中国31省(市、自治区)水资源承载力评价及预测研究

为评价我国省级水资源承载状况,基于水资源-社会-经济-生态环境4个子系统构建指标体系,采用层次分析法和熵权法组合赋权的TOPSIS模型对中国31省(市、自治区)2010—2019年的水资源承载力进行综合评价,运用M-K检验法分析了其时空变化特征,并对评价结果进行障碍因子诊断,在此基础上采用BP神经网络预测出各省(市、自治区)2020—2025年的水资源承载力。结果表明:(1)中国31省(市、自治区)水资源承载力呈现波动提升趋势,整体处于临界承载状态;(2)我国水资源承载力具有显著的地区分异规律,西南、华南、东北地区承载力较好,华北和西北最弱;(3)研究期内,水资源承载力在西北和东北地区表现为恶化,华南、华北部分地区也出现恶化情形,而华东、华中和西南大部分地区均有所改善;(4)产水模数、农用化肥使用量、人均水资源量、供水模数、人均综合用水量、废水排放总量和水资源开发利用率是对我国水资源承载力影响作用最强的7个障碍因子,且影响强度依次递减;(5)水资源承载力未来将在全国多数地区逐渐改善,而山东、河南、辽宁可能形成重度恶化区。

近70年来不同地貌和植被类型区水沙特征演变及其对生态恢复的响应

黄土高原水土流失治理和退耕还林(草)等生态环境建设,对不同植被类型区和治理度下的水沙过程均产生了深刻的影响。以北洛河流域为例,基于1952—2019年实测水文数据,采用水文统计法,对比分析了上、中、下游等不同地貌和植被类型区生态恢复对水沙数量、径流调节、影响因素贡献等的影响及其差异。结果显示:(1)上、中、下游年均径流深分别为30、23、21 mm,产沙量为0.6、0.05、-0.02亿t。中游年均产流量占流域总水量的51%,上游年均产沙量占流域总沙量的90%以上。(2)上、中、下游径流深极显著减少,减少率分别为-0.28、-0.16、-0.43 mm/a;上游产沙量以0.02亿t/a速度极显著降低,中、下游产沙量不显著减少。(3)上、中、下游的削洪、补枯程度逐年代增加,与20世纪60年代比,21世纪10年代洪水期流量(Q5)分别减少了63%、45%、60%,上游枯水期流量(Q95)增加了68%,中游20世纪80年代枯水期开始产流。(4)与20世纪60年代比,上、中、下游21世纪10年代人类活动对产流量减少的贡献率分别为94.7%、26.7%、60.7%,而对产沙量减少的贡献率均大于85%。结果表明,植被盖度低但生态恢复程度大的上游,主要受人类活动因素影响,产流产沙量极显著减少,径流调节程度较高,产沙量越集中于暴雨过程;植被覆盖程度高但生态恢复程度小的中游,主要受气候因素主导,产流量明显减少,产沙量微弱降低,径流调节程度弱。水沙数量变化大小及径流调节功能程度,不仅受植被恢复程度的影响,还决定于区域植被盖度的大小。研究可为理解黄土高原的生态水文过程提供理论支撑。

秦岭山脉典型流域水系分形特征及空间分异性

将分形理论引入流域地貌形态的定量研究,利用盒维数法计算了秦岭地区22个典型流域水系分维值,分析其与流域形态和水文特征的相关性及空间分异性。结果表明,秦岭地区各流域水系在其无标度区间内呈现良好的分形特征,分维值处于1.033 5~1.079 5之间,相关系数达0.979 5以上;各流域水系分维值与流域形状系数呈正相关关系,与年径流深呈负相关关系,与河流比降呈较复杂多项式关系;秦岭山脉南北两侧水系分维值存在一定自组织相关性,尤以秦岭中部及西部地区较为显著,东部地区差异相对较大。

