粤港澳大湾区广东省域城市水资源禀赋及开发利用分析

水资源是基础性的战略资源,开展粤港澳大湾区城市水资源研究对于促进大湾区稳定发展具有重要意义。从水资源开发利用角度,分析大湾区城市水资源自然禀赋、利用状况,分析水资源开发潜力,在此基础上进一步分析水资源开发利用中存在的问题,并提出相关对策与建议。结果表明:从水资源禀赋来看,肇庆、惠州、江门等城市地表水、地下水和水资源总量相对较高,中山、珠海、深圳和东莞相对较低;肇庆、惠州、江门人均水资源量较高,深圳最低;在水资源利用方面,广州用水量最多,珠海最低,人均用水量地区差异明显。用水结构中,大湾区已进入后工业化阶段,服务业比重有较大提升;水资源开发潜力分析发现,深圳、东莞水资源开发潜力较低,惠州、江门和肇庆水资源开发潜力较大;从香港地区、澳门地区和北京等城市经验得出,要实现社会经济可持续发展,要积极采用行业先进的技术,改善用水效率,提高居民的节水意识和养成节水习惯,建设节水型社会,有条件的地方可考虑把外流域调水作为保障供水安全的手段之一。

基于水资源生态足迹的沿海11个省级行政区水资源可持续利用分析

基于水资源生态足迹模型,对中国沿海11个省级行政区2005—2020年水资源生态足迹、水资源生态承载力及水资源可持续利用进行分析。结果表明:①水资源生态足迹与水环境生态足迹变化趋势相似,总体呈“W”型变化轨迹,水环境生态足迹占比为3类水资源生态足迹账户中最高,表明水环境生态足迹是水资源生态足迹的主要产源;②4类淡水生态足迹中,农业用水生态足迹占总淡水生态足迹的比重最高,农业用水生态足迹远高于工业、生活和生态用水生态足迹(除上海外),表明农业用水生态足迹是淡水生态足迹的主要贡献类型;③受自然因素和社会因素的影响,水资源生态承载力波动明显,呈南高北低的分布格局;④水资源整体上处于生态赤字状态,仅广西在研究期内一直为水资源生态盈余,水资源负载指数呈增长趋势且整体在II级以上,表明水资源利用程度高,潜力小,开发利用较困难,万元GDP水资源生态足迹呈下降趋势,水资源利用效率不断提升,水资源可持续利用具有一定潜力。

长江中下游城市内涝与雨季污染协同治理对策

针对长江中下游城市内涝与雨季污染协同治理的突出问题,对城市水安全、雨季水体返黑返臭风险和河湖水生态退化三方面存在的问题进行了论述。发现长江中下游城市河网密度高、降水量大、暴雨多发,同时人口密集、经济发展水平高,内涝、污染、生态退化等水问题突出;城市内涝频发,雨季污染造成某些城市水体局部返黑返臭,严重影响城市水环境品质,成为制约长江中下游城市绿色发展的重要瓶颈问题。提出了建立三级内涝协同防治体系、构建城市“绿-灰-蓝”设施耦合工程体系、协同推进水体品质提升与生态修复等建议。

基于Copula函数的宿迁市区域暴雨和外河水位遭遇组合分析

在系统化全域推进海绵城市建设背景下,为充分发挥河湖水系等海绵体的作用,江苏宿迁市开展了防洪、排涝不同系统间的衔接研究,对区域暴雨和外河水位进行遭遇组合分析。选取宿迁市老城区为研究区域,通过对比不同Copula函数对区域暴雨和外河水位遭遇组合分析情况,选择拟合精度最高的GH Copula函数进行计算分析,计算不同设计暴雨条件下遭遇概率最大的外河水位。结果表明:2年一遇设计暴雨遭遇18.6~18.7 m外河水位概率最大,3年一遇设计暴雨遭遇18.9~19.0 m外河水位概率最大,5年一遇设计暴雨遭遇19.0~19.1 m外河水位概率最大。研究成果可帮助实现城市排涝—防洪的有效衔接,对提升城市水系统的整体优化和协同发展具有重要意义,以期为宿迁市系统化海绵城市建设提供科学参考。

