气候变化下水文模拟不确定性若干问题讨论

在阐释水文不确定性定义的基础上,根据气候变化下水文模拟不确定性的分类,总结了气候变化情景、水文模型和评估过程方面不确定性研究的基本范式,概述了每种不确定性的来源及影响,综述了气候变化下水文模拟不确定性研究进展。指出了未来水文系统模拟不确定性研究的重点和方向:结合复杂网络,增强对极端气候事件预估的可靠性;科学处理数据时间窗问题和冗余性,为无资料地区径流预测提供支撑;揭示变化环境下非平稳异方差性水文序列的发生规律。

基于指数分解法的河南省水资源生态足迹分析

水资源生态足迹模型为水资源可持续利用的综合评价提供了新方向。首先分析了河南省2005~2014年间的水资源生态足迹和生态承载力的动态变化,然后利用指数分解法中的LMDI模型对水资源生态足迹的影响因素进行了深入研究。结果表明:(1)2005~2014年间河南省水资源生态足迹总体稳中有升,贡献大小依次为农业用水>工业用水>生活用水>生态环境补水;(2)万元GDP水资源生态足迹逐年下降,水资源利用效率不断提高,但10年间均出现不同程度的水资源生态赤字,水资源利用前景不容乐观;(3)4种分解因素对水资源生态足迹增长的推动作用大小排序为:结构效应>经济效应>人口效应>技术效应,但经济效应有逐渐赶超结构效应的趋势。

基于主成分分析和因子分析的宁夏水资源承载力研究

为了探求宁夏水资源承载力状况,利用主成分分析法和因子分析法,在分析宁夏2004~2014年水资源承载力状况的基础上,对宁夏5市2013年水资源承载力分水资源支持力、社会经济技术水平和社会生活水平3个方面进行综合考虑,得到宁夏5市的水资源利用状况指数和分级标准。具体得到以下几个结论:(1)2004~2014年间,宁夏水资源承载力仅在2005~2006年有所波动,其余年份两种方法结果一致,11年间保持稳定上升;(2)对于宁夏5市2013年水资源承载力状况,主成分分析结果由大到小排序为吴忠市、银川市、石嘴山市、固原市和中卫市,因子分析结果由大到小排序为吴忠市、银川市、固原市、石嘴山市和中卫市;(3)建立宁夏5市水资源承载力状况分级阈值,主成分分析下吴忠市和银川市的水资源利用状况高,石嘴山市的水资源利用状况中等,固原市和中卫市的水资源利用状况低;因子分析下吴忠市和银川市的水资源利用状况高,其余3市水资源利用状况都较低。

长江经济带水资源水环境指标评估及对策

利用世界资源研究所的地图工具,研究了长江经济带面临的水资源压力,研究表明长江经济带10%的区域面临“高”或“极高”水资源压力,上海、江苏、安徽、浙江、湖北和四川是长江经济带水资源压力最大的6省(市).并分析了长江经济带水环境污染问题,在此前工作基础上,利用万元GDP用水量和万元GDP废水排放量评价长江经济带各省市水经济效率,得知长江经济带各省市水经济效率存在梯队差异.水经济效率低下是导致长江经济带出现水量、水质压力的原因.长江经济带各省市需提高各产业用水效率,削减用水量,以实现2030年用水红线指标控制要求.结合各省市水资源水环境综合管理现状,有针对性地提出了加强水资源与水环境综合管理的政策建议,包括建立长江经济带流域综合管理机构或协调机制,推行许可证制度、横向生态补偿等综合管理政策框架,继续加大对相关研究的支持等.

基于投影寻踪的宁夏农业水资源利用率评价

针对农业水资源利用效率评价指标的不相容性和维灾问题,利用遗传投影寻踪模型将高维指标投影到低维子空间,通过寻求最佳投影方向来判断各评价指标的贡献值和方向性,对农业水资源利用效率进行判定。利用该方法探讨2015年宁夏5市农业水资源利用效率的高低,选取与资源利用效率、经济效益和生态效益等相关的18个指标进行综合评价,优化评价标准的最佳投影方向,确定样本投影值,根据投影寻踪等级评价模型对各地区农业水资源利用效率进行分类和评价。结果很好地反映了各指标对综合评价目标的贡献性和方向性以及各评价子单元的利用效率,与实际情况相符。可为区域农业水资源优化配置提供决策参考。

