我国水资源管理及其关键问题初探

我国水问题叠加和累积影响日渐严重,而我国现行的水资源管理在管理体系、政策法规、规划与计划、管理制度和关键技术方面并不能综合应对各种水问题。分析了我国水资源特征及其生态环境问题,概述了水资源管理历程和实施最严格的水资源管理制度,并剖析存在问题,深入探讨了变化环境下水资源系统演变机制的系统识别、面向极值过程的水资源配置与调度、基于总量控制与"三条红线"的水生态环境调控、全面推进水务管理和水利工程综合应对气候变化的关键技术等问题。

基于主成分分析法的武烈河流域水质评价研究

利用MATLAB软件,采用主成分分析法对武烈河流域水环境质量进行了综合评价。结果表明:武烈河流域水环境质量整体相对较好,高寺台下游断面的水质污染比较严重,五日生化需氧量和溶解氧的主成分贡献率超过0.5,说明流域有机污染严重,需要控制工农业废水排放,以遏制污染加剧、预防富营养化爆发。

基于GIS的宜昌市近50年来气温与降水时空演变规律研究

基于ArcGIS的Spatial Analyst Tools反距离加权平均方法,对宜昌市7个站点1960―2009年气温和降水日数据进行时空演变规律分析和空间化展示,结果表明:(1)宜昌市近50年年均气温为16.26℃,1977―2009年变化较为剧烈,各区均呈增温态势;代际变化与总体变化趋势相同,自20世纪80年代后,其高温区域面积呈现逐渐扩张趋势,高温中心由秭归和兴山县西部逐渐转移至宜昌市区,本世纪初气温变化最为剧烈;四季气温变化显著,暖冬效应尤为明显。(2)宜昌市1960―2009年年均降水量为1162.62mm,总体波动性较大,其西南区域年均量较大;年代际变化具有先减小再增加的小幅波动性特征,20世纪60―90年代,降水中心始终集中在该区域西南部,到本世纪初扩展到宜昌市区及其周边地区;年代内降水增减幅度并不显著;降水主要集中在春、夏、秋三季,其强降水主要集中在五峰自治县及其周边地区,冬季则呈现从东南向西北递减的态势。

黄河流域水土资源联合配置技术框架

黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略,对黄河流域水土资源配置提出了新要求。随着气候变化和人类活动的影响,黄河流域面临水资源总量不足、水土资源空间不匹配、水沙异源和生态用水用地矛盾突出等问题。在分析黄河流域水土资源所面临问题及成因的基础上,以山水林田湖草整体保护、系统修复和综合治理为导向,基于已有水土资源要素数据和精密监测获取的数据,识别黄河流域水土资源演变规律及生态关键阈值,构建基于水土资源高效利用与保护的黄河流域水土资源联合配置模型。本研究旨在规范黄河流域水土资源开发,为黄河流域生态保护和高质量发展提供技术支撑。

中国大陆流域分区TRMM降水质量评价

根据中国境内2 257个气象站点1998—2013年逐日降水资料,结合流域分区,采用探测准确性、相关系数以及相对误差等指标,对热带降水测量(TRMM)降水精度和一致性进行系统评价。结果表明:1 TRMM日降水准确性从东南沿海向西北内陆递减;2气象站点年均降水日数显著大于TRMM年均降水日数;3西北片区以外气象站点降水量和TRMM降水量在月尺度和年尺度上均具有较好的相关关系;4各流域年均TRMM面降水量均高于气象站点面降水量,且TRMM面降水量相对误差雨季较小,枯季较大;5各流域TRMM面降水量与气象站点面降水量演变趋势基本一致,南方各流域年降水量均呈减少趋势,北方各流域年降水量均呈增加趋势,全国尺度上年降水量呈微弱的减少趋势。

生态海绵智慧流域建设——从状态改变到能力提升

在气候变化和人类活动日趋增强的影响下,同一流域往往面临着水资源、水环境、水生态和水沙等多种水问题,且干旱和洪涝等极端事件发生的频率日渐增强;系统治理及减缓极值化,成为流域综合治理关键任务,而提升流域对水循环多过程的调节能力则是其关键。在对中国水问题发展形势进行研判的基础上,系统剖析了传统治水模式中强调"状态改变"、"末端治理"、"过程分离"等的不足;明晰了变化环境下水问题系统治理的总体需求和生态海绵智慧流域建设的总体思路;提出了生态海绵智慧流域建设的总体技术框架和若干关键问题。生态海绵智慧流域建设将充分遵循水循环多过程的演变规律,规范人类水土资源开发活动,实现地表-土壤-地下多过程、水量-水质-泥沙-水生态的联合调控,最大限度实现"去极值化",建设健全流域的综合服务功能,保育"山水林田湖"生命体功能。