基于Delft3D的珠江前航道尸体模型漂移轨迹预测

为预测珠江前航道中尸体的漂移轨迹,帮助当地水警确定溺亡者尸体的具体位置,利用Delft3D构建珠江前航道水动力模型,并使用尸体模型进行了多次现场漂移试验。通过对珠江前航道表层流速进行拟合,建立了尸体模型漂移的预测模型,R^(2)为0.88。研究结果表明,珠江前航道释放的尸体模型受潮汐和径流作用沿河道做往复运动,并呈逐渐漂向下游的趋势;漂移模型验证中尸体模型的漂移速度和方向基本与潮流一致,模拟结果的误差在1 km以内,终点距离误差率小于15%;实例验证中成年女性尸体的模拟结果误差约为300 m;游船所引起的波浪力等外力导致漂移轨迹呈现出南北方向性的偏差,需要进一步提升模拟效果。该漂移模型的推导模式同样适用于其他感潮河段,可使尸体的漂移轨迹变得可测,为尸体打捞工作和警方的案件处理提供了便利和参考。

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。

高程灰度图和地形影像图融合的地形模型创建方法研究

三维正向设计中,为解决项目前期无实测地形图情况下满足工程项目方案初步布置及展示需求的三维地形模型创建问题,基于Bentley Microstation三维设计平台采用二次开发方式研究了利用公开地理空间数据平台提供的高程灰度图及地形影像图创建地形和影像融合三维地形模型方法:以灰度图像素点为基准,结合基点坐标及像素精度确定三维地形模型控制点XY坐标,通过灰度图像素点灰度值及实际地形模型最大最小高程经换算确定控制点Z坐标,最终生成地形模型控制点坐标;通过将灰度图及对应影像图设置为相同像素范围,并提取影像图各像素点RGB颜色,生成与控制点对应影像颜色;通过点坐标及对应影像图颜色信息,最终生成地形和影像融合三维地形面模型。适用于工程项目前期方案布置需求;生成三维地形模型将模型和影像进行融合,相比传统贴图三维地形模型减小了模型文件体量。实际项目应用表明:三维地形模型创建效率高,生成模型体量可控,基本满足工程项目前期方案布置及展示需求,研究方法可为同类工程项目应用提供参考和借鉴。

基于系统结构的水利高质量发展内涵与结构解析

准确把握水利高质量发展内涵,是实施新时代水利发展战略的重要前提。通过系统梳理高质量发展和水利发展的研究进展,基于系统观,分析了水利高质量发展的基本概念体系和核心要义;基于系统结构及系统优化视角,构建了由水利高质量发展目标、发展途径、发展条件三要素组成的水利高质量发展系统的关系结构。结果表明:水利高质量发展既是水利系统优化的发展理念,也是实现系统治水的发展措施;将水利高质量发展目标解析为水旱灾害防御安全、水资源供给安全、水生态保护安全和水环境保护安全保障以及高质量水利共享;五大新发展理念内化于水利高质量发展系统的关系结构之中,其中水资源禀赋和绿色发展是前提基础和约束条件,开放是其外在环境条件和内在体现,水利科技创新、水资源优化配置、水资源集约节约利用、水利系统现代化管理、水利基础设施建设和水安全系统功能协调是发展的重要优化途径,高质量水安全保障与满足人民需求的高质量水利共享是发展目标的核心内容。基于系统结构及系统优化问题视角深入剖析水利高质量发展的系统结构及其内在关系,可进一步深化对水利高质量发展的内涵认识,为区域水利高质量发展综合定量评价奠定基础。

关于中国水达峰几个问题的讨论

用水演变态势与需求峰值事关经济社会发展、生态环境保护大局,直接影响国家水网规划布局和重大水利工程建设。本文在水达峰内涵解析的基础上,总结了水达峰的自然社会特征和内涵,阐明了水达峰与需水、用水、缺水之间的关系,深入分析了中国统计用水量出现拐点的现象以及造成这种现象的6种可能原因,指出目前尚不能得出中国用水需求已达峰的结论。通过与国际上发达国家水达峰时人均GDP、产业结构、城镇化率等主要指标对比分析,认为中国现阶段也不具备水达峰的经济社会基础。最后指出,目前中国水资源保障安全的压力仍然较大,未来用水演变态势存在一定的不确定性,中国用水何时达峰、达峰水量是多少等结论需要进一步深入研究。需要做好国家水网工程的顶层设计,提升不同尺度的水资源优化配置能力,为国家高质量发展提供水资源保障。

水资源保护利用“四水四定”的创新管理模式

系统识别了我国水资源保护利用“四水四定”管理中存在的问题,提出了以精准严格的管控指标、权威统一的监测系统、明确有力的管理体制、科学规范的管理制度以及协同高效的管理机制为五大核心体系,以水资源保护利用“四水四定”智慧水务管控平台为一个平台的水资源保护利用“四水四定”创新管理“5+1”模式;指出未来水资源保护利用“四水四定”管理的发展趋势包括统筹协调现有的水管理系统并实现升级,水量与水权结合面向“四水四定”激活交易市场,规范化建立“四水四定”的执行标准体系以及开展基于微观决策行为的水资源保护利用“四水四定”特定制度设计等方面。