基于蚁群算法的我国水资源短缺风险聚类分析

采用灰色关联分析和改进的蚁群聚类算法对我国31个省市自治区2004-2014年间的水资源短缺风险进行聚类分析。结果表明:(1)工业用水、生态用水、水资源总量和生活用水对我国水资源短缺风险的影响最大;(2)基于Iris和Zoo数据集,在20次迭代实验的平均值上,改进蚁群聚类算法相比基本蚁群聚类算法在F-measure上分别增加了10.1%和6.4%,在总偏离误差上分别下降了32.057和24.926;(3)对于我国水资源短缺风险聚类结果,根据正态分布建立分级阈值,浙江、江西、安徽、福建、湖北、湖南、广东、广西、四川、贵州、云南、西藏、新疆、青海和黑龙江水资源短缺风险低,重庆中等,其余省份高;基于七大区域,华中和西南地区低,华东、华南和西北地区中等,华北和东北地区高。

基于混沌理论的汉江上游安康站1950—2014年逐月降水量特征

通过对安康站1950—2014年逐月降水量的趋势进行分析,发现其降水存在周期变化。基于自相关函数法、C-C关联积分法来确定安康站降水的非线性系统的延迟时间、嵌入维数后,对降水序列进行了相空间重构,并利用G-P关联维法以及最大Lyapunov指数法进行混沌特征识别。结果显示:采用G-P关联维算法分析安康站1950—2014年降水时间序列并不能得到其存在混沌特性的结果,但最大Lyapunov指数法显示其存在混沌性;基于现有780个月份降水数据,可预报的最大时间长度为7个月。研究结果可为当地和下游地区的径流预报提供科学支撑。

基于遗传算法的SVM-AR改进模型与应用

为提升河流流量的预测精度,将支持向量机与AR进行耦合,并构造三核混合核函数的流量预测支持向量机模型。以渭河流域的月径流量为例,首先,通过时间序列分析,将渭河流域的径流序列划分为趋势序列、季节序列和随机波动序列,然后利用AR模型构造适用于支持向量机算法的数据集,并将数据集按4∶1划分为训练集和检验集;其次,利用线性组合构造由多项式核函数、径向基核函数与Sigmoid核函数构成的三核混合核函数,在训练集上,采用遗传算法确定相关参数,随后在检验集上进行预测。结果表明:遗传算法确定参数会带来较大的不确定性,导致结果差异较大,从而着重讨论遗传算法带来的参数不确定性;通过函数构造与统计分析,给出三核混合核函数参数选择的一般性方法与流程,并进行验证,该参数选取方法能够降低遗传算法的不确定性,得到精度较高的流量预测结果,预测流量与实际流量的均方误差从150左右降低到130左右。

长江经济带水资源-水环境-社会经济复杂系统韧性调控模型及应用

水资源-水环境-社会经济复杂系统韧性研究是规避外来冲击和挑战、保持区域和平稳定发展的重要途径之一。借鉴投影寻踪和微分方程的思想构建了一种新的韧性调控模型,对长江经济带整体和省级尺度1999—2018年间的水资源-水环境-社会经济复杂系统韧性及其调控因素进行了评估。结果表明:长江经济带韧性水平以2011年为突变点,2011年之前较为稳定,2011年之后稳步提升;影响韧性特征的因素在江西省和云南省为自然禀赋条件,在上海市为科学技术水平和政府宏观政策,而其他地区则经历了两者之间的过渡;韧性的优控因素排序为适应性>恢复性>抵抗性,且逐渐从抵抗性转移为适应性。

