南水北调西线工程水源区可调水量“十问”

南水北调西线工程是我国“四横三纵”国家水网主骨架尚待建设的最后一环,而水源区可调水量是西线工程规划论证面临的焦点和难点问题。本文从水资源本底条件与演变趋势,生态环境与经济社会发展需水,调蓄水库与输水工程规模,调水对水源区及其下游水资源开发利用、水生态环境、水力发电、航运等方面影响的角度,提出了与水源区可调水量相关的10个问题;以长江上游分布式水文模型为基础,建立了南水北调西线工程水源区可调水量模拟分析模型,力图系统、定量地回答所提问题。本文的主要研究结论有:在仅考虑满足水源区河道内外生态环境和经济社会需水的前提下,“上线+下线”组合方案多年平均可调水量为1.59×10^(10)m^(3),“完全下线”方案在建设岗托水库进行联调时,多年平均可调水量将达到1.74×10^(10)m^(3);在综合考虑调水对水源区水平衡、水力发电和航运影响及其可接受程度后,南水北调西线水源区可调水量为1.22×10^(10)~1.26×10^(10)m^(3)。长远来看,应谋划西南片区水网与国家水网主骨架、“大动脉”的连接与融合,在减小南水北调西线工程调水影响的同时,提高南水北调西线工程的整体供水能力以及对气候变化等外部条件的适应性。

南水北调西线工程水源区和受水区降水变化及丰枯遭遇特征分析

基于规划中的南水北调西线工程区域内274个国家气象站1961—2022年逐日降水资料,分析了西线工程水源区和受水区年和四季降水量的时空分布特征,以及两区降水的丰枯遭遇特征。结果表明:近62年来,南水北调西线工程水源区年降水量总体呈增多趋势,而受水区年降水量没有明显变化趋势;夏、冬季水源区和受水区降水量均增多,春、秋季水源区降水量增多而受水区降水量减少;年和春、夏、秋季水源区枯水频率均低于受水区枯水频率,并且水源区枯水频率呈减少趋势,而丰水频率呈增加趋势;水源区和受水区年和四季降水丰枯异步频率普遍在60%以上,远大于丰枯同步频率,有利调水的5种丰枯遭遇在年和春、夏、秋季发生频率均超过50%。总体而言,南水北调西线工程水源区和受水区的降水具有较强的丰枯补偿性,且1971年以来有利调水发生频次呈增加趋势,理论上存在保证供水的可能性。但水源区出现连续枯水年的频次较多。因此,在南水北调西线工程规划设计和运行调度时需充分考虑水源区和受水区降水的变化。

南水北调中线水源区农田面源污染防治现状分析与对策建议

为进一步明晰当前南水北调中线水源区污染来源,精准开展水源地水质保护,采用2017—2023年长系列水质资料,分析丹江口水库及入库河流水质特征,采用资料收集、文献调研及模型计算等方法,估算总氮、总磷污染负荷组成,采用实证分析方法分析了南水北调中线水源区面源污染治理存在的问题并提出对策建议。结果表明:丹江口水库总体水质良好,整体可达到Ⅱ类水质目标(湖库水质标准),但汛期水量较大时因总磷浓度升高会引起超标断面个数明显增加,以2021年和2023年丹江口水库实现170 m正常蓄水位的年份最为典型,而此时汉江、丹江等主要入库河流水质也下降,由以往Ⅱ类下降为Ⅲ类(河流水质标准)。无论是枯水年、丰水年,农田面源污染均已成为影响丹江口水库水质主导因素,总氮贡献率分别达到85.16%和57.73%,总磷贡献率分别达到77.74%和57.17%。当前水源区农田面源污染治理存在农田面源底数不清、农民减施化肥农药积极性不高、生态产品价值实现机制不顺等问题,迫切需要加强南水北调中线水源区农田面源污染防治。提出建立“天空地”一体化面源污染监测预警体系,研究新型高效生物农药、生物肥料,开展沟塘水系面源阻控体系建设,研究生态产品价值实现机制等对策建议。

