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。

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。

基于云模型的水光互补清洁能源基地容量配置方案优选

为优选水光互补清洁能源基地容量配置方案,从安全性、环保性、经济性、技术性4个方面选取14个指标构建了综合评价指标体系,采用改进云模型方法对容量配置方案进行评价。改进云模型方法以基于层次分析法改进的云模型求解主观权重,以熵权法求解客观权重,组合赋权得到指标权重,再利用条件云发生器计算各指标的隶属度,最后根据级别特征值法计算容量方案等级评分,确定最优方案。将该方法应用于我国西南某清洁能源基地水光互补系统容量配置方案的优选,优选结果与集对分析法优选结果和实际选择方案均相符,证明了该方法的有效性与适用性。

长江梯级水库群联合调度成效、挑战及对策

经过70 a的建设,长江流域控制性水库群基本建成。以三峡水库为核心的梯级水库群联合调度已经开展10 a。在总结控制性水库群在防洪、供水、生态和应急联合调度取得成绩的基础上,分析控制性水库群及与水网工程联合调度面临的问题和挑战,提出了相应的对策建议。研究表明:水库群联合调度因流域防洪调度而启,目前在防洪、抗旱供水、生态环境和应急等公益调度中发挥了重要作用。气候变化及水文中长期预报不确定性是联合调度面临的主要挑战,其次是水库群联合调度与单个水库多目标调度利益协调、定量评价调度效果及合理的补偿等管理问题。加强“四预”是解决气候变化和人类活动不确定性的主要对策。水库群与水网工程联合调度可以更广泛地发挥水利工程水安全保障作用。建立科学合理的水工程群联合调度体制和机制是解决联合调度管理问题的有效措施。

不同营养水平调水对贡湖湾湖区水质及浮游藻类影响的模拟研究

为探究“引江济太”工程调水给受水湖区水体带来的生态效应,采用水生微宇宙模型进行为期11 d的室内模拟实验,以太湖贡湖湾湖区为受水水体,引入3组设定好的不同营养盐水平(贫营养水平O、中营养水平M、富营养水平E)的望虞河河水,研究在不同营养盐水平调水影响下,受水水体水生态环境的动态响应过程。结果表明:整个实验过程中,中营养和贫营养调水组的水体TN、NO_(3)^(-)-N、NH4_(+)-N、TP、SRP、TOC含量下降明显,富营养调水组影响效果较中营养和贫营养调水组差;调水提高了受水水体生态系统的多样性和均匀度水平,硅藻等非蓝藻细胞密度增加,蓝藻细胞生长受到竞争胁迫,中营养和贫营养调水的影响作用效果好于富营养水平。RDA分析结果表明,受水水体的pH、DO、SiO_(3)^(2-)-Si、TDS、NO_(3)^(-)-N、SRP是本实验水体影响藻类群落结构的主要环境驱动因子。

江苏省江水北调工程水量调度

江水北调工程以向江苏境内工农业及城乡生活供水为主,同时保障改善洪泽湖、骆马湖生态,但工程运行现状存在运行成本高、湖泊弃水量大等不足。为此,采用模拟和优化技术相结合的方式,以供水缺额最小、湖泊水位超限制最小和泵站运行成本最低为优先级设定目标函数,构建江水北调工程年水量调度概化模型,开展不同水平年、不同补湖水位以及高水低用3种调度情景分析。结果表明:骆马湖调蓄库容小,调水运行期使得水位波动频繁,中运河泵站会同频开启补湖,且容易达到输水能力上限;适当降低洪泽湖补湖水位,可充分利用湖泊富余水量,使调水成本降低;完全禁止骆马湖高水低用会加重洪泽湖以下梯级线路供水任务的运行负担,同时增加骆马湖的弃水量,适当允许高水低用可使成本减小,减少泵站抽水任务。建立的模型以及相关研究成果可为江水北调工程调度运行提供一定参考。