基于DPSIR模型的宁夏农业水土资源安全评价

基于DPSIR模型框架,构建农业水土资源安全评价指标体系,采用结构方程模型对宁夏地区农业水土资源安全进行定量评价,探讨宁夏农业水土资源发展路径。结果表明:2004—2014年宁夏农业水土资源安全变化过程中,驱动力指数和状态指数呈稳步上升态势,分别由2004年的-1.172和-1.067上升到2014年的1.754和1.540;压力指数总体下降趋势明显,但压力指数是个负向指标,表明水土资源承受的压力越来越大;宁夏环境对全球气候变化的反应敏感,影响指数没有明显规律;响应指数除2013年异常外,其余年份平稳上升。宁夏地区2004—2014年农业水土资源安全指数大体可分为3个阶段:2004—2008年,安全指数从-0.434变化到0.091,虽然5 a中有3 a都处于低级,但整体呈上升态势;2008—2010年从0.091下降到-0.344,形势不容乐观;2010—2014年,由-0.344上升到0.659,安全指数中级以上年份达到80%。灰色预测结果显示,2015—2020年宁夏地区农业水土资源安全潜力呈稳步上升趋势,有望由2015年的0.523提高到2020年的1.204,安全指数均为高级。虽然宁夏农业水土资源安全水平实现了等级跨越,但目前尚处于起步阶段,仍有极大的提升空间。

水资源风险分析理论及评估方法

通过分析开展水资源风险研究的重要意义,全面总结了水资源风险理论和评估方法。(1)从不确定性角度论述水资源风险定义;(2)从风险源和承险体角度分析水资源风险的形成要素,系统总结危险性和脆弱性的定义和数学模型;(3)论述了水资源风险理论模型,包括传统模型、积分模型和投入产出模型等;(4)系统论述了水资源脆弱性评估、水资源风险概率预测和水资源风险损失评估的模型和方法,讨论了各种模型的优缺点;(5)指出了影响水资源风险评估建模的重点与难点问题。

基于生态足迹的河南省水资源评价分析

利用水资源生态足迹模型对河南省2005-2014年的水资源生态足迹、生态承载力进行了分析。在考虑黄河客水情况下的结果表明：12005-2014年间河南省总水资源生态足迹呈现不断上升趋势,农业用水居于主导地位,累积贡献率为576.1%;2水资源生态承载力与降雨量之间有密切的联系,相关系数为0.925 5;310年间均出现不同程度的生态赤字,水资源负载指数也全为Ⅰ,水资源利用前景不容乐观;4人均水资源生态足迹相对较低,一直在0.35~0.42 hm2之间波动;万元GDP水资源生态足迹逐年下降,水资源的利用效率不断提高,但河南省总体水资源利用处于不安全状态。

压砂地土壤质量变化分析

随着生态环境破坏日益加剧,合理的种植模式对缓解生态脆弱具有一定的价值。针对压砂地种植模式对土壤质量影响的机理问题,详细回顾了压砂地土壤入渗蒸发效应、土壤氮磷钾的变化、酶活性和病虫害等方面的研究进展,并结合目前研究的热点问题,提出了压砂地的未来研究建议,为进一步了解压砂地土壤状况和生态环境改善提供理论参考。

河北省水资源费改税成效分析

河北省作为我国首个水资源税改革试点省份,运用税收杠杆效应缓解水资源供给与需求之间的矛盾,达到了节约用水、保护水资源的目的。文中运用对比分析等方法对河北省水资源费改税运行2年以来水资源税收、行业类型、水源类型和地下水开采等方面的成效进行全面评价。结果表明,税改以来水资源税收入规模大幅增长,增速为税改前的3倍;水资源税收结构基本合理,地下水税收为地表水的5.06倍,超采区税收占总收入的52.73%;节水成效初步显现,用水总量下降了6.26%,特殊用水下降了22.85%,火电和钢铁分别下降了45.9%和28.3%;地下水开采得到抑制,在水资源税征收水量增加34.38%的情况下,地下水取水量占比增加了21.73%。

灌区农业用水测算方法研究

针对我国灌区数量多以及类型复杂的特点,该文将灌区农业用水的测算分为两类,基于水循环过程的物理模型方法和基于监测数据的统计分析方法。其中将物理模型方法以SWAT为例,统计分析方法以整群与分层抽样方法位列作了详细的分析和讨论。研究成果对于灌区农业用水测算方法在国内的应用和推广具有很好的示范性。

浙江省灌区农业用水绿色发展模式研究

农业水资源的的可持续利用是经济社会可持续发展的基础保障。文中以浙江省灌区农业用水为研究对象,在介绍浙江省灌区整体情况的基础上,对浙江省的农业灌溉用水现状进行了分析;探讨了目前浙江省灌区农业用水存在的问题;提出了提高农民水资源可持续利用观念、加强水部门能力建设和提高农业水分利用效率3个方面的建议。

