基于演化博弈理论的流域生态补偿研究——以太湖流域为例

进入21世纪以来,在中国经济快速发展的同时,生态环境也进一步恶化,转变经济增长方式、保护生态环境、实行环境污染问责制势在必行,生态补偿作为生态环境治理的有效手段被广泛关注。流域水资源的整体性及资源外部性等特征要求上下游要共同承担生态环境保护,如何建立合理的上下游之间生态补偿标准模型,成为流域管理中急需解决的问题。本文以流域生态治理为研究对象,通过上下游地方政府博弈情景设定,建立演化博弈理论模型,说明在地方政府自主选择过程中对于社会最优的环境保护(保护—补偿)策略不会达到稳定均衡状态,必须引入上级监督部门约束因子,才能确定出最优环保(保护—补偿)策略状态稳定时的惩罚金范围。基于设定模型,以太湖流域为例,建立非参数回归计量模型,通过局部线性回归的方法,计算出超标每吨化学含氧量(COD)的惩罚金额至少为1.95万元,说明在现有的1.50万元的惩罚金额下最优保护—补偿策略是非稳态均衡策略,对于流域生态环境治理具有较强的实际应用价值。     

2000~2013年鄱阳湖流域蒸散量时空变化

蒸散是陆地表面水分循环的重要过程,是研究流域水资源、水循环等领域的重要参数。以鄱阳湖流域为研究对象,利用鄱阳湖流域5个主要子流域水文控制站监测流量资料和气象站监测降水资料,根据水量平衡原理计算各子流域年度蒸散,验证MODIS蒸散数据产品（ET_MOD）,并分析2000~2013年鄱阳湖流域蒸散时空变化状况和土地利用变化对蒸散量的影响。研究结果表明：（1）ET_MOD具有较高的精度,年蒸散量的平均误差为165.9 mm,平均相对误差为9.78%;（2）2000~2013年鄱阳湖流域的年蒸散变化范围875.4~912.2 mm;鄱阳湖流域总蒸散量呈先增加后减少的“几”字形季节变化特征;（3）从蒸散量与地形特征的关系看,鄱阳湖平原区蒸散量低,周边的山地丘陵区较高;各子流域的蒸散量表现为：赣江流域 > 抚河流域 > 信江流域 > 修水流域 > 饶河流域;（4）土地利用方式对蒸散量有显著的影响,各土地利用类型的平均蒸散量表现为：林地 > 农田 > 草地 > 未利用地。     

近60多年来滇池流域干旱特性及重现期分析

根据滇池流域3个气象站、3个水文站、2个水位站、14个水库站建站(1950 s)至2014年的逐月(日)气象、水文观测系列,采用标准化降水指数(SPI)、标准化径流指数(SRI)以及干湿指数(Ia)三类干旱指标,按游程理论识别干旱事件、确定干旱历时和干旱烈度两个特征变量;通过小波分析揭示干旱历时和烈度的周期性规律;运用Gumbel Copula函数构建干旱历时和烈度的联合分布,计算干旱联合、同现重现期,及前一场干旱影响下的后一场干旱发生的条件重现期。结果表明,滇池流域干旱趋于严重;气象、水文、农业3类干旱的干旱历时或烈度,均具有100年以上变化周期;近期的干旱(2012-02~2013-04)为1950 s以来最严重干旱,联合、同现重现期分别达120.48和224.41 a,受上一场特大干旱(2009-05~2010-03)的影响,条件重现期高达271.82 a,持续干旱的叠加效应加剧了旱情和灾害程度。从滇池水位变化、区域大气环流异常、三类干旱规律、干旱史料文献及湖泊沉积物等多方面对比分析,印证了成果的科学合理性。     

汉江流域1960~2014年降雨极值时空变化特征

深入研究降雨极值的时空变化规律和特点,有助于提高应对极端灾害的能力。通过构建PDS/GP模型,并引入降雨极值变化指标,结合统计检验分析汉江流域15个气象站点1960~2014年春、夏、秋季以及全年月降雨超定量系列的年际变化特征;利用复杂网络理论的聚类系数和节点度,结合各站点在典型年份春、夏和秋季的降雨极值变化指标,分析月降雨极值的空间分布特征。分析结果表明：从时间上看,汉江流域月降雨极值年际变化的季节性差异较大,近55 a没有明显的一致性变化趋势。受季风气候影响,夏季的月降雨极值年际变化与春、秋季相反,而秋季的变异指标年际波动最大。从空间上看,受季风气候、下垫面条件和人类活动等多种因素的综合作用,中下游月降雨极值变化的差异性要高于上游。随着相关阈值的增大,流域站网总体关联度有所降低。相同阈值下的结果表明空间上相邻的站点其关联性差异较大,部分相距较远的站点具有更大的关联性,分析结果可为降雨极值的空间插值提供参考。     