南水北调中线水源区植被指数时空变化分析

通过单线性回归(SLOPE)和地理加权回归(GWR)法,用植被指数(NDVI)研究南水北调中线水源区的植被分布变化趋势及机制,为保障水量和水质提供理论支撑。结果表明,2000—2019年水源区NDVI和入库流量呈现同步增长,植被逐渐变好,2007年以前NDVI增长幅度大,2008—2011年处于波动阶段,2012年以后增长幅度减小;NDVI变化最明显的是研究区东北部、西部和丹江口库区周边,这些区域地势相对低平、人口集中,中山和高山区NDVI变化不大;高程、坡度、人口数和城镇化是影响水源区NDVI分布的主要因素,降水、气温和产业比重是次要因素;各因素影响的强度和方向在空间上有异质性,自然地理因素对NDVI影响的最显著范围为高程1090 m以下、年均降水量980 mm以上的区域,人文地理因素影响的显著范围区是人口密度大、城镇化率高的地区。

大规模调水对水源区流域农业用水的影响与应对——评《中线调水对汉江流域农业用水影响评估研究》

跨流域调水工程是解决水资源空间分布不均和区域间水资源供需不平衡问题的常用工程措施。科学评估调水工程对调水区特别是对中下游地区的经济、生活生产、生态环境造成的影响,是推动国家水网建设的重要课题。作为南水北调中线工程的水源地,汉江流域是我国自古以来重要粮食主产区,南水北调中线工程从丹江口水库取水,是否会对该流域的农业用水产生影响,影响强度如何,如何尽可能减少这种影响,河海大学张玲玲教授团队撰写的《中线调水对汉江流域农业用水影响评估研究》一书进行了系统回答。该书视角独特,选题新颖,顺应时代的发展需求。

基于CMIP6的气候变化对南水北调西线工程水源区径流的影响

探讨未来气候变化对南水北调西线工程水源区水文过程的影响对其调水规划及开发利用具有重要意义。利用4种SSPs-RCPs情景下CMIP6中12个全球气候模式的输出结果,驱动DTVGM模型研究21世纪气候变化对西线工程水源区径流的影响。结果表明,在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下,2021—2100年南水北调西线工程3个水源区气温、降水量、径流量均较基准期呈现不断增加的趋势,增幅随着辐射强度的升高而增大,其中金沙江水源区年径流量及年代际径流量变化较大,对气候变化的响应更为明显。未来各月平均径流也呈现出随年代增加的趋势,但不同月份增幅存在差异,枯水期月径流量相对基准期的变化较小,丰水期增量较大。根据径流与气温、降水相关分析结果,径流量对降水的改变更为敏感,降水量的变化始终对径流具有显著影响,气温对径流量的影响程度随辐射强度的升高而逐渐变大。研究结果可为南水北调西线工程水源区适应气候变化影响及水资源综合管理提供参考依据。

南水北调西线水源区大型底栖动物的适宜水文条件

为探索南水北调西线工程水源区大型底栖动物群落结构及其适宜的水文条件,于2022年7月(汛期)及11月(非汛期)在南水北调西线工程水源区开展了2次大型底栖动物采样调查,共记录大型底栖动物50个分类单元。结果表明:西线水源区底栖动物群落组成以节肢动物昆虫纲(Insecta)为绝对优势,占总分类单元数的90.20%。其中,汛期以扁蜉(Heptageniidae sp.,优势度Y=19.9%)为第一优势种,非汛期以襀(Perlidae sp.,优势度Y=13.8%)为第一优势种。时间上,汛期生物密度更高,但非汛期生物多样性及物种均匀度更高;空间上,西线工程上线方案调水河段的生物多样性及生物密度明显高于下线方案。在0~1.0 m/s的流速范围内,不同流速区间的物种数及Margalef多样性指数具有显著差异;且无论是汛期还是非汛期,流速在0.5~1.0 m/s的底栖动物物种数及各项生物多样性指数均处于最高水平。在0~0.6 m的水深范围内,不同水深区间的生物量在汛期或非汛期均具有显著差异,且底栖动物密度整体在0~0.2 m区间内的平均值最高。针对水源区8个优势物种,利用栖境使用模拟法,得到西线工程水源区河流大型底栖动物优势物种的适宜水文条件为水深0.2~0.4 m、流速0.3~0.6 m/s。

