水利新质生产力:内涵解读、理论框架与实施路径

在新一轮科技革命和产业变革的大背景下,新质生产力成为高质量发展的内在要求和重要着力点。为把加快发展新质生产力的部署要求落实到水利工作的全过程各方面,提出了水利新质生产力的概念及内涵,认为水利新质生产力是追求高科技、高效能、高质量、符合新发展理念的先进水利生产力质态;提出了由指导思想、基本原则、理论基础、主要研究内容和支撑体系五部分组成的水利新质生产力理论框架,阐述了水利新质生产力的主要研究内容;并从工程、技术、制度和管理支撑四方面,提出了水利新质生产力的实施路径。为加快形成和发展水利新质生产力提供理论基础和路径参考。

区域水平衡及失衡程度度量方法

区域水平衡量化及诊断是水网工程建设优化和水资源均衡调控的基础,对提升水安全保障能力、支撑经济社会稳定发展、实现人水和谐具有重要意义。本文从空间、时间、结构、过程、总量五个维度解构了区域人水系统的四大平衡,即反映水收入项和支出项定量关系的水收支平衡、体现经济社会供水量与需水量匹配关系的经济社会供需水平衡、结合经济社会-生态系统发展与用水定量关系的经济社会与生态用水平衡、表征人水系统发展状态的人水关系和谐平衡,并提出相应的水平衡度量方法。多角度解析了区域水平衡的失衡状态,提出四大平衡的失衡程度度量方法及区域水平衡的失衡程度综合度量方法。以沁河流域为实例应用和检验了上述方法,结果表明:提出的度量方法具有科学性和适用性,能够应用于区域水平衡研究实践;2019年沁河流域水平衡的失衡度为0.327,处于蓄水量减少、水资源短缺、生态端亏水、水系统受损的中度失衡状态,后续应注重人类涉水行为的管控。研究成果可为区域水平衡评估与调控提供理论支撑,服务国家或区域水平衡策略制定和水网工程规划。

对水利新质生产力的理解及发展思考

水利新质生产力是新质生产力的重要组成部分,也是新质生产力的重要基础,要把水利新质生产力落实到水利工作的全过程、各方面。基于水利新质生产力的内涵、构成要件,及其与新质生产力、水利高质量发展的关系,从不同角度深入认识水利新质生产力,阐述发展水利新质生产力的重要意义。提出发展水利新质生产力的框架,包括根本宗旨、战略指导、工作理念、目标任务以及关键内容,介绍了水利新质生产力的发展思路以及需要把控的关键内容。

基于人水和谐视角的国家水网优化布局构想与展望

国家水网建设有助于缓解当前日益复杂的人水矛盾,基于人水和谐论开展国家水网优化布局研究,能够为国家水网建设提供新的思路。本文从人水和谐的视角出发,通过梳理国家水网提出过程,分析现阶段国家水网建设中亟待解决的问题,在此基础上辨析人水和谐论对国家水网优化布局的指导作用;进一步以人水和谐理念为引领,从指导理论、基本原则、布局方法、关键内容与研究途径等方面提出了国家水网优化布局的构建框架;从促进人与自然和谐共生、实现综合效益最优发挥、支撑国家安全总体保障、助力先进文化繁荣发展、建设现代水网智慧服务5个方面描绘了国家水网优化布局的蓝图;从理论、方法、技术、支撑体系4个方面对国家水网优化布局未来研究进行展望。

我国现代治水研究热点与发展展望

中国现代治水充满机遇,面临挑战。“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路是习近平总书记关于现代治水所做的重要论述,其简明扼要、科学严谨、逻辑紧密、系统完整地指明了现代治水研究的发展方向,为新时代治水研究提供了根本遵循。文章以“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路为主线,分别阐述我国现代治水历程,分析现代治水研究热点,并对未来治水研究发展作出展望,以期对我国未来治水体系发展、治水方案谋划提供参考。