宁夏引黄灌区几种参考作物蒸散量计算方法适用性及修正研究

为了提高宁夏引黄灌区参考作物蒸散量(ET0)简化公式的精度,基于宁夏引黄灌区5个国家级基本气象站点1962-2017年逐日气象资料,分别使用Priestley-Taylor(P-T)、FAO-24 Radiation(FAO-24)、1948 Penman-Monteith(1948P-M)、Hargreave-Samani(H-S)和Makkink(M-A)五种简化计算方法计算多年日均ET0,以Penman-Monteith(P-M)公式计算为标准,通过使用1962-2000年P-M公式所得日值,分别对五种简化计算方法进行线性拟合,用最小二乘法确定出斜率k和经验系数c,并用2001-2017年计算数据对拟合公式进行验证,使用平均绝对误差(MAE)、平均相对百分误差(MRPE)和Nash-Sutcliff系数(NS)对宁夏引黄灌区各个站点的精度进行评价。结果表明:修订前,各简化计算方法对宁夏引黄灌区各个站点适用性及精度较差,经过修正后,其拟合效果和精度均有不同程度的提高。因此,经过修正后的五种简化计算方法在宁夏引黄灌区有较高的适用前景。

基于典型灌区调查的区域农业用水量评估方法研究——以衢江区为例

区域农业用水量是国家实行最严格水资源管理制度、确定水资源管理“三条红线”控制目标的一项重要指标。通过对2017年衢江区农业种植情况的调查分析,以及典型灌区和非典型灌区农业用水量的计算分析,对该地区农业用水量情况进行了全面的评估。结果表明:衢江区2017年农业用水量为12360.7×104m 3,农田灌溉用水量为11742.7×104m 3,农田灌溉每公顷用水量为5518.5 m 3,与全省平均水平接近。与2016年相比,农业用水量减少1222.3×104m 3,下降9.0%,其中农田灌溉用水量减少1150.3×104m 3,下降8.9%。2017年衢江区农业用水量虽然呈现下降变化,但农田灌溉用水量仍保持较高比重,占农业用水量95.0%。

岩石风化及成壤过程中元素行为研究进展

为了解压砂地砾石风化及成壤过程中的元素行为,在查阅文献的基础上,从岩石风化及其影响因素、土壤中微量元素的特征及演化、土壤中微量元素活动性三个方面进行了归纳。通过总结发现,目前国内外对岩石风化的研究多集中在岩石物理特性等方面,对风化过程中元素行为的研究较少;而对土壤元素的研究也多是集中在土壤层面,并没有将风化和成壤有机的结合起来;对土壤微量元素活动性影响因素的研究大多是关于土壤环境和人为开垦的,而针对风化过程对微量元素活动性影响的研究很少,分析各种影响下岩石风化产物对土壤元素迁移和富集的影响方面研究更不多见。因此,如果能深入的探索风化过程中元素的迁移和富集规律,与宁夏当地压砂地结合,进一步探索各种风化产物对微量元素的影响,将风化与成壤系统地结合起来,探索风化作用对土壤中微量元素分布及影响,对土壤发育以及植株生长都有重要的意义。

水资源空间均衡评估模型构建及应用

为弥补当前水资源空间均衡评估中对指标模糊性和信息动态性考虑不足的缺陷,基于可变集原理及偏联系数方法构建一种新的水资源空间均衡评估模型。采用可变集方法计算评价对象的相对隶属度,获取级别特征值;利用偏联系数方法探究信息演化对级别的影响,得到基于支持度最大原则的定级策略;综合二者结果对水资源空间均衡状况进行评估。将模型应用于2017年中国31个省级行政区的结果表明:(1)中国东南地区水资源空间均衡程度良好,西北地区较差,南方优于北方、东部优于西部;(2)北京市等17个省级行政区的水资源空间均衡状态呈现不同程度的负向演化态势,亟待进一步加强管理,其余地区呈现良性的发展态势;(3)四川等省份各指标的均衡程度差异较大,需针对性地进行调控与优化。