南水北调中线受水区水资源利用效率及影响因素

为提升南水北调中线工程受水区水资源利用效率,以工程沿线北京、天津2个直辖市和河南、河北18个省辖市共计20个地域单元为研究区域,基于2015—2021年面板数据,采用Super-SBM模型、GML模型及sys-GMM估计法对受水区水资源利用效率进行测度,对影响因素进行识别。结果表明:全区水资源静态利用效率总体偏低但呈波动上升态势,区域差异较大,呈京津板块>河南板块>河北板块格局,空间上呈现以京津冀、郑州2个都市圈为核心向外围逐渐递减的“核心-外围”结构;全区水资源动态利用效率整体呈波动上升趋势,主要源于技术进步,而技术效率作用有限;经济发展水平、水资源禀赋、科技水平、城镇化进程、人口密度与水资源利用效率显著正相关,水污染程度、产业结构、环境规制与水资源利用效率显著负相关。

京津冀平原非常规水资源利用前景分析及其生态环境效应

[研究目的]京津冀平原水资源严重短缺,供需矛盾十分突出,加大非常规水资源利用力度,形成多元供水格局,可有效缓解水资源供需矛盾,对支撑京津冀协同发展区社会经济协调发展和推动生态文明建设具有重要意义。[研究方法]文章系统开展非常规水资源供水方向、开发利用模式和供水规模分类数据统计,依据各省(直辖市)非常规水资源供水规划及配置目标,分析其开发利用前景及其生态环境效应。[研究结果]该区非常规水资源主要包括微咸水、再生水、淡化海水、雨洪水,其中微咸水主要分布于中东部平原的天津、沧州、衡水等地,供水前景为5.43×10^(8)m^(3);再生水利用以北京、天津等大中型及工业城市为主,供水前景为34.22×10^(8)m^(3);淡化海水利用以天津等滨海城市为主,供水前景为4.19×10^(8)m^(3);雨洪水利用较分散。[结论](1)微咸水用于农业灌溉存在土壤盐渍化风险,需加强水盐调控。(2)再生水用于河流生态补水,沿线地表水富营养化,地下水体未受到明显污染;地下水浅埋区开展再生水灌溉,会增加硝酸盐污染风险;建议将高风险的新兴污染物纳入再生水利用监控体系。(3)海水淡化尾液浓盐水、冷却热水可能改变天然海洋生态系统的分布、构成与多样性,应予以关注。(4)雨洪水利用可降低污水入河的水质风险,但过度利用可能影响区域生态系统的稳定性,建议城市区适度扩大利用。

淠史杭灌区干旱推演及抗旱预案调控研究

水资源干旱是限制灌区可持续发展的关键因素。为提高灌区的干旱防治能力,使其更好的发挥其在节水、减灾方面的作用,以淠史杭灌区为研究区,通过划分水资源配置子单元和设置调蓄节点,采用公平性最优和供水缺水率最小作为目标函数,总量控制、供水能力、分质供水等作为约束条件,采用基于精英策略的非支配遗传改进算法求解,构建区域General Water Allocation and Simulation Model(GWAS)模型;以2022年为现状基准年,与2023规划年组合,分为连续干旱与不连续干旱两大类,基于灌区水资源“应急干旱三次平衡”调控思想,分析灌区水资源在不同干旱情景下缺水的基础上,展开水资源抗旱配置研究,推演分析不同抗旱方案下水资源供需平衡情况。结果表明:连续干旱年中,灌区2023规划年在情景Ⅰ(P=90%)、情景Ⅱ(P=80%)来水频率下,各乡镇配置单元均存在不同程度的缺水情况,区域总缺水率分别为35.1%、20.8%;不连续干旱年中,2023规划年在情景Ⅲ(P=50%)来水频率下,模型基准配置水量基本可以满足区域各乡镇水量需求,区域总缺水率为5.9%。经不同抗旱方案尾部泵站补水、调整作物种植结构及外调水的优化配置后,三种情景下区域总缺水率最终都降为0%,优化后各配置单元供水改善效果显著。研究成果可为淠史杭灌区未来在应对不同干旱类型情景下水资源的合理调整提供技术支撑,并且可为实现该区域水资源统一管理和水量的统一调配提供理论依据。