南水北调中线生态保护措施对水源区碳中和的影响——以南阳市为例

为研究南水北调中线工程调水后采取的生态保护措施对水源区碳中和的影响,以南阳市为研究区域,梳理保障南水北调调水工程运营颁布的相关政策,利用碳排放、碳吸收测算模型分别测算水源区的碳排放量和碳吸收量,分析政策驱动引致的生态保护行动对南水北调水源区减排固碳能力的影响。研究发现:南阳市的碳排放量以2014年为结点整体呈先增长后下降的阶段性特征,碳吸收量整体呈现显著上升变化趋势;南阳市的碳吸收量大于碳排放量,整体已达到“碳中和”要求;水污染治理、节能减排、水土流失治理、林业建设等保障调水的生态保护措施通过增加水源区的减排固碳能力,促进“双碳”目标实现。研究结果为双碳目标实现提供决策参考。

丹江口水库水源区(湖北段)生态系统服务价值估算尺度效应

为探究不同尺度或不同来源的土地利用/覆盖(land use/land cover,LULC)数据产品对生态系统服务价值(ecosystem service value,ESV)估算的影响,本研究以丹江口水库水源区(湖北段)为例,通过升尺度算法获取了两种LULC数据产品在30~3000 m范围内共12个不同尺度的土地利用数据,并使用当量因子法分析不同尺度下的ESV特征,旨在研究LULC数据对ESV估算的空间尺度效应。结果表明:随着空间尺度的增大,LULC数据的空间细节逐渐减弱,但总体空间格局相对稳定,ESV的组成结构也基本保持稳定;两种LULC数据产品估算的ESV平均相差约4.23%,具体差异随空间尺度的变化有所波动;不同尺度的ESV估算结果存在一定差异,但总体上在30~500 m尺度保持相对稳定,而在1000 m及以上尺度波动较大,由此推断以500 m及以下尺度为基础进行研究区ESV估算较为适宜。研究结果可为选取合适尺度的LULC数据进行ESV估算提供依据,对提高ESV估算的可靠性、促进生态产品价值实现等方面具有一定的参考价值。

丹江口水库水源区地下水环境调查与评价

丹江口库区是南水北调中线工程的核心水源区,为了持续抓好输水沿线区和受水区的污染防治和生态环境保护工作,运用综合评价分析方法,对水源区的地下水环境进行调查和采样分析。结果表明:①丹江口水库水源区共有20个潜在污染源,其中生活垃圾场共12个,尾矿库共4个,闭坑矿洞废水4个。②126组地下水样品中,Ⅲ类水占比最高,为30%,其次为Ⅱ类水和Ⅳ类水,均占比24.5%,Ⅴ类水占比19%,Ⅰ类水占比最低,仅为2%;重度污染的Ⅴ类水有24组,主要分布在郧阳区和竹山县,郧阳区主要超标指标为硝酸盐、铝等,竹山县主要超标元素为锌;中度污染的Ⅳ类水有31组,主要分布在房县和丹江口市,房县主要超标元素为铁,丹江口市主要超标指标为硝酸盐。③地下水中超标率较高的指标为铁(18.0%)、硝酸盐(12.5%)、铝(11.7%)和锌(10.9%)。研究结果可为该区域生态环境保护提供基础支撑。

南水北调中线水源区陕西段水土保持和生态补偿现状及发展对策

陕西省秦岭区域汉江、丹江流域是全国水资源配置的战略水源地,是南水北调中线工程和省内引汉济渭工程的核心水源涵养区。南水北调中线工程使陕南整体被划入主体功能区的限制开发区,经济发展受到很大制约,面临缺乏项目资金但有治理要求、缺乏补偿机制但有限制性法规的突出矛盾,为了破解当前不利局面,迫切需要从国家层面给予当地政府更多的政策和项目支持。从陕西省工作实际出发,阐述了水源区水土保持和生态补偿现状,分析了存在的问题,并从三个方面提出了建议和对策,尤其是要完善生态补偿政策和机制,加大生态补偿力度,尽快启动实施“丹治”“十四五”规划,探索生态产品价值实现机制和路径,以弥补水源区因保护生态环境而做出的巨大牺牲,彰显主体功能区建设大局和“一泓清水永续北上”政治担当。