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。

2000-2020年黄河流域水-能源-粮食系统耦合协调时空演变特征

[目的]探讨黄河流域水—能源—粮食系统的耦合协调时空演化特征,可为定量评估流域高质量发展和区域可持续发展提供科学依据。[方法]通过耦合协调度模型分析水—能源—粮食系统的综合发展水平和耦合协调特征,并利用灰色关联度对各子系统内部指标进行排序,进而判断对水—能源—粮食系统耦合协调度的影响程度。[结果](1)黄河流域水—能源—粮食系统的综合发展指数呈上升趋势,水资源子系统波动幅度最大。(2) 2000—2020年黄河流域水—能源—粮食系统耦合协调度从初级协调向良好协调阶段发展;不同省区间的系统耦合协调发展水平差异较为明显,整体上可表现为上游地区>中下游地区。(3)各子系统与系统耦合协调度的影响程度排名可表示为水资源子系统>粮食子系统>能源子系统,其中水资源子系统内部指标与系统耦合协调度关联度均在85%以上,水资源子系统相对其他子系统的严格管理尤为重要。[结论]水—能源—粮食系统的耦合协调发展水平有待提高,为促进系统协调发展和流域高质量发展应综合考虑各子系统的相互作用关系。

南水北调西线工程水源区可调水量“十问”

南水北调西线工程是我国“四横三纵”国家水网主骨架尚待建设的最后一环,而水源区可调水量是西线工程规划论证面临的焦点和难点问题。本文从水资源本底条件与演变趋势,生态环境与经济社会发展需水,调蓄水库与输水工程规模,调水对水源区及其下游水资源开发利用、水生态环境、水力发电、航运等方面影响的角度,提出了与水源区可调水量相关的10个问题;以长江上游分布式水文模型为基础,建立了南水北调西线工程水源区可调水量模拟分析模型,力图系统、定量地回答所提问题。本文的主要研究结论有:在仅考虑满足水源区河道内外生态环境和经济社会需水的前提下,“上线+下线”组合方案多年平均可调水量为1.59×10^(10)m^(3),“完全下线”方案在建设岗托水库进行联调时,多年平均可调水量将达到1.74×10^(10)m^(3);在综合考虑调水对水源区水平衡、水力发电和航运影响及其可接受程度后,南水北调西线水源区可调水量为1.22×10^(10)~1.26×10^(10)m^(3)。长远来看,应谋划西南片区水网与国家水网主骨架、“大动脉”的连接与融合,在减小南水北调西线工程调水影响的同时,提高南水北调西线工程的整体供水能力以及对气候变化等外部条件的适应性。

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。

水资源-能源-粮食-生态系统耦合协调及驱动力分析

为加深对我国水资源、能源、粮食、生态系统协同演变趋势的认识,构建水资源-能源-粮食-生态多维系统指标体系,运用耦合协调度模型对我国2005—2020年水资源-能源-粮食-生态系统耦合协调度进行评价,并采用多因素归因分析法进行驱动力分析。结果表明:我国水资源-能源-粮食-生态系统耦合协调度从2005年的0.55增长到2020年的0.84,各地区耦合协调度从勉强协调发展水平过渡到中级协调发展水平,各子系统对耦合协调度上升的驱动分别经历了由粮食子系统到生态子系统再到水资源子系统主导的过程;能源子系统的贡献率虽然比较小,但是未来可能是各地区提升水资源-能源-粮食-生态系统多维系统协调发展水平的突破口。

环境变化的径流效应研究进展及黄河水源涵养区研究展望

针对变化环境下黄河流域实测径流大幅度锐减,严重影响流域水资源与生态安全的问题,面向黄河生态保护和高质量发展的国家重大战略需求,梳理了变化环境下径流效应研究中亟待解决的关键科学问题与关键技术。以黄河水源涵养区为对象,以环境变化的径流效应和水资源预测为核心,细化了数据集构建、机理解析、模型研发、趋势预估4项具体研究内容与研究方案。预期研究成果将揭示黄河水源涵养区水文-生态过程的互馈耦合机理、创新变化环境下生态水文的模拟和预测技术,科学预测变化环境下流域水安全和生态环境风险趋势,有效支撑流域水资源可持续利用与生态环境保护决策。