SWOT分析在饮用水源地保护发展规划中的应用研究——以宁波市章水流域为例

水源地区域为保护环境而受到发展限制,是当前水源地保护工作中一个主要问题,导致水源地的经济社会发展与生态环境保护之间的矛盾日益突出。本文以位于相对富裕发达的浙江省宁波市而又相对贫困落后的章水流域水源地的保护与发展规划为例,采用SWOT分析方法,综合分析了章水流域保护与发展的优势(S)、劣势(W)、机遇(O)和挑战(T)4项要素,通过SWOT要素交叉分析,给出适合宁波市章水流域饮用水源地保护与经济社会发展的措施建议。     

基于格网数据的巢湖流域洪涝灾害损失评估

洪涝灾害是区域可持续发展的巨大威胁之一。随着全球气候变化、城市化进程加快和人口与经济集聚,洪涝灾害的损失日益严重。提出了洪涝灾害损失评估流程,建立基于网格数据的洪涝灾害损失估算模型,厘定各类资产的损失率。以空间网格为计算单元,在2003年洪水监测的基础上,应用GIS空间分析技术,对2003年巢湖流域的洪涝灾害损失进行了估算。结果表明：巢湖流域总淹没面积2 12504 km2,水田淹没面积最大,为1 71924 km2,洪涝灾害损失总值为194 828万元,无为、合肥、庐江县等洪涝灾害损失较大,舒城和肥西县损失较小。通过验证,该模型效果较好     

蒲河流域生态环境需水研究

以蒲河流域为例,以改善水环境为出发点,提出了一种以生态分区为前提,同时满足人类正常生产活动的生态环境需水估算模型。该模型从生态系统角度分析了蒲河流域现阶段存在的问题,比简单的水文模型更为符合蒲河流域的实际特点。在此基础上对蒲河流域进行生态分区,针对各生态分区对生态需水的需求不同,分别估算需水值。其中包括河道基本生态需水、河道蒸发需水,河道渗漏需水等。在考虑生态需求的同时,针对蒲河季节性河流且人工干扰严重的特点,对蒲河流域生态需水量值进行估算。计算结果表明,蒲河流域生态需水总量为4 53846万m³,并具有年内变化显著、受人类活动（污水排放量、人口密度等）影响各分区差距显著等特点,研究成果为今后季节性河流需水量的研究提供了依据     

基于SLEUTH模型的滇池流域城市扩展模拟分析

通过滇池流域1992～2010年城市扩张研究,发现城市建设用地增长主要表现为两种形态：一是边缘增长,表现为城市建成区范围不断扩大;二是道路影响增长,表现为环滇池道路两边新城市单元的产生。基于滇池流域城市扩展变化遥感数据,对SLEUTH城市扩展模型进行校准,模拟30 a间（2010～2040年）3种预案下的昆明城市扩展变化过程,并对模拟结果进行分析。3种模拟预测结果表明：任意管理预案下城市无序扩张,大量农林用地被城市建设用地占用,人口和城市建设用地呈现爆发式增长,滇池沿岸被城市包围,会对滇池水环境产生极大的压力;土地总量控制预案下城市的发展完全按照城市总体规划内容进行,没有考虑城市实际发展过程中的经济、人口等因素影响,没有达到滇池生态环境保护的需要;生态环境保护预案下,能相对有效控制建设用地,减少对农林用地、湿地的侵占,利于滇池环境保护。预测发现,从滇池流域水资源现状来看,即使实施了环境保护模式,人均水资源量仍处于“严重短缺”状态。需要通过调整昆明城镇体系和产业布局,降低城市首位度和人口;采取更为严格的空间管制策略,有效控制城市空间扩展,以减少对滇池流域的环境压力     

未确知信息对河流型水源保护区划分的影响

基于未确知数学理论,考虑河流环境系统信息的未确知性,定义二维水质模型主要参数为未确知参数,建立未确知二维水质模型,递推计算出保护区划分的合理长度及对应的污染物浓度取值区间及可信度分布,并对未确知二维水质模型中各参数的影响做了比较分析。结果表明,利用未确知二维水质模型,以COD为污染物计算的晋江干流水源二级保护区水域长度为6 220m,该长度能在0.934 0的主观可信度上保证水质安全,而基于确定性水质模型,利用各参数均值计算的保护区长度5 350 m存在95.22%的水质超标风险率。未确知二维水质模型各参数影响分析表明,模型应用的未确知参数及各参数变异性对模型计算结果有较大关系,未确知参数考虑越多,保护区划分长度越长;参数变异系数越小,其对计算结果影响越小。     

一种兼顾水质目标和成本投入的流域减排措施优化方法

综合考虑断面水质及治污成本,构建流域治污减排措施优化模型,分析单位污染物去除成本与断面水质改善间的关系,并以承德市武烈河流域治污减排优化为例,绘制治污减排措施优化曲线,提出优化方案。结果表明,在达到流域水质要求的情况下,优化后,治污减排项目由34项缩减到22项,平均单位COD去除成本由1.44万元/t下降到0.65万元/t,同时实现了流域水质达标和降低投入成本的要求。