河南省水资源集约利用与经济高质量发展耦合协调研究

研究河南省水资源集约利用与经济高质量发展的协调关系具有重要意义,在构建两者评价指标体系基础上,探讨了其发展趋势,分析了两者2005-2020年的耦合协调状况。结果表明:1)在水资源集约利用中,单位GDP用水量权重最高,单位灌溉面积粮食产量权重最低;在经济高质量发展体系中,第三产业占GDP比重权重最高,污水处理率权重最低。2)河南省水资源集约利用综合评价等级逐步提升,综合评价值呈波动增长态势。3)河南省经济高质量发展综合评价值稳步上升,综合评价等级逐步过渡为优秀。4)河南省两系统的耦合度与耦合协调度发展态势相似。耦合度类型大致处于高水平耦合,耦合协调类型不断优化。研究结果能较好反映河南省水资源集约利用与经济高质量发展的耦合协调关系,有助于积极推进河南省节水型城市建设,促进经济社会可持续发展。

基于三维足迹家族模型的资源环境可持续性评价

为探讨资源环境可持续评价研究的重要性,通过建立以生态足迹、水足迹与碳足迹为基本成员的足迹家族模型,引入多个资源环境压力指标,并基于DPSIR框架,运用综合集成法分析确立资源环境可持续性评价指标体系,由随机森林法与层次分析法确定各项指标的组合权重,运用模糊综合评价法分析区域资源环境压力状况与可持续性状况,进而开展了基于三维足迹家族模型的南京市资源环境可持续评价研究。结果表明,2012~2021年南京市水土资源均有占用存量资本,但占用情况整体呈下降趋势,碳足迹处于低压力范围,资源环境可持续性逐年向好;2012~2019年南京市资源环境可持续状况为弱可持续,2020~2021年为强可持续。

广东大湾水利枢纽工程建设必要性探析

为分析大型水利枢纽工程建设必要性,文章以广东西江大湾水利枢纽工程为例,在区域水资源开发利用现状的基础上,从水资源配置、发电、航运、生态等4个层面进行综合论证。通过水库群联合调度及三角洲三维咸淡水模型等计算方法,重点分析工程建设对区域水资源配置的优化作用,以及对珠江河口的压咸作用。结果表明:工程可在优化区域水资源配置,精准调控西江流量,增加清洁能源供应,改善西江干流通航条件及两岸水生态环境等方面发挥重要作用。研究成果为其他重大水网骨干工程建设提供参考。

广东省污水资源化利用经济可行性评价方法研究

污水资源化利用是我国贯彻“节水优先”治水方针的一项重要战略性举措,是集水资源开源—节流—提质—增效于一体的系统治水措施。针对目前地方政府和社会资本对污水资源化利用的价值认识偏差问题,文章通过构建污水资源化利用项目的费用与效益量化计算模型,建立了适合污水资源化利用项目的费效比经济可行性评价方法。以广东省为例,定量计算了广东省实施污水资源化项目费效比,从经济角度评价了广东省推行污水资源化利用项目的可行性,结果表明,广东省实施污水资源化利用项目的费效比为0.67,产出效益明显高于投入费用,具备较强的经济可行性。相关研究方法与研究成果可以为推动我国污水资源化利用发展提供参考。

黄河流域山东—河南段水资源利用效率研究

提高水资源利用效率是实现黄河流域山东—河南段生态保护和高质量发展的关键。以黄河流域山东—河南段2011—2020年间34个地级市为研究对象,使用SBM模型测度综合用水、生产用水、生活用水和生态用水效率,运用GML指数法对四方面用水效率进行动态测度和分解,并使用FGLS法对上述效率的影响因素进行实证分析。研究发现,河段整体水资源用水效率水平不高、用水效率差异较大,排序为生活用水效率>综合用水效率>生产用水效率>生态用水效率;各流段四方面的用水效率排序为山东段>山东—河南段>河南段;生产用水的GML变化主要由GTC决定,而综合用水、生活用水和生态用水的GML变化主要由GTC和GEC共同决定;经济发展水平、污水处理能力、城镇化进程、科技成果数量和科技投入力度与水资源利用效率呈显著正相关,而产业结构、用水结构和水资源丰裕程度与水资源利用效率显著负相关。