基于综合模糊评价法的乌东德水电站移民安置环境容量评价

移民工作是水电工程的重要组成部分,直接影响到水电工程建设的进行和社会的稳定。以乌东德水电站为例,基于移民安置环境容量的概念,考虑社会、自然、经济、资源4个系统,构建移民安置环境容量评价指标体系,通过衡量影响程度,对评价指标赋予不同的权重,进而对移民规划进行综合评价。结果表明,乌东德水电站的移民安置环境容量总体来说基本上满足要求。

陕南秦巴山区极端降水的空间分布特征研究

极端降水是许多突发性和危害性水灾害事件的诱因。陕南秦巴山区因其复杂的地理、气候条件,对极端降水引发的各种灾害风险更为敏感。相关研究可以强化区域极端降水预报和山地灾害预测,指导适应性治理方案制定。依据研究区19个站1998年—2016年的逐日降水资料,采用阈值为95的百分位法筛选不同时段的极端降水,并运用等值线图进行极端降水空间变化特征分析。结果表明:陕南秦巴山区极端降水发生数从南到北递减,西部应重视短历时极端降水引发的山洪和泥石流灾害;其极端降水均值、变差系数等值线多与汉江河道方向一致;易受极端降水危害的是镇巴和佛坪县域,需进行滑坡灾害重点防灾设计。研究丰富了秦巴山区气象数据资料成果,同时也为区域极端降水和山地灾害的预测预报提供了科学的依据。

秦岭生态区水资源分析评价

一、自然概况 秦岭生态区位于我省中部，西以甘肃省、东以河南省为界，北至秦岭北坡山脚线，南以汉江北岸为界，剔除汉中盆地、月河盆地区域。

标准化单位线在黄土林区小流域设计洪水计算中应用分析

我国小流域观测资料缺乏,设计洪水推求大多采用各地区水文手册中传统计算方法计算,设计洪水计算方法单一。以小南川为例,采用标准化单位线法对黄土林区小流域的设计洪水进行计算,通过汇水面积相关法、综合参数法、面积比拟法对成果进行验证。结果表明,单位线模拟的洪水过程出现峰值偏后、退水偏快的系统偏差,可为无资料地区设计洪水推求起借鉴作用。

1959-2011年北洛河上游流域径流量及其组分变化趋势和时间分配特征

以实测水文数据为基础,分析了区域水土保持措施实施和植被恢复背景下北洛河上游黄土丘陵沟壑区流域1959-2011年间径流和基流数量变化、时间分配规律和阶段特征,对流域水土保持和生态平衡、水资源保护和利用具有指导和借鉴意义。结果表明:志丹、吴起、刘家河3个水文站的年均径流深分别为37.6、27.1、31.8 mm。年均地表径流量和基流量所占比例3站平均为63.8%和36.2%。3站的年径流量和地表径流量全部表现为极显著减少趋势(P<0.001),而且地表径流量决定了总径流量的变化程度。3站基流量呈增加(P<0.01)(吴起站、刘家河站)或稳定态势(志丹站)。径流量及其组分年内分配均表现为"双峰型"。随时间推移,径流量月内分配不均匀性减弱,夏、汛期径流量占年径流量的比例急剧降低。3站冬、春季枯水期基流量均为显著增加态势,而夏、秋季稳定。1959-2011年在水土保持措施的实施和生态恢复背景下,流域径流及其组分的数量和时间分配发生了很大变化,流域水循环要素比例趋于合理。

窟野河、秃尾河、佳芦河流域1966-2010年降水变化特征分析

分析了榆林地区窟野河、秃尾河、佳芦河流域1966-2010年降水变化特征及集中期,利用IDW空间插值法研究降雨的时空分布规律,并通过Mann-Kendall非参数检验法和滑动t检验法对其突变和趋势进行检验。结果表明:榆林地区窟野河、秃尾河、佳芦河流域降水量总体稳定在400 mm左右,略有下降,降水多集中于7月中旬,不同时段降水量均为自上游至下游递增。研究时段内,年降水未发生突变,这为当地水资源开发和生态环境改善提供了有利条件。