流域综合治理视阈下的协同机制研究——以南水北调中线工程核心水源区为例

流域安全是湖北建设全国构建新发展格局先行区的重要前提和基本保障。水的问题,表象在江河湖库,根子在流域。湖北作为南水北调中线工程核心水源区所在地,肩负着确保“一库净水北送”的政治责任。核心水源区位于河南、湖北两省,涉及9个县(市、区)。

水源区生态环保与污染控制分析

本文简要介绍了水源区的生态保护与污染控制,分析水源区存在的一些生态及污染问题,如土地和森林资源遭破坏、生物多样性减少、工业和农业污染、生活污水和垃圾排放等。围绕水源区生态保护区的建设管理、生态环境治理工作的落实、生态补偿机制的完善等,探讨相应的应对策略。

南水北调中线工程水源区生境质量时空演变与驱动力研究

本文采用2000年、2005年、2010年、2015年和2020年5期土地利用数据,基于InVEST3模型及地理探测器探究了南水北调中线工程水源区近20年土地利用变化特征以及生境质量时空演变特征和驱动因子。结果表明,2000—2020年,研究区土地利用以林地为主,综合土地利用动态度变化较小,单一利用动态度最大为未利用地(9.71%),最小为耕地(-0.32%);2000—2020年研究区在生境质量上呈现先上升后下降趋势,在空间上呈现由南向北、由西向东递减的趋势,高等级生境质量面积占比最大(60.6%);人类活动强度、地形因子、NDVI是影响生境质量分布的主要驱动因素。

气候和地形对南水北调中线水源区夏季植被覆盖变化影响分析

南水北调中线工程是我国重要的大规模跨流域调水工程,其水源区生态保护对于整个工程具有重要意义,但水源区生态环境脆弱,特别是近年来受工程实施和气候变暖的影响,区域植被生态安全面临重大挑战。因此,为了掌握水源区植被动态演变规律及其环境响应特征,基于2000-2020年MODIS植被覆盖度(Fractional Vegetation Cover,FVC)、气象和地形等数据资料,采用线性趋势分析、稳定性分析、相关性分析等统计方法,分析南水北调中线水源区夏季FVC的时空特征,探讨植被覆盖变化对气候、地形因子的响应。结果表明:1)水源区夏季FVC存在明显的空间异质性,分布格局整体呈现中间低、两边高,并以库区、汉江为中心逐步向四周增加的特征,但总体以高FVC为主,占比达到73.5%,主要分布在海拔1000 m以上地区。2)水源区夏季FVC从2000-2020年整体呈明显增加趋势,平均增加速率为0.51%/a,其中高覆盖区平均增加速率为1.92%/a,其分布面积也呈显著增加趋势,表明21年水源区植被生态总体呈改善态势。3)水源区夏季91.5%的区域植被得到改善,与近年来水源区大力实施退耕还林和天然林保护工程等生态保护政策有关。72.7%的区域为植被较低稳定区、中稳定区、较高稳定区,与植被改善分布情况基本吻合;80%以上水源区夏季FVC与春季降水、夏季平均气温呈正相关关系,是水源区夏季FVC变化的主导因子;与夏季降水,春、夏季日照时数主要呈负相关关系,但相关性不显著。其中,春季降水对夏季FVC变化影响区域面积最大。4)水源区夏季FVC的分布具有一定的地形梯度特征,随海拔升高呈先上升再下降的趋势,随坡度增加呈上升趋势,但不同坡向的差异不明显;水源区夏季FVC高值区主要集中在高程为1600~2000 m的中高山区与坡度>16°的地区。

南水北调中线工程河南水源区生态补偿标准研究

建立健全生态补偿机制是协调流域生态保护与经济社会协同发展的有效途径,补偿标准是生态补偿机制建立的核心要素。从水质水量双视角出发构建水源区生态补偿标准测算模型,以南水北调中线工程河南水源区为例进行生态补偿量测算,并对受水区各省市生态补偿量进行了分摊测算。结果表明:河南水源区对受水区水质产生正外部性影响,从水质角度受水区应向河南水源区补偿2 667.89万元;河南水源区为受水区的经济社会发展提供水资源支撑,从水量角度受水区应向河南水源区补偿21 719.55万元;以受水区用水比例和经济发展水平为权重对总补偿额24 387.43万元进行生态补偿量分摊测算,北京、天津、河北和河南分别应承担补偿量为4 755.55万、2 560.68万、7 682.04万、9 389.16万元。