缺水胁迫区水系统优化调控理论与模式

开展水系统优化调控是实现缺水胁迫区人-水-生态和谐可持续发展的关键措施之一,对于保障地区经济社会稳定发展和生态健康具有重要意义。本文以京津冀作为典型缺水胁迫区案例,通过解析水系统内涵,总结得出缺水胁迫区水系统存在深度耦合、强烈竞争和系统失衡三大现象,发现水系统呈现非稳态和稳态之间交替演进的模式,并通过构建水系统稳态指数,研判了京津冀地区水系统状态变化发展过程。研究以实现自然社会水系统健康为调控目标,提出缺水胁迫区水系统“高内聚-低耦合”解耦式调控模式,结合京津冀现实状态,在需求侧开展“保障刚需-压缩弹性-抑制奢侈”层次化调控,在供给侧进行“自然水网-人工水网-虚拟水网”适配性优化,提出京津冀“三线七河、四区八源”一体化水网布局,进而实现水系统的整体健康。

混合式抽水蓄能电站群容量计算研究Ⅰ:短期调峰特征与梯级开发增益

依托常规梯级水电站修建混合式抽水蓄能电站(简称混蓄电站)成为提升电力系统调峰能力的重要途径。混蓄电站即可抽水又可发电的典型运行方式增加了水电基地的灵活性调节能力,为此亟需研究其运行方式以及与原有梯级水电站运行方式间的互馈关系。研究以黄河上游待开发龙羊峡-拉西瓦、拉西瓦-尼那混蓄电站为对象,建立含混蓄电站的梯级水电站短期联合调峰优化模型,分析混蓄电站对原有梯级水电站运行方式的影响,基于理论推导与数值计算两种方法揭示混蓄电站调峰效果的变化特征。主要结论如下:(1)混蓄电站抽水水量经由原有梯级水电站机组下泄,使得非填谷时段原有水电站出力增加,水电站上旋备容量降低;(2)龙羊峡水电站满发流量相对较小、拉西瓦水库调节库容较小以及日综合利用供水流量过大是制约混蓄电站调峰效果的主要因素,发现了综合利用流量影响混蓄电站调峰效果的临界特性,并提出了临界综合利用流量的计算公式;(3)发现并量化了混蓄电站梯级开发模式较单一开发模式所带来的梯级抽水调峰增益现象,并揭示了梯级抽水调峰增益背后所蕴含的“河流梯级反向再造”内在机理。

河湖长制背景下复苏河湖生态环境路径探析

河湖长制是一项基于我国政治制度和国家治理结构而设计的重大制度创新,实施7年多来,取得了显著成效。复苏河湖生态环境是推动新阶段水利高质量发展的六条实施路径之一,不仅涉及工程技术问题,更重要的是面临着理念、制度和管理层面突破创新的挑战。在分析河湖长制制度效能的基础上,从体制机制、保护治理和制度政策3个维度探讨了复苏河湖生态环境的路径选择问题。研究建议:以河湖长制为复苏河湖生态环境的有力手段和重要的体制机制保障,将河湖长制的制度优势转化为河湖治理效能,统筹各方力量共同推进河湖保护治理;以建设幸福河湖为目标,通过系统治理、综合治理、源头治理,推动复苏河湖生态环境各项任务落实;将健全复苏河湖生态环境的制度和标准体系作为复苏河湖生态环境的政策制度路径。

基于多种统计降尺度方法的未来降水预估研究——以青藏高原为例

虽然第六次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project 6,CMIP6)能很好地预测大尺度气候要素,但是其在预测流域尺度方面的效果与实测数据仍有差别,尤其是在青藏高原这种高海拔、地形复杂地区,气候模式所产生的误差更大。基于最新一代高分辨率CMIP6模式历史情景和SSP126、SSP245、SSP370、SSP585等多种未来气候排放情景,研究使用包括偏差校正、KNN、SDSM等多种统计降尺度方法进行降尺度分析,并对各自的预测性能进行了评估,在此基础上使用性能最佳的统计降尺度方式预估青藏高原地区的未来降水,对最终得到的预估降水的时空演变特征进行了详细的分析,并与青藏高原的历史降水情况进行了对比。结果表明,3种统计降尺度在青藏高原的适用性差异较大,线性回归降尺度方法的性能最佳,其次为偏差校正方法,最差为KNN类比方法。从未来降水预估情况分析,青藏高原未来80 a平均降水、降水极值等总体呈上升趋势但上升幅度较小,且空间分布情况变化不大。研究结果可为青藏高原水资源评价及规划与管理提供科学依据。