气候变化对涟水流域蓝水绿水资源的影响

利用SWAT分布式水文模型模拟分析1996~2015年过去20 a及2020~2079年未来60 a长期气候变化背景下涟水流域蓝水绿水资源的时空分布变化特征。将气候变化划分为1996~2015年、2020~2049年、2050~2079年三段气象背景时期,选用Had GEM2-AO大气模式的RCP2.6、RCP4.5、RCP6、RCP8.5四种典型浓度路径作为未来时期的气象输入条件,并细分为9种气候变化情景。运用PSO粒子群优化算法,以KGE克林效率系数为目标函数,采用湘乡站实测径流量及MOD16蒸散发数据并行校准模型参数,通过p-factor、r-factor、R2、NSE和PBIAS评价模型模拟效果和不确定性,评价结果表明校准期及验证期蓝水绿水模拟均达到可信程度。情景分析结果表明,对比1996~2015年、2020~2049年、2050~2079年三段气候背景时期,在各RCP浓度路径下蓝水均呈现了不同程度的下降趋势,大约降低了1.4%~17.3%,绿水流均表现出一定的上升趋势,约增长3.5%~12.4%,绿水蓄量则在持续降低,大致下降了7.8%~19.7%,即使将95PPU模拟不确定性范围考虑进来,绿水流的增长趋势也较为明显。因此,将绿水资源纳入涟水流域未来水资源评价体系,实现蓝水绿水综合规划管理具有实际意义。     

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。     

基于BWSI与GWSI的江苏省农业生产水资源压力评价

为评价农业生产过程对区域水资源的影响,在核算江苏省农业广义水资源量和农作物生产水足迹的基础上,构建基于水资源消耗和水足迹的农业生产水资源压力指标BWSI和GWSI进行1999~2013农业生产水资源压力评价。结果显示,江苏省农业广义水资源约为1 034.6×10~8 m~3,绿水占70.4%,苏南地区相对丰富;农作物生产水足迹为1 069.5×10~8 m~3(5.9%蓝水、74.6%绿水、19.5%灰水),苏北地区占61.6%且有随时间增大趋势。全省BWSI和GWSI分别为2.60与1.09,水资源压力较大,且有随时间微弱增大的趋势;农业生产水资源压力由南向北呈增大态势,且在时间上呈现苏南减低、苏中稳定、苏北增大的整体态势。引江水缓解了全省及各分区水资源压力,对BWSI的影响大于GWSI。BWSI和GWSI可以用于区域农业生产水资源压力评价,BWSI能揭示缺水地区的水资源稀缺性,而GWSI适合全面反映水资源丰富地区的用水状况。     

基于景观尺度的流域土地覆被变化及其水文响应

水资源短缺已成为限制华北地区社会经济发展的主要因子之一,其中山区来水减少问题已成为该区域水资源研究亟待解决的关键问题。采用景观格局分析法及统计学方法对华北土石山区典型流域--红门川流域土地/覆被变化及其水文动态响应进行分析。结果表明：(1)1990～2005年流域景观呈破碎化趋势,其中,优势景观林地在研究时段内面积变化不大;耕地、建设用地面积增加趋势显著,增幅分别为431%和444%;水域减少趋势最为明显,减幅达208%。(2)土地利用/覆被变化对流域径流有显著调节作用：随着土地结构不断优化,森林、耕地面积的增加,1998～2005年流域平均年径流系数较1990～1998年下降77%;丰、平和枯水年径流系数则分别减少64%、31%和85%;当剔除降水因素后,土地利用景观结构优化使得月径流系数减少16%～100%。(3)土地利用/覆被变化对流域径流的调节作用呈现季节性,植物生长季径流调节尤为显著     

从潮白河年径流频率分布变化看北京市水资源安全问题

密云水库是北京市生活供水的唯一地表水源,而潮白河流域又是密云水库的径流形成区,因此,潮白河流域年径流量的变化直接关系到北京市的水资源安全。根据变化环境下非一致性年径流序列的水文频率计算原理,对潮白河水资源分区年径流序列的确定性成分和随机性成分进行分解,并分别对确定性成分进行拟合计算,对随机性成分进行频率计算;将确定性的预测值和随机性的设计值进行合成,得到潮白河水资源分区在过去、现在和未来年径流量的频率分布;从年径流量的频率分布变化上,分析了北京市所面临的水资源安全问题。分析结果表明潮白河流域年径流量变化的总体趋势是逐年减小,密云水库在平水年和枯水年的入库径流量也将随之减小,因此密云水库不能成为北京21世纪可持续发展的水资源保障。     