水资源刚性约束制度研究框架与展望

实行水资源刚性约束制度是当前水资源管理制度领域的重大改革措施,也是推动相关国家战略实施、实现人水和谐共生的必然举措。梳理了水资源刚性约束制度的提出背景与历程,分析了水资源刚性约束制度的概念内涵,从指导思想、理论基础、技术支撑、战略目标、研究内容和关键问题等6个方面构建了水资源刚性约束制度研究框架,从理论研究、技术研究、实践研究等3个方面对未来研究进行了展望,以期为水资源刚性约束制度相关研究提供理论和实践参考。

黄河流域生态保护和高质量发展研究述评与展望

黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略提出已近5 a,在此期间国家及社会各界做出了不懈努力,黄河流域保护治理水平得以飞速提升。然而,黄河保护治理问题错综复杂,绝非一朝一夕可以解决,针对黄河流域现状及存在问题,亟须对近5 a的研究和成果进行系统总结,并对未来发展进行展望。从科研项目、学术论文、学术专著和研究平台4个方面,系统总结了黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略提出后社会各界针对黄河所做的研究与贡献;运用系统论、辩证论、和谐论等理论,并结合黄河流域现状及亟待解决的重大问题,对推进黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略提出5点展望:多学科交叉融合、多部门协同治理、多层级联合攻关、多平台培养人才、多途径保护治理。

经济社会与生态用水平衡计算规则与方法

从平衡的概念出发,针对经济社会与生态用水竞争问题,提出了经济社会与生态用水平衡的概念,并论述了其内涵及特性;构建了经济社会与生态用水平衡计算规则框架,包括遵循四大规律、基于六大理论、考虑六大因素、符合三大准则;提出了经济社会与生态用水平衡的计算思路,包括资料处理、量化计算、结果检验3个步骤,并给出了其计算方法和计算结果表征方式。以2019年沁河流域为例,量化了流域经济社会与生态用水平衡;在求解一次平衡点以及经济社会用水刚性约束、生态用水刚性约束、综合效益刚性约束条件下平衡结果的基础上,综合考虑六大因素以及总需水量与水资源总量关系,确定了沁河流域经济社会与生态用水平衡点,即经济社会用水与生态用水的比例为0.71∶0.29。

水灾害和谐防控与智慧模拟研究框架与展望

随着环境加剧变化与科技快速进步,我国水灾害防控事业面临着新的机遇与挑战。为深刻认识水灾害治理与防控,结合国家水灾害防御重大需求,对我国水灾害治理历程进行梳理与阶段划分,提出水灾害(包括干旱、洪涝、水环境污染)和谐防控与智慧模拟研究的必要性,从指导思想、理论基础、关键问题、研究内容、应用实践和发展战略研究六个方面提出水灾害和谐防控与智慧模拟研究框架,并从水灾害防控理论完善、水灾害和谐防控研究、智慧应用前景探索三个方面提出未来研究展望,以期为水灾害防控工作和高质量发展提供业务支撑。

面向新质生产力发展需求的国家水网建设关键内容及研究展望

为推动国家水网建设稳步迈入新质生产力发展的新征程,在理解水利新质生产力内涵及发展需求的基础上,从高科技、高效能、高质量、绿色4个维度出发,系统梳理国家水网建设需要把握的关键内容,分析有代表性的研究实例,并在此基础上进一步对国家水网未来研究进行展望,包括研发国家水网模拟器大科学装置、物理水网和虚拟水网协同建设、支撑人与自然和谐共生的现代化建设、科学处理人水关系4个方面,以期为面向新质生产力发展的国家水网建设提供参考。

