基于系统动力学模型的郑州市水资源承载力动态模拟

水资源问题制约着缺水城市的可持续发展,近年来郑州市社会经济高速发展,其水资源有限的现状与用水需求快速增长之间的矛盾愈加凸显。为科学研究郑州市水资源承载力远期发展情况,根据郑州市经济社会现状的水资源供需和发展状况,采用多系统综合的系统动力学方法(System Dynamics,SD),结合水资源、生态、经济社会、水利工程四个子系统,构建郑州市水资源承载力研究的SD模型。将2010-2019年的历史数据与SD方法的模拟数据进行比较,平均误差均小于10%,具有较高的可信度,可用来预测郑州市未来的水资源承载力发展情况。在此基础上,通过设定现状延续、控污节流、开源控污和开源节流4种不同方案,对2020-2030年水资源承载力系数进行动态模拟预测。结果表明:2030年4种方案下的水资源承载力系数分别为1.24、1.18、1.00、0.89,现状延续和控污节流方案下的郑州市水资源承载力随着时间的推移呈现严重超载状态,无法承载郑州市经济社会的快速发展;开源控污方案在预测期内的水资源承载力超载状态会对经济社会发展产生较大阻力。故开源节流方案为最佳方案,水资源承载力系数小于1,在研究期内未出现超载状态,可有利缓解郑州市的缺水状况,促进经济社会的发展。结合4种方案的优点,提出有利于郑州市水资源可持续发展的建议与对策。

基于动态博弈模型的多水源-多用户水价定价机制研究——以义乌市为例

水价是促进水资源合理配置的一个重要杠杆,关系到经济社会的健康发展,科学合理制定水价是实现健康有序发展的核心。当前我国水价的制定由于核准机制难以统一、成本形成时间不同、多水源-多用户的科学比价关系尚未建立等原因难以解决复杂的水资源配置问题。为推进分质供水和再生水利用,实现优质优价,发挥水价机制在多水源配置中的调节作用,建立科学合理的多水源-多用户均衡水价体系势在必行。本文从水价定价市场化的视角出发,充分考虑了多水源市场的供需状况、供求主体和其地因素在多水源定价过程中的作用机理,并以义乌市为例,构建地方政府、供水企业与用水户分别居于主导的Stackelberg博弈模型,对比分析了3个主体在不同情况下的均衡价格与收益。结果表明:在用水户占主导的情况下,多水源水价价格最低,供水企业占主导地位的情况下,总体收益最高,得到的价格体系为水库水-居民用户5.63元/m^(3),水库水-非居民用户6.20元/m^(3),水库水-特种用户6.21元/m^(3),河道水-非居民用户3.34元/m^(3),再生水-居民用户2.95元/m^(3),再生水-非居民用户3.06元/m^(3)。此价格体系可以实现供水企业盈利合理、用水户支付合理和水资源配置合理的均衡目标,为实现水资源市场化定价提供理论依据,同时为这一领域的后续研究提供思路参考。

黄河下游典型滩区社会经济—防洪安全—生态环境耦合协调分析

黄河下游滩区是一个复杂的互馈系统,系统的安全及协调发展关系到一个地区的稳定与可持续发展。为科学评价黄河下游典型滩区社会经济-防洪安全-生态环境耦合系统的安全发展水平与协调程度,明确影响其发展趋势的主要原因。针对黄河下游兰东滩区的区域特征,综合考虑社会经济、防洪安全、生态环境对滩区发展的影响,遵循指标选取的诸多原则,通过组合权重法确定指标体系权重,构建了黄河下游兰东滩2001-2020年的耦合协调度模型,对耦合协调度变化趋势进行分析预测。结果表明:(1)黄河下游兰东滩区社会经济-防洪安全-生态环境耦合系统相互作用明显,但整体协调耦合发展程度不高,距离优质协调还有一定的差距;(2)综合系统的耦合度与耦合协调度拟合优度较好,均在0.9以上,且其趋势线与防洪安全评价指数趋势较为接近,表明防洪安全对综合系统的影响较大;(3)组合权重占比较大的主要是防洪安全方面的指标,其次是社会经济,最后是生态环境,表明兰东滩安全发展与环境友好的前提就是保障最基本的防洪安全;(4)3个子系统的安全评价指数在近20年都有不同程度的增幅,社会经济子系统安全评价指数稳定上升,增长速度明显高于防洪与生态,防洪安全与生态环境子系统发展较为不均衡。

郑州市用水结构演变及驱动力分析

探明城市用水结构演变规律是加强城市用水保障的基础。基于郑州市各县市2003~2019年用水资料,利用信息熵、洛伦茨曲线和基尼系数探究郑州市用水结构演变规律,基于灰色关联度分析不同城镇化水平阶段影响郑州市用水结构演变的主要驱动因素及其变化。结果表明,郑州市用水结构比例趋于稳定状态;目前生活用水地区分布高度平均,农业用水地区分布差距悬殊且存在进一步增加的趋势,工业用水地区分布差异性略有增加,生态用水地区分布有向公平度较高方向演变的趋势;以工业为主的影响因素已成为现阶段对用水结构演变较为重要的驱动因子。

近20年黄河下游宽滩区河槽糙率演变规律及影响因素分析

河槽糙率是影响黄河下游宽滩区洪水演进过程和河床冲淤变化的主要参数,2002年小浪底水库实施蓄水拦沙后,改变了河槽糙率的分布规律,糙率变化对下游河道防洪工程布局及生态环境保护规划等造成一系列影响.利用黄河下游宽滩区2002~2020年典型水文站实测断面数据和水文数据,根据曼宁公式推求糙率,分析典型大断面汛前、汛后河槽糙率随时空的演变规律及影响因素.结果表明:(1)同一断面汛后糙率略大于汛前糙率,花园口和孙口断面汛后糙率较汛前糙率增幅明显,增幅分别为14.64%和19.37%;(2)游荡段糙率随时空变化呈下降趋势,过渡段糙率随时空变化呈略微上升趋势;(3)河槽糙率随Froude数的增大而减小,糙率与含沙量之间没有表现出明显的相关关系;(4)以花园口和高村站为例,河槽糙率与流量和断面平均流速呈反比,与过流面积呈正比,游荡段糙率与宽深比呈反比,过渡段与宽深比呈正比;其中,糙率与平均流速之间拟合关系最好,R^(2)分别为0.62和0.78;(5)断面形态和水流条件是影响黄河下游宽滩区河槽糙率的关键因素.