土地整理对区域蓝绿水资源配置的影响

绿水是流域内对植物和生态有积极作用的水量,是通过蒸散发流向大气圈的水汽流.绿水概念的提出有助于强化人类对自然界生态需水的重税.论文分析了大尺度水文循环中绿水流的影响因素,阐述了绿水资源对维持全球生态系统服务功能的积极意义.论文以土地整理过程为研究对象,按照水资源配置的公平性要求,构建符合土地整理特点的蓝绿水资源配置模型.模型综合考虑了蓝绿水生成机理、区域水权配置原则、上下游水量传输规律及区域水量配置方法等关键技术.最后以湖北省武汉市新洲区汪集街孔埠新农村试点土地整理工程为实例,对该区域蓝绿水配置情况进行深入研究.结果表明,土地整理中的土地利用/覆被变化影响区域耕地结构和生态系统服务价值,从而改变区域蓝水和绿水配置权值,实施区域内的人胜村、姚堤村、程山村的蓝绿水配置水量分别增加74 799 m<'3>/a、779 m<'3>/a、21 539 m<'3>/a,而堤围村、吴河村则分别减少了14 372 m<'3>/a、12 745 m<'3>/a.     

汉江上游金水河流域近50年气候变化特征及其对生态环境的影响

利用5年滑动平均距平分析、线性回归分析、相关分析及Autoregression 模型等统计分析方法,分析了近50年（1957~2004年）汉江上游金水河流域年度和春、夏、秋、冬4季气温和降水变化特征及其对流域生态环境的影响。结果显示：近50年来金水河流域气候变化呈现气温升高、降水量减少的暖干化趋势。年平均气温总体上升了111℃,同时在上世纪90年代到本世纪初,年平均气温增幅最大,达到06℃;季节变化中,冬季增温最显著（〖WTBX〗p〖WTBZ〗<001）。年平均降水量总体下降了1196 mm,在1985~1997年间,降水量呈现显著波动下降趋势,最大降幅为3452 mm;而季节变化中,夏季下降最明显。在未来10年,流域内气温将持续增加,年平均气温将增加013℃,降水量将逐年减少,年平均降水量将减少78%。金水河流域过去近50年的气候变化对流域内的生态环境产生了较大的影响,从而加剧了流域生态系统的脆弱性,从一定程度上对南水北调中线工程的水资源安全构成了威胁。     

横断山区干旱河谷大气水资源变化特征与演变趋势研究

利用横断山区干旱河谷内24个气象站逐月降水、气温等观测资料,依托高桥浩一郎陆面蒸发公式,计算了干旱河谷区陆面蒸发、可利用降水等水资源分量,并分析了各分量的未来演变趋势。结果表明:干旱河谷区年均降水量723.7mm,而年均蒸发量高达479.5mm,降水量中有超过84.89%因蒸发而损耗;大气水资源分量P、E及PE季节变化非常明显,夏季各分量最大,多年平均值达404.9mm、239.9mm和164.8mm,各占全年的55.94%、50.04%和67.51%,而冬季各分量最小,占全年的比例也相应最小,仅为2.96%、4.06%和0.79%;大气水资源各分量年代际差异很大,20世纪60年代可利用水资源丰富,70年代相对偏少,80和90年代逐渐增加,进入21世纪后又呈现为偏少特征;未来干旱河谷区的降水量维持减少的概率较转向增加的概率要小,蒸发量将依然维持增加的趋势,而可利用水资源量会继续维持减少的倾向。     

汉江上游金水河流域近50年气候变化特征及其对生态环境的影响

利用5年滑动平均距平分析、线性回归分析、相关分析及Autoregression 模型等统计分析方法，分析了近50年（1957~2004年）汉江上游金水河流域年度和春、夏、秋、冬4季气温和降水变化特征及其对流域生态环境的影响。结果显示：近50年来金水河流域气候变化呈现气温升高、降水量减少的暖干化趋势。年平均气温总体上升了111℃，同时在上世纪90年代到本世纪初，年平均气温增幅最大，达到06℃；季节变化中，冬季增温最显著（〖WTBX〗p〖WTBZ〗<001）。年平均降水量总体下降了1196 mm，在1985~1997年间，降水量呈现显著波动下降趋势，最大降幅为3452 mm；而季节变化中，夏季下降最明显。在未来10年，流域内气温将持续增加，年平均气温将增加013℃，降水量将逐年减少，年平均降水量将减少78%。金水河流域过去近50年的气候变化对流域内的生态环境产生了较大的影响，从而加剧了流域生态系统的脆弱性，从一定程度上对南水北调中线工程的水资源安全构成了威胁。     