淳化县水资源承载力系统动力学仿真模型研究

基于淳化县水资源现状,采用系统动力学方法建立了淳化县水资源承载力系统动力学模型。把水资源系统分为社会、经济、生态和水资源4个子系统,在现状发展型、经济发展型、资源环境保护型、综合发展型4种方案下模拟了2014-2030年淳化县水资源承载力的动态变化。结果表明:方案1~3都很难达到淳化县以后社会经济发展的需求,而方案4是能够提高淳化县水资源承载力的可行方案。

淳化县水资源承载力预测评价

随着最严格水资源管理制度的出台以及"三条红线"的确立,明确一个地区水资源承载力已成为开展后期工作的基础性环节。针对淳化县特殊的水文地质条件和社会经济发展状况,建立了区域水资源承载力综合评价指标体系,通过熵权法消除评价过程中的主观影响,应用模糊综合评判模型、TOPSIS模型、径向基神经网络模型完成了对淳化县2007—2015、2020、2030年水资源承载力的综合评价。随着时间推移,三种评价方法所得结果在变化趋势上显现一致,都表现为从逐步趋好再变坏的过程,现阶段主要表现为工程性缺水,后期规划水平年则水资源的开发利用已初具规模,未来势必要控制经济发展势头,以保障区域生态环境的健康发展。本次运用以上三种评价方法对同一指标体系下的淳化县水资源承载力作出综合评价,使得所得结论精准度较高,能够为当地的社会生态协调发展提供科学支撑。

3维干旱变量联合概率分布研究

研究多变量干旱特性联合分布的推求方法。选择干旱历时、干旱烈度和烈度峰值为水文干旱特性变量。单变量的边际分布参数分别采用矩法、概率权重法、极大似然法和遗传算法进行计算和优化。应用检验、Kolmogorov-Smirnov等6种检验法进行单变量分布的拟合度检验。采用Pearson’s古典相关系数,Spearman秩相关系数,Kendall’s,Chi-Plots和K-Plots进行变量间的相依性度量。选择4种常用的3维Archimedean Copula函数进行干旱特性变量联合分布拟合。根据RMSE、AIC和BIC准则选择最优copula。在此基础上,采用基于Rosenblatt变换的Bootstrap法进行3维copula的拟合度检验。模型应用于渭河流域北洛河状头站径流序列,结果表明:Gumbel-Hougaard copula拟合效果最好,可以描述洛河状头站3维干旱变量的联合分布。

陕西省渭河流域城镇供水问题的浅思

促进渭河流域生态环境改善与城市用水供需平衡,使城市人口、经济社会发展与环境资源相协调,进入长久的可持续发展轨道。针对渭河流域水资源短缺导致城镇供水矛盾加剧的问题。提出渭河流域要搞好长期规划,作好合理开发与优化配置,开源节流,以供定需,加快节水型城市建设,实行水资源统一管理。

基于城镇排污视角的水功能区纳污能力模型及其应用

水功能区纳污能力是区域水功能区限制纳污和责任考核管理的重要依据.为了适应目前以县为主体的水功能区水环境管理方式,本研究从水功能区城镇污染物允许排放量的视角研究水功能区纳污能力,建立水功能区城镇排污模型,并应用于泾河入渭段主要城镇礼泉县和泾阳县.结果表明:礼泉县和泾阳县月允许排污量与河道流量密切相关,丰水期允许排污量高于枯水期.泾河礼泉段当年11月至来年3月水体COD浓度劣于该水功能区水质目标,应削减该时间段礼泉县排污口排污量.排污口排污流量的取值会影响河道水功能区纳污能力的计算结果,城镇排污模型利用相对稳定的排污口排污浓度计算排污口允许排污流量,得到的水功能区纳污能力更为合理.研究结果可为严格的水资源管理提供科学依据.