南水北调中线水源区浮游植物

通过对南水北调中线水源区水体浮游植物的调查,结合理化指标的逐月测定,结果表明:该水域共有浮游植物8门40属71种(包括变种),其中以硅藻门的种类占优势,浮游植物的种类和数量随季节和水域不同而呈现差异,浮游植物对水体污染具有较好的指示作用,水体为寡污型水体.本研究为建立中线水源区长期生态研究数据信息库及库区生态环境保护政策制定提供科学依据.

层次分析法对南水北调中线水源区的水质评价

层次分析法(AHP)是一种多指标多因素综合评价法,其理论内容深刻而表现形式简单,包括递阶层次结构模型、判断矩阵的建立及其求值、一致性检验和综合指数计算等运算过程。在南水北调中线水源区3个采样点进行了2 a的水体浮游植物和9项理化指标的检测,并应用层次分析法通过季节4因素和6项理化指标对水质进行综合评价。结果表明:层次分析综合指数PI在3采样点有差异并且变化灵敏,渠首(陶岔S1)PI=0.5697,水质属于污染;库心(小太平洋S2)PI=0.3619,水质属于尚清洁;丹江入库上游(大石桥S3),PI=0.7755,水质属于中污染;AHP分析结果与实际基本相符。根据结果分析认为:层次分析法做为综合评价法对水质评价有重要性,值得推广应用;丹江口水库是重要的水资源,但目前水质状况并不理想,因此做好水源区的长期生态监测,加强理论和技术研究,改善水质,极为重要。

南水北调中线水源区土地利用/土地覆被的空间格局

土地利用/土地覆被(简称LULC)变化对流域水资源动态具有深刻的影响。这对于我国大规模跨流域的南水北调工程规划尤为重要。本文制定了该工程中线水源区约95000km2面积的LULC分类系统,利用2000年前后的TM影像完成LULC分布现状图,并结合DEM分析了其土地利用/土地覆被的空间格局特征。结果表明:①研究区域森林覆盖率为50.97%,灌丛25.58%;农田约占15%,其中旱地与水田的比例约10:3;石砾裸地等强烈退化类型合占5.66%;水域约占1%。②区内秦岭南坡、汉—丹平原丘陵、巴山北坡三部分的LULC结构存在显著差异,强度土地利用类型和退化土地类型主要分布在汉—丹平原丘陵地区;秦岭南坡耕地的水分条件较巴山北坡好,但局部土地退化现象也更严重。③地形对LULC具有明显影响。海拔高度控制着自然植被的垂直分异和各种土地利用类型及利用强度的分布;各土地覆被类型的分布显示了坡度对土地开发强度的限制作用;坡向对局部LULC格局的影响并不显著,但在区域尺度上可能对秦岭南坡与巴山北坡的LULC结构差异具有贡献。南水北调中线工程水源区当前的LULC结构和空间格局显示,总体上植被状况良好,高强度的土地利用类型主要集中于海拔1000m以下的平缓地区,而退化土地类型也主要存在于这一区域,是流域水质保护和环境治理的关键区域。

南水北调中线水源区浮游植物时空分布及其营养状态

2004年3月—2006年5月,在南水北调中线水源区选择4个监测点进行了7次采样,获取了表层浮游植物和水质理化指标数据,采用污水生物系统法、营养状态指数法和单因子评价法综合评价了水源区的营养状态。结果表明:中线水源区浮游植物群落具有明显的时空变异性;浮游植物共有8门67属161种(含变种),硅藻占39%,污染指示种21属24种(含变种),β-中营养型占污染指示种的38%;在检出的浮游植物中未发现水体重污染指示种;水源区叶绿素a质量浓度为0.00425mg.m-3,营养状态指数为0.0001;除总氮外,其他理化检测指标均符合Ⅰ类水质标准;综合评价水源区处于中营养状态。本研究可为中线水源区长期生态研究数据信息库的建立及库区环境保护政策的制定提供科学依据。