人水关系学的基本方程及模型构建

人水关系是人类与自然界关系中最重要的关系之一,人水关系学是研究人水关系的一门新交叉学科,构建其基本方程和模型是深入研究人水关系的核心内容之一。基于前期研究工作和不同学科成果梳理,提出了人水系统“四大过程”(水循环过程、物质循环过程、生物过程、人文过程),总结给出了“四大过程”的基本方程及其耦合与计算方法,提出了考虑“四大过程”的分布式人水关系模型构建框架与人水关系模拟器的构建设想,并介绍了沁河流域分布式人水关系模型应用研究实例。人水系统“四大过程”是表征人水关系的重要基础,其基本方程是研究人水关系学的基础方程,由基本方程耦合构建的模型是模拟人水关系问题的重要工具,可为进一步完善人水关系学奠定基础,为深入研究人水关系模型提供思路。

农田水利新质生产力关键内容及研究展望

水利新质生产力是符合新发展理念的先进水利生产力质态,是实现水利高质量发展的关键环节。要以水利新质生产力助力农田发展,推动农田水利新质生产力发展。农田水利新质生产力是水利新质生产力在农田领域的具体实践,是推进实现农业现代化建设和高质量发展的有力路径。为加速落实水利新质生产力在农田领域的部署要求,本文在深入探析农田水利新质生产力和水利新质生产力之间关系的基础上,构建了农田水利新质生产力的研究框架,包括关键问题、战略目标、体系布局和关键内容,并针对农田水利新质生产力的关键内容展开重点研究,最后从理论研究、技术创新和农田改造3个方面提出未来研究展望,为农田水利新质生产力的形成和发展提供参考。

水资源节约集约利用理论体系与应用实践

水资源节约集约利用是促进全社会节约用水、保障国家水安全、促进生态文明建设、助力高质量发展的重要举措。通过梳理水资源节约集约利用的提出背景及历程,深入剖析水资源节约集约利用的概念内涵,提出了水资源节约集约利用理论体系框架,包括基础理论、符合原则与研究内容。重点分析了水资源节约集约利用理论在节水型社会建设、水利高质量发展、人与自然和谐共生以及水资源刚性约束制度建设中的应用实践,旨在为我国现代水资源利用提供理论支撑和实践指导。

城市洪涝应急响应能力评价及优化研究

在气候变化和全球化的背景下,极端降水事件及其导致的洪涝灾害频发。为准确评估暴雨内涝影响下的城市应急服务水平,基于InfoWorks ICM构建了城区内涝模型,利用ArcGIS中的最快路径法评估了医疗、公安、消防的空间可达性,利用基尼系数评估了公共应急服务相对幼儿园分布的合理性,采用最大覆盖算法对医疗、公安、消防的分布进行了优化,并基于研究区的情况进行了分析。结果显示:研究区的医疗、公安、消防相对幼儿园的基尼系数随着降雨重现期的增加而增大;对研究区的医疗、公安、消防分布优化前,这些部门的分布不尽合理,其15 min内的应急服务可达性不能满足应急救援要求,研究区应急响应资源相对幼儿园缺失严重,相对来说,医疗应急响应缺失最为严重;对研究区的医疗、公安、消防分布优化后,这些部门相对于幼儿园的基尼系数普遍在0.400以下,医疗和公安的应急服务即使在百年一遇洪涝加晚高峰情景下仍可以在15 min内覆盖40%的研究区面积,消防可覆盖70%的研究区面积,医疗、公安、消防的分布相对合理。本研究为中国城市洪涝灾害应急响应能力评价提供参考。

黄河模拟器智慧化计算方法体系及应用前景

为促进黄河模拟器进入可操作阶段,尽快发挥黄河模拟器在解决黄河流域水资源短缺、经济不平衡以及生态脆弱等问题中的积极作用,深入梳理并构建了黄河模拟器智慧化计算方法体系。基于对智慧化计算概念的理解,分别从数据存储及预处理、模拟算力、迅速响应3个方面需求以及生态保护与管理、水资源高效利用、灾害评估与应对3个方面意义解析了黄河模拟器的智慧化计算的重要价值。依据黄河模拟器的建设框架,重点从模拟体系和服务体系两个方面详细归纳了智慧化计算方法的仿生智能计算、机器学习、模糊计算以及融合计算4个分支,展望了黄河模拟器智慧化计算方法带来的时代变革,发掘其在发展规划、灾害处理以及资源配置方面的巨大应用前景。