基于MOD16的安徽省地表蒸散量时空变化特征

安徽省是我国的农业大省,其水资源的管理和利用直接影响到农业的可持续发展,分析安徽省的蒸散量变化,对水资源的科学配置和合理利用有着重要的意义。基于MOD16蒸散量产品,利用均值、标准差、偏差法、趋势分析法以及空间变异等方法,分析安徽省近15 a地表蒸散量年际、年内时空变化特征,和不同土地利用类型下蒸散量的差异性变化特征。研究表明：（1）2000~2014年间安徽省多年平均蒸散量为694.9 mm,波动范围为647.5~730.5 mm,年际变化呈现下降趋势;并具有较强的空间分异性规律,整体上呈现南高北低趋势,各市多年蒸散量均值差异显著,其中黄山的蒸散量最高（844.1 mm）,宿州最低（603.7 mm）。（2）安徽省年内各月间的蒸散量呈现先增加后减少的“单峰型”趋势,具有明显的季节差异,表现为夏季(304.17 mm)＞春季(167.56 mm)＞秋季(150.41 mm)＞冬季(73.92 mm);但各市的年内蒸散量变化趋势表现不同,淮河以南整体呈现“单峰型”趋势,淮河以北则呈现典型的“双峰型”趋势。（3）安徽省不同土地利用类型的蒸散量差异明显,其年均蒸散量按照“林地＞草地＞未利用地>耕地＞城镇用地”的顺序递减。 关键词： MOD16; 安徽省; 蒸散量; 时空分布; 土地利用     

淮河流域近50年降水异常及其大尺度环流特征

根据国家气象中心整编的全国714站月平均降水量资料,运用REOF分析、Morlet小波分析、差值分析等方法,通过对淮河流域代表站点的选取,分析了1960～2009年淮河流域降水的趋势变化特征、周期特征,以及多雨、少雨年的大气环流异常特征。结果表明：（1）淮河流域年降水总量呈缓慢增长趋势,20世纪80年代初期由负距平转为正距平。冬季和夏季降水量呈显著增长趋势,春季和秋季降水量呈显著减少趋势,80年代前期为降水变化的转折期;(2)淮河流域夏季降水存在准3 a的显著振荡周期和准10 a的次显著振荡周期,同时在60～90年代还存在准6 a振荡周期;（3）淮河流域多雨年,500 hPa经向风偏强且范围广,850 hPa上从孟加拉湾经南海向华东地区的水汽输送明显偏强,在江苏、安徽地区有水汽的正涡度辐合区;少雨年,经向风偏弱,华东地区方向的水汽输送明显减弱;（4）多雨年与少雨年的500 hPa风场差值场、高度场差值场分析表明,多雨年贝加尔湖西部和鄂霍次克海地区阻塞高压活动频繁,东北冷涡异常活跃,副高偏强,3者共同作用使得降水偏多。500 hPa温度场差值场分析表明,多雨年中国东部、华北和东北地区冷空气偏强,同时南方大部分地区暖空气也偏强,冷暖空气共同作用使降水偏多     

长江流域农业用水效率研究:基于超效率DEA和Tobit模型

提高农业用水效率对于农业可持续发展和保障粮食安全具有重大意义。考虑降雨量中绿水资源对农作物生长的重要性,将绿水资源纳入农业用水总量,全面分析长江流域农业用水效率变动趋势。基于1998~2011年长江流域10个省份的面板数据,运用超效率DEA和Tobit模型对流域农业用水效率进行了测度和影响因素的检验。研究发现:(1)在研究期间内,长江流域农业用水效率呈现出波段式上升态势;流域各区段的用水效率呈下游、上游、中游依次递减的区域分布格局。(2)灌溉费、节水灌溉技术和农业对外开放度对流域农业用水效率有显著的正向效应;人均水资源量和年降水量均对流域农业用水效率有负向关系,但只有降水量在统计上显著。研究结果表明应当提高长江流域,尤其是中上游水资源禀赋较高地区的农业用水效率;在农业节水的具体政策方面,调整农业灌溉水价、加强农业技术创新能力和扩大农业经济对外开放程度能够取得较为显著的节水效应。     

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。     

洞庭湖流域近54 a来冬季降水及其异常环流特征分析

基于洞庭湖流域96个气象站点1961~2015年逐月降水数据和美国NCEP/NCAR再分析数据,对洞庭湖流域近54 a来冬季降水的时空变化特征和典型冬涝、冬旱年的大气环流及水汽输送形势进行分析,并讨论逐年冬季降水与同期欧亚环流指数(EUCI)、可降水量和水汽通量散度的关系。结果表明:近54 a,流域冬季降水存在明显的年际和年代际变化特征,具体表现为20世纪60年代和70年代降水偏少,80年代降水开始增多,其后期至90年代中后期降水偏多明显,进入21世纪以来降水又呈波动减少的趋势。此外,流域冬季平均降水量和冬季降水标准差均呈现由南向北、由东向西递减的空间分布特征。从大气环流和水汽输送形势来看,典型冬涝年和冬旱年的空间分布大致相反,表明流域冬季异常降水是与大尺度环流形势的异常密切关联的。计算发现,逐年冬季可降水量、水汽通量散度和欧亚环流指数与流域冬季降水均具有较好的关系,相关系数分别达到0.43、-0.68、-0.53,通过0.01的信度检验。     