珠江流域用水总量控制现状及管理建议

为应对我国水资源短缺问题,国务院于2012年设定了2030年全国用水总量不超过7000亿m^(3)的目标。珠江流域作为中国重要的水资源区域,已经制定了相应的用水总量控制指标,并实施了区域管理和流域管理两种主要管理手段。珠江流域的用水总量管理包括水量分配、水资源调度、流域规划、水资源论证及取水许可管理等,然而,由于流域用水总量指标尚未纳入考核体系,加之缺乏法律依据,导致管理效果不佳,水资源调度工作协调难度大。根据珠江流域目前在用水总量控制管理中存在的问题,提出流域用水总量管理的建议。

基于百色水库的郁江流域水资源调度方案研究

为加强郁江流域统一调度,全面落实《西江流域水量分配方案》要求,合理开发、利用、节约和保护水资源,严格流域用水总量和重要断面下泄流量(水量)控制,合理配置河道内外用水,维系良好河流生态环境,实现水资源可持续利用,支撑流域经济社会高质量发展。以百色水库为龙头水库,构建了郁江流域水资源配置优化调度模型,通过优化百色水库枯水期调度运行方式,研究了保障郁江流域水资源调目标的调度方案。经研究分析,郁江流域开展以百色水库为水源水库的6库联调,通过改变百色水库枯水期11月至次年4月发电调度运行方式,使其按照保证出力发电运行,并动态向下游补水,可基本实现贵港最小下泄流量400 m^(3)/s保证率90%目标,同时可基本满足平陆运河及环北部湾广西水资源配置工程近期2035年用水需求。

坚持“五水并举” 不断提升湖南省水资源节约集约高效利用水平

近年来,湖南省深入贯彻习近平总书记“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路,以实施最严格水资源管理制度为统领,坚持合理分水、管住用水、全面节水、系统治水、改革活水,不断提升水资源节约集约利用水平,为推动湖南经济社会高质量发展提供坚实水资源保障。

黄河源区汛期降水径流序列多尺度小波分析

基于黄河源区15个地面站点日降水数据、唐乃亥水文站逐日径流数据以及小波分析方法,分析了黄河源区1961—2020年汛期降水和径流的周期规律、变化趋势及相关关系。结果表明,1)黄河源区近60 a汛期降水、径流均存在多时间尺度的变化特征,且不同时间尺度汛期降水、径流丰枯变化趋势均不同;2)汛期降水、径流序列均具有63 a左右、35 a左右特征时间尺度的主周期,两个时间尺度下的平均周期分别为41、25 a左右,汛期降水、汛期径流具有一定的正相关性;3)在63 a特征时间尺度可预测2020年之后未来5~10 a内黄河源区汛期降水、径流整体均呈减小趋势。

长江泰州段引排水量时空分布特征分析

长江引排水是泰州市水资源的重要来源,本文选取长江泰州段的17个主要口门,统计了1959—2022年的引排水量并进行了对比分析。结果表明,受经济社会发展和水利基础设施建设的影响,引排水量年际变化较大,总体上呈现逐渐增大的趋势,但近年来呈现波动趋势;受区域降水、季节性农灌用水和长江潮位等因素影响,沿江口门引排水量年内分配不均;高港水利枢纽的建成对区域水资源的分配影响较大。研究成果可为长江大保护、优化口门调度方案、区域水资源开发利用及计划用水等管理工作提供数据参考。

1986~2021年北京市用水结构演变及驱动因素分析

为从根本上解决北京市水资源短缺问题,深入分析北京市用水结构演变并掌握其主要驱动因素显得尤为必要。利用水足迹法、信息熵理论综合分析1986~2021年北京市供用水结构变化规律,并基于灰色关联度探究影响用水结构演变的主要驱动因素。结果表明,北京市水足迹由53.0×10^(8)m^(3)增至131.5×10^(8)m^(3),且外贸虚拟水对于缓解用水压力至关重要;北京市区用水结构逐年下降,其余各区用水结构由均衡发展逐渐朝单一化演变,各区用水驱动因素有差异;全市用水结构演变驱动因素由最初农业用水主导(其灰色关联度高达0.9以上),逐渐转化为生活、生态环境为主。