基于水系完整性的襄阳市防洪排涝体系建设战略

人类社会发展对河湖水系的干预和侵扰引发了危及自身的负效应。城市化进程中人水争地导致洪涝水蓄滞空间不足和出路不畅成为当代城市洪涝灾害的主要原因,也是水生态系统受损的根本原因之一。从维系良性水循环、保持水系健康、有效保障水安全的治水目标出发,提出水系完整性的概念与内涵;从水系格局与功能两个方面分析了1950年以来的襄阳市水系演变,并基于水系完整性的基本理念,研究了襄阳市水系空间管控策略;遵循新时期发展战略,结合国际治水前沿和发展趋势,提出了襄阳市防洪排涝体系建设的目标、布局及重点。

大思政和新工科背景下水利工程类专业课教学改革探索

面向大思政目标和新工科建设要求,指出水利工程类专业课在教学过程中存在的课程教学与新工科建设适应性有待加强、专业教学与思政教育融合有待深入的问题;基于建立的课程思政教学路径,开展了大思政新工科下的水利类专业课“理念-目标-内容-模式-方法”一体化的课程教学改革研究,并以水利类核心基础课《工程水文学》进行示例说明。

基于区域水平衡理论和SWAT模型的沁河流域水收支平衡演变分析

基于区域水平衡理论和SWAT模型,提出了分布式水收支平衡模型的构建思路及水收支平衡计算方法,对人类活动和未来气候变化情景下的沁河流域水收支平衡状况进行模拟,并通过皮尔逊相关系数和Mann-Kendall检验方法分析了水收支平衡的关键影响要素及其演变规律。结果表明:2010—2016年沁河流域蓄水总量呈下降趋势,降水量及出口径流量为沁河流域水收支平衡相对关键的影响要素;未来多气候情景下蓄水总量呈上升趋势,多年平均降水量及出口径流量两个关键影响要素的总体变化情况与辐射强迫水平呈正相关关系;典型气候情景SSP2-4.5下降水量及出口径流量在2037—2041年、2061—2063年可能存在突变。

引江济淮工程(河南段)水资源调配系统设计与开发

为强化引江济淮工程(河南段)水资源统一调配,基于Spring Boot和Vue前后端分离开发的模式,利用天地图API、WebGL、Echarts等技术设计研发引江济淮工程(河南段)水资源调配系统。从设计思路、功能界面、关键技术3个角度论述系统设计思路和实现过程,从而实现地理信息服务、供需水预测、水资源优化配置、水资源优化调度等功能,实现水量分配可视化、运行调度智能化和跨流域调水管控一体化。系统测试结果表明:引江济淮工程(河南段)水资源调配系统的建立提高了受水区水资源精细化管理的水平,解决了引江济淮工程(河南段)跨流域调水的配置难题,为受水区水资源高效利用提供有效的技术支撑。

面向高质量发展的缺水地区水资源优化配置模型及应用

科学合理的水资源配置方案是实现北方缺水地区高质量发展的重要基础。在系统梳理相关研究成果的基础上,分析北方缺水地区水资源特点和未来配置需求,提出面向高质量发展的北方缺水地区水资源优化配置模型框架。从目标函数、约束条件、参数设置、算法设计等方面开展系统建模,并从惯性权重与学习因子两个角度对传统粒子群算法进行改进和有效性检验。最后,将模型和算法应用于北方典型缺水城市阳泉市的水资源配置方案研究。结果表明:阳泉市工业和生活用水具有较大节水潜力,平定县是最大用水户;规划水平年节水情景显著提升了缺水地区的需水满足程度和水生态环境承载能力;构建的高质量发展目标和北方缺水地区关键约束的水资源优化配置模型具有可行性。