水方式及生态补偿方案来化解这一矛盾。论文利用塔里木河“四源一干”的地表径流、断面引退水、地下水埋深、气象等资料及干流下游流域内的遥感影像数据,根据水量平衡原理计算了各河流的河损及干流下游的生态需水量,提出了枯水年流域水量分配方案,确定了流域枯水年生态调水方式及相应的生态补偿方案。结果表明：1）在特枯水年,下游需水量为7.01×10⁸ m³,至少挤占上游源流10.70×10⁸ m³水才能保障,从上游源流调水至干流单方水的总效益和经济效益将分别减少38.2%和81.2%,因此该调水方式是不合理的,应改从开都-孔雀河调水以满足下游用水;2）调水后上游源流对开都-孔雀河单方水的补偿量为3.4元。研究可为流域水资源的高效开发、利用和管理提供科学依据。     

中国湖库洪水调蓄功能评价

湖泊是抵御湖区水系洪水灾害的天然屏障,而水库是现代防洪工程体系的重要组成部分,两者共同肩负我国防洪减灾的重任。为探明我国湖、库洪水调蓄功能状况,分析区域防洪需求进而提出对策建议,论文以湖泊可调蓄水量和水库防洪库容为评价指标,基于可调蓄水量与湖面面积以及防洪库容与总库容的数量关系构建模型,分别对我国湖泊和水库的洪水调蓄能力进行了初步评估。结果表明,我国湖泊可调蓄水量和水库防洪库容分别为1 475.47×10⁸和2 506.85×10⁸ m³,湖库洪水调蓄功能总量为3 982.33×10⁸ m³。从空间分布来看,湖泊调蓄能力以西藏、青海、江苏等省以及西北诸河、长江、淮河等流域较强;水库调蓄能力以湖北、广东、湖南等省以及长江、珠江、黄河等流域较强;湖库综合调蓄能力则以西藏、湖北、青海、江苏、湖南等省以及长江、西北诸河等流域较强。从防洪需求来看,珠江、长江、海河、淮河等流域湖库调蓄能力与设计洪量的比值较小,防洪压力较大。针对珠江流域和海河流域,建议通过兴建水库等工程建设提高流域防洪能力;针对长江流域和淮河流域,可结合退田还湖和水库建设提高湖库综合调洪能力。研究结果可为我国防洪建设和洪水管理提供科学指导。     

基于MRIO模型的中国省（市）区水足迹测度及空间转移格局

基于2012年中国31个省（市）区的投入产出表,建立水资源扩展型的投入产出模型,测算了中国31个省（市）区的水足迹及水足迹贸易量,并基于省际贸易分析了省（市）区间空间转移格局。结果显示：（1）2012年,中国水足迹总量为4819.3亿m³,国际贸易净输入水足迹为261.3亿m³,省际贸易净输出水足迹为801.6亿m³,省际贸易在全国水足迹贸易中占主导地位。（2）就省（市）区而言,河北、黑龙江等19个省（市）区为净输出省份,北京、天津等12个省（市）区为净输入省份;分产业来看,第一产业水足迹净输出757.9亿m³;第二产业净输入222.2亿m³、第三产业净输出4.6亿m³。（3）省际间水足迹空间转移具有来源与去向的不一致性,同时存在省（市）区转移的地理邻近性,资源丰富省份和经济发达地区转移现象明显。     

基于水资源耦合价值的绿色水价模型及其应用——以下辽河平原为例

为了准确体现水资源价值的差异性、动态性及其整体性,提出基于绿色核算的水资源耦合价值评价指标体系及绿色水价模型。以下辽河平原为例,引入可变模糊综合评价法,结合熵值法和层次分析法对水资源耦合价值进行评价,计算该区水资源天然价值系数、附加价值系数、经济价值系数、社会（公益）价值系数、生态价值系数及环境价值系数,据此得出绿色水价标准：城乡居民生活用水为3.54 元/m³,农村居民生活用水（暂行）为132 元/（a·人）,农工商服务业用水为6.14 元/m³,农田灌溉用水（暂行）为0.79 元/m³,行政事业用水为4.72 元/m³,园林绿化用水为7.34 元/m³,特种行业用水为12.33 元/m³。各行政分区水资源耦合价值及各单项价值的评价结果基本符合该区客观实际,绿色水价模型体现了区域水资源禀赋,反映了经济社会发展及生态环境等对水资源的需求。     

近50 a塔里木河流域“四源”农业用水与干流生态系统结构变化关系研究

塔里木河源流区农业用水量直接影响下放至干流的水量,从而间接影响干流区生态系统结构的稳定性。为此,研究基于农业水足迹反映农业用水变化情况,进而分析塔里木河流域“四源”农业用水与干流生态系统结构变化的关系,为后续维护干流生态系统结构稳定性决策提供科学参考依据。结果表明：1960年代—1990年塔里木河“四源”农用地总量变化不大,阿克苏河流域新开垦量与叶尔羌河流域减少量相当,农业水足迹同时呈缓慢小幅增长,干流生态系统结构变化以自然绿洲生态系统缩小和荒漠生态系统扩张为主;以2000年为分界点,2000年之前“四源”农用地和农业水足迹显著增加,导致干流生态系统中自然水域生态系统、自然绿洲生态系统和荒漠生态系统皆有不同程度的萎缩,“四源”农业用水消耗是干流生态系统恶化的直接原因;2000年之后在生态治理工程的影响下,虽然“四源”农用地和总农业水足迹在持续增加,但是节水工程年均节约近27.22×10⁸ m³,保证了下游生态系统的需水量,使其得到一定恢复。     

我国人工林生态系统的水成本核算

健康的生态系统能够提供水土保持、防风固沙、涵养水源、调节气候、减少环境污染、增加游憩地与文化保护等良好的生态服务价值。然而,生态环境修复与建设不仅需要巨大的经费投入,也需要占用大量的自然资源。为了正确理解人工造林活动的成本问题,论文用7种蒸散发模型首次对我国1949年以来人工造林和自然植被恢复的耗水量及人工造林耗水量的机会成本进行计算,初步了解人工修复活动对水资源供给的影响。结果显示,1952—2011年我国人工造林累计耗水量比自然修复多767×10⁸ m³,水机会成本累计536×10⁸元。为了维护生态平衡,生态修复（尤其是人工修复）和经济活动都应关注水资源的成本问题,通过不同措施的成本效益比较,最大限度地降低生态修复成本,这是修复生态学需要面对的重要科学问题之一。     

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。