高精度区域气候模式对淮河流域降水的模拟评估

利用CCLM（COSMO model in Climate Mode）高精度区域气候模式输出的淮河流域逐日降水数据,计算了年降水量、降水强度、大雨日数和强降水量4个降水指数,首先通过与1961～2010年流域内气象站点的降水观测数据进行对比,检验CCLM模式对淮河流域降水的模拟能力。结果表明,CCLM模式能够很好的模拟淮河流域降水的年际变化和空间分布特征,在4个降水指数中,对年降水量的模拟效果最佳。CCLM模式在SRES-A1B（中排放）情景下的降水预估数据显示,2011～2050年淮河流域降水整体将呈增加趋势,增幅在70 mm之内,降水量年际变率较大,波动范围达-40%～60%,很有可能造成未来旱涝灾害的频繁发生。空间分布上,流域南部和中部在未来40年内降水呈增加趋势,增幅不超过67%,其他区域则呈减少趋势,减幅不超过106%     

基于RS-SVR模型的流域水资源脆弱性评价与预测研究——以黄河流域为例

水资源脆弱性是衡量水资源系统在气候变化以及人类活动影响下的流域承载能力的重要标准,流域水资源脆弱性评价与预测是评估流域水安全状况、辨识未来水资源系统存在的问题的重要手段。该文首先构建了黄河流域水资源脆弱性评价指标体系,利用粗糙集(Rough Set,缩写为RS)方法对原始指标体系进行降维去除冗余属性。然后,将降维后的评价指标标准值作为"评价样本",运用支持向量机回归(Support Vector Regression,缩写为SVR)模型对流域水资源脆弱性进行评价。最后,设定未来3种不同气候模式与社会经济情景,对黄河流域水资源脆弱性进行情景预测。结果表明:黄河流域过去16年间整体水资源脆弱性等级已从Ⅴ级提升到Ⅳ级水平,未来情景1、情景2下流域整体水资源脆弱性将会好转,但仍处于Ⅳ级中度脆弱水平。未来水质脆弱性与灾害脆弱性提升较为明显,水量脆弱性没有显著改善,在情景3下将恶化到Ⅴ级中高脆弱。因此未来采取积极的人工调控措施能使得水质与灾害方面获得明显的提升,而水量脆弱性则成为制约未来流域整体水资源脆弱性的瓶颈。     

加强长江流域东西部经济协作与协调发展的思考

长江流域东西部经济协作和协调发展是长江流域经济整体协调发展和西部大开发战略的重要组成部分。首先分析了长江流域东西部经济协作在政策、自然资源、产业第补性、区位等方面的潜力及突出优势、进而论述了流域东西部经济协作的现状及其存在的流域东西部地区间流通通道不畅、经济整体性差，内部联系松散、管理人才缺乏等问题，在此基础上针对性地提出现阶段流域东西协作应把合作加强基础设施建设、联合开发资源，加强生态环境保护、联手开拓市场，并对国有大中型企业进行兼并和重组、建立人才资源培训交流机制等作为协作的重要领域。同时，提出了经济协作过程中应注意的诸如协调机制的建立、流域经济协作主体的确定、政策制定及其引导、流域经济协作目标等问题。     

Study on Water Consumption Coefficient of People''''s Living and Its Regional Disparity in the North of China

1 INTRODUCTIONWater shortage will be one of the common risks peoplehave to face in the 21st century. China, a country withwater shortage, possesses only as much as 1/4 of the world'smean occupation for every person and is enlisted as oneof the thirteen countries where water is in a great shortage.Furthermore, in China, the water resources distributionhas been terribly unbalanced from region to region. NorthChina, covering 15 provinces, possessing 45% of thefarmland and 38% of the populat…     

基于生态足迹模型的区域水资源生态补偿量化模型构建——以长江流域为例

通过计算长江流域各省级行政区之间水资源生态服务价值的差异,建立各省间水资源利用和经济补偿的联动关系,促进区域协调发展。基于生态足迹模型测算长江流域各省份水资源超载指数,结合谢高地等人的中国陆地生态服务价值的研究结果,考虑地区补偿能力,构建水资源生态补偿的量化模型,计算各省份应当支付的生态补偿量。长江流域各省水资源生态服务价值总量高达9.37×1012元,各省生态服务价值也都在3.1×108元以上。整体上长江流域水资源生态服务价值呈现两端低,中间高的趋势,上中下游生态服务价值比例分比为44%,49%和7%。因此,处于长江流域下游以及中游的地区理论上应当对上中游地区水资源保护以及"生态服务价值外溢"进行相应的补偿。长江流域总体应获得1193.53亿元的水资源生态补偿。