水的生态服务功能研究进展及关键支撑技术

作为协调经济发展与生态保护的关键支撑技术,生态服务功能评价研究得到了相关研究者的广泛关注;由于水生态系统日益恶化,与水相关的生态服务功能研究成为生态系统服务功能研究中的热点。从水的生态服务功能内涵出发,对水的生态服务功能研究中的识别、评价方法及驱动机制等热点问题进行了阐述,并提出了水的广义与狭义的生态服务功能内涵和双层生态服务功能识别方法与研究模式。介绍了原型观测技术、基于统一物理机制的生态水文模型与多维度分析等关键支撑技术,同时指出内涵与功能识别不清、评价方法不完善、关键支撑技术尚待开发及应用效果不理想是目前研究中存在的主要问题,对水的生态服务功能研究做了展望。

滦河流域不同土地利用类型土壤微生物量C、TN、TP垂直分异规律及其影响因子研究

根据2009年4月份在滦河流域采集的25个土壤样点的数据资料,对不同土地利用类型土壤微生物量C、TN、TP质量分数特征、垂直分异规律、表聚性及与影响因子进行研究。结果表明:土壤微生物量C、TN、TP在土壤表层(0～10cm)的平均表聚系数分别为0.22、0.19和0.14,并且河滩地、林草地的土壤微生物量C、TN质量分数明显高于水稻田和旱田土壤,而农田系统土壤中TP质量分数相对占优。土壤微生物C、TN、TP的剖面分布均表现出从表层向下减少的总趋势,并以40cm为界,不同土地利用类型土壤、同层观测值的显著性差异有所不同。土壤微生物量C、TN与土壤含水率呈极显著正相关(P<0.01),与粉粒呈显著正相关(P<0.05),与土壤容重呈极显著负相关,与气温、降水量呈负相关。TP与气温、降水量呈极显著正相关,与容重负相关,与其它因子没有明显相关关系。

关于陆地水循环演变及其在全球变化中的作用研究设想

围绕中国在全球变化及应对领域多学科交叉研究能力提升和维护国家利益两大重大实践需求,本研究将以全球变化背景下大气-陆面-水文过程演变为主线,融合气象与气候学、水文及水资源学、系统工程学等多学科理论与技术,采用高密度原型观测、多尺度机理实验、数值模拟与仿真、地理信息技术等多方法相结合的途径,发挥云平台的存储、计算和管理等功能与优势,按照"机理识别—规律揭示—形势诊断"的总体思路开展陆地水循环演变及其在全球变化中的作用研究,将发布过去60年全球陆地广义水资源及水循环通量与干旱事件、1级至4级河流径流性水资源与洪涝事件的成果数据;将为中国参与全球气候谈判、国际气候治理和"一带一路"等国家战略的实施提供直接支撑,潜在的经济社会效益显著。

我国京津冀地区良性水资源调控思路及应对策略

以水资源良性循环理论为基础,针对京津冀水资源复杂问题,提出自然水资源循环的循环通畅和社会水资源循环协同均衡的总体调控思路,并从富自然调蓄水、污水集中与分散处理相结合、统一调控管理、消耗水管理及水市场协同发力5方面提出应对策略,旨在实现良性水循环,以支撑区域水资源可持续利用和绿色发展。

基于低碳发展模式的水资源合理配置框架研究

在整体识别水循环与碳平衡耦合作用机制基础上,系统剖析水电开发、水资源开发、生态环境建设和航运(水运)等涉水资源与能源开发过程中的碳捕获与释放特征,提出基于低碳发展模式的水资源配置内涵、特征及总体任务,构建以区域碳水耦合模拟和水资源配置为主要支撑的技术框架,深入探讨了基于低碳模式的水资源配置、模型构建、方案集设置、方案优选过程、对策及保障措施制订等关键技术问题。

气候变化背景下淮河流域场次暴雨事件时空演变分析

全球气候变化对暴雨洪涝等极端天气事件的发生产生了显著影响,识别气候变化背景下暴雨事件的时空变化特征是暴雨洪涝灾害综合应对的关键.以淮河流域为研究区,基于流域内229个气象站点1950-2012年的实测逐小时降水数据,遵循淮河流域实际情况对暴雨事件进行场次划分,并以此作为基础统计单元,借助地理信息系统平台,运用统计学方法并结合气象学理论,以场次暴雨事件开始时间、达到雨强峰值历时、场次平均暴雨历时及暴雨事件发生频次4个指标分析不同年代背景下淮河流域场次暴雨事件发生的过程变化及时空演变特征.结果表明:在气候变化的背景下,场次暴雨发生时间呈现宽幅化和极值化的变化趋势,暴雨发生时间出现了后移和双峰化的特征;暴雨历时及到达雨强峰值历时均呈现增加趋势,整个流域场次暴雨事件在1990s-2000s进入一个增加时期;全球性的气候变化使流域内暴雨事件发生的频次不断增加,历时不断增大,长历时高频次特征明显,尤其是近20 a来,淮河流域暴雨事件高发区域呈现出从流域部分地区向全流域扩张的趋势.

中国北方地区四季的时空演变特征

利用中国北方地区及周边58个气象站点1960～2009年的逐日气温资料,结合气候趋势系数和GIS平台,以5 d滑动平均温度作为划分依据,对中国北方地区近50 a来四季的开始时间、长度以及积温的时空变化特征进行分析。结果表明,北方地区四季演变呈一定的径向、纬向和海陆分布规律,且由于地理隔离,存在不连续的高值或低值中心,但整体上呈现以下特征:春夏起始日期提前,秋季推迟,冬季整体变化不大;多数地区春季、秋季和冬季变短,夏季变长,严冬比例减小;多数地区春季温度降低,夏季、秋季和冬季温度升高,严冬平均温度升高。

怒江上游TRMM 3B42V7降水产品资料时空验证及降水特征分析

利用1998-2013年热带测雨卫星TRMM 3B42V7降水数据产品和18个气象站点观测数据对怒江上游进行了降雨时空分布特征的对比分析,研究了TRMM 3B42V7数据产品在该区域的精度。结果显示:研究区内TRMM 3B42V7数据和站点数据相关性月尺度最强(R>0.9),年尺度次之(R>0.5),日尺度较差(R<0.5);流域面雨量两组数据在月尺度上有极强的相关性(R≈0.98),时间序列拟合较好,但在降水量大的月份TRMM 3B42V7数据较站点观测数据略偏大;不同时间尺度下两组数据的空间分布特征总体具有较好的一致性,局部分布特征有差异;流域西北和东南局部区域TRMM降水分别有低估和高估趋势,其他大部区域相当。利用TRMM 3B42V7数据对流域降水进行季节占比分析,结果显示,流域降水季节分配不均匀,夏季(6-8月)降水占全年降水总量的比例较大,高达42%~72%;其他春(3-5月)、秋(9-11月)、冬(12月至次年2月)三季节降水整体较少,总占比为28%~58%。

近40年来纳木错水面面积及蓄水量变化特征

为量化识别纳木错的水面面积及蓄水量变化,运用1976~2015年期间7期典型时相的Landsat遥感影像,通过归一化水体指数法提取了不同时期纳木错的水面面积,同时结合其库容—水面面积关系曲线,计算得到各时期的湖泊蓄水量并分析变化特征。结果表明,近40年来,纳木错蓄水量增加了97.85×108 m3,增加比例达到9.93%。总体扩张情况分为1976~1996、1997~2009、2010~2015年3个阶段,各阶段面积变化速率分别为1.37、4.74、0.13km2/a;水量变化速率分别为1.47×108、5.20×108、0.14×108 m3/a。其中1997~2009年扩张速率最快,而近6年来纳木错并未显示出明显的扩张趋势。研究成果为气候变化背景下高寒地区流域水循环演变规律研究提供了支撑。

城市水生态系统服务功能与建设的若干思考

本文分析了城市水生态系统的主要服务功能：景观娱乐、污染物自净、环境调节、水文调节、补充水源。明晰了适应性、节水节地、多样性、连通性和协同性是城市水生态建设应遵循的主要原则。最后结合城市水循环的特征提出了3种新的水生态建设模式：（1）与经济社会水循环排水系统衔接的建设模式；（2）与自然水循环衔接的建设模式；（3）与生态闭路水循环系统衔接的模式。为改善城市水生态系统的科学管理提供了新的思路。

基于PER-Kriging插值方法的降水空间展布

将PRISM插值对高程因素的计算方法引入普通Kriging插值中,提出了综合考虑观测点与插值点的位置、距离和高程关系的PER-Kriging插值方法。通过引入计算参考平面并进行数学变换,使该方法具有较好的可操作性。在对高程～降水量采用线性拟合的基础上,加入非线性拟合,进一步提高PER-Kriging插值的表达能力。在澜沧江流域分别采用PER-Kriging和普通Kriging方法进行降水插值对比,结果表明:前者能有效地消除观测点与周围区域地形差异太大造成的插值异常,并且能较好地消除插值运算的平滑效应,平均误差比后者减少了20 mm以上;不同曲线拟合插值的相对误差均小于12%。

承德武烈河流域水生态系统服务功能经济价值研究

以武烈河流域水生态系统为例,运用生态学与生态经济学方法对武烈河流域各类水生态系统服务功能经济价值进行了评估。结果表明,2008年全流域水生态系统服务功能总价值量为50.32亿元,约占承德市2008年GDP(551.60)的9.12%。其中,渔业产品、城镇和农村生活供水、工农业生产供水、水电蓄能等提供产品功能价值为3.15亿元;调节气候、净化空气、水质净化等调节功能价值为31.27亿元;生物多样性保护等支持功能2.5亿元,文化功能13.4亿元。可以认为,流域水生态系统服务功能对承德市工农业生产的持续发展,维系生态环境健康和人民生命财产安全起到了不可替代的支撑和保障作用。

变化环境下我国西北内陆河区洪灾综合应对

在剖析西北内陆河区的洪水主要特征和成因基础之上,探讨变化环境下的综合应对措施及关键技术问题,制定洪水风险区划,建立"天地一体化"的监测评估体系,实施面向洪灾过程的水资源合理调配,并提高应急管理能力,综合各种措施应对洪水灾害。

干旱评价指标体系研究进展

从干旱及干旱指标的分析入手,阐述了5种干旱指标:气象干旱指标、水文干旱指标、农业干旱指标、社会经济干旱指标以及生态干旱指标,并指出了其适用范围和优缺点,以及指标构建中存在的问题及未来发展方向,为干旱的评估与预测提供了依据。