河湖水系连通功能及适应性分析

基于我国当前的基本国情和水利发展趋势,探讨了河湖水系连通的功能类型,将河湖水系连通的资源调配、水质改善、水旱灾害防御三大功能细化到二级功能,提出河湖水系连通功能体系。以大伙房水库输水工程为例,分析了河湖水系连通的适应性条件,可为河湖水系连通深入的研究提供参考。

国内外河湖水系连通发展沿革与影响

针对当前国内部分地区水资源问题严重的形势,国家"十二五"战略规划中明确提出,河湖水系连通作为解决水资源问题的一个重要途径。结合当前我国新时期治水方略和水资源管理形势需要,通过大量收集国内外河湖水系连通案例,探讨国内外河湖水系连通在不同时期的建设特点,汇总河湖水系连通工程对经济、社会、生态的效益和可能带来的负面影响。并在理解我国当前的基本国情和水利发展趋势下,结合国内外河湖水系连通的成功案例,分析其对我国河湖水系连通的启示,以期为我国河湖水系连通战略提供支撑。

河湖水系连通与最严格水资源管理的关系

河湖水系连通和最严格水资源管理作为我国新时期两大治水思想,两者相互补充共同解决我国水资源问题,均在全国各地进行了广泛实践,并被提升为国家战略。现简要介绍两大战略,从指导思想、实施方法、功能控制、战略目标四大内容,分析河湖水系连通与最严格水资源管理两大战略在治水方面的联系与差异,进而从两大战略实践角度,探讨如何协调把握两大战略的关系,认为:①两者相互补充,共同解决我国水资源问题;②落实最严格水资源制度是实施河湖水系连通的前提,必要时构建河湖水系连通网络;③"三条红线"的确立促进河湖水系连通功能的发挥。本研究工作为两大战略的具体实践提供了参考。

湖泊水力调控对河湖连通伴生洪水风险的缓释影响

河湖水系连通是国家治水、用水的重要战略手段,复杂的河湖连通工程往往伴随着系列风险,其中如何量化评估湖泊水力调控对河湖连通风险的影响,有待深入研究。本文利用Vine Copula函数与水动力模型模拟技术,以沂沭泗水系下游河湖连通工程为例,研究了不同洪水重现期下,骆马湖水力调控对河湖连通伴生洪水风险的定量影响。结果表明,发生50年一遇洪水时,中运河流量、流速均为中风险,若未对骆马湖进行调控,当入湖流量达到11046 m^(3)/s时,下游新沂河河道超过62%的断面均出现水位或流速风险;若将骆马湖起调水位由23.5 m降至22.5 m,即使入湖流量高达12672.6 m^(3)/s,下游河道约80%的断面洪水风险仍可处于低风险,近42%的断面进入缓冲区。但是,当沂沭泗流域全境遭遇百年一遇洪水时,骆马湖调控作用将失效。研究发现,与河河连通相比,湖泊水力调控有效提升下游河道水深、流速风险安全阈值,对连通伴生洪水风险具有缓释作用。

建设山西大水网 为转型跨越提供水资源保障

山西大水网是解决山西转型跨越发展用水需求和应对特大干旱而提出的一项战略规划,其总体架构为两纵十横,以山西纵贯南北的黄河北干流和汾河两条天然河道为主线,以覆盖全省六大盆地和11个中心城市的十大供水体系为主骨架。供水区包括91个县(市、区),面积占全省总面积的72%,受益人口占全省总人口的84%,GDP占全省的88%。到2015年,大水网基本建成后,全省总供水能力达到91亿m3,其中当地地表水37亿m3,提引黄河水24亿m3,地下水供水量将压减到30亿m3,供水保障能力大幅提高,应对特大干旱能力加强,生态环境明显改善。

基于联系数的河湖水系连通等级评价模型

用改进的基于标准差的模糊层次分析法确定河湖水系连通评价体系中指标和子系统的权重,用集对分析法构造评价样本与评价标准等级之间联系数分量,建立基于联系数的河湖水系连通评价模型(CN-AM)。CN-AM模型既可测度整体状态的高低程度,又可识别影响系统的重要指标和子系统。CN-AM在南渡江应用结果表明:利用属性数学的置信度准则评判方法与联系数的均分原则评判方法进行互补,保障评价结果的可靠性。未来5 a南渡江水系连通性子系统等级为2.697 6~2.697 8,自然功能和社会功能子系统的等级为3.597 8~3.740 3和3.615 8~3.692 0,南渡江河湖水系连通系统的总体状况为3.462 5~3.568 7级,处于中和良之间;主要限制指标为河频率、水系连通度、年平均径流保证率、水体纳污能力、河流水质达标率、地表水农业供水百分比、水库调节能力指数和地表水城镇供水百分比。

城市水系连通与景观设计初探——以黄冈水系连通工程为例

在城市水系规划中将景观和城市水利工程融合,是提升城市生态环境的关键。本文以湖北省黄冈市水系连通工程(长河—遗爱湖引水渠)景观设计为例,针对原水系连通工程中景观存在的不足,通过模糊城市蓝线、绿线,让景观与水利相互交融,从碧水相映、文业砚田、幽远溪岸空间对城市水系连通与景观设计融合进行了探索,为城市水系连通工程设计提供新的思路和方法,对于实现水利工作思路从单纯工程建设向人与自然和谐相处转变具有重要参考价值和借鉴意义。

河湖水系连通的理论探讨

在全球气候变化和水资源形势日趋严峻的背景下,为了从根本上提高水资源统筹配置能力、改善河湖健康状况和增强抵御水旱灾害能力,河湖水系连通作为国家新时期的一个治水方略被提出。当前关于河湖水系连通的理论基础研究要落后于实践,尚在探索之中。论文尝试从河、湖与水系等水循环基本概念入手,探讨水系的结构、特征和连通性,揭示水系连通的水循环物理机制,并进一步分析河湖水系连通的战略思想,探明其中涉及的几个关键水循环基础问题,包括水量平衡、能量平衡、水资源可再生性、水循环尺度等问题,为河湖水系连通战略的实施和理论体系的建立奠定基础。

河湖水系连通研究:概念框架

河湖水系连通已经成为国家江河治理的重大需求,提高国家水资源统筹调配能力、改善河湖健康保障能力、增强抵御水旱灾害能力迫切需要加强河湖水系连通研究,但相关的理论和技术尚处于探索阶段,远远落后于实践。论文根据新形势下保障国家水安全和提高生态文明水平的新要求,讨论了河湖水系连通的概念及内涵,并讨论了河湖水系连通的系统性、复杂性、动态性和时空性等特征,在综合考虑河湖水系连通目标和任务的基础上,提出河湖水系连通战略研究可从机理分析、系统辨识与评价、连通工程规划、系统控制与调整4个方面展开,明确了研究的总体思路,对尺度、过程、格局、功能与控制等研究的基本问题进行了初步讨论。

河湖水系连通研究的若干问题与挑战

经济社会发展和生态环境保护对水资源支撑和保障能力提出了新的、更高的要求,河湖水系连通已经成为国家江河治理的重大课题,迫切需要深入研究其理论基础与关键技术体系。目前国内外的研究比较零散,尚未形成一个科学的理论体系。本文分析了河湖水系连通的三大功能:提高水资源配置能力、改善河湖生态环境和增强抵御水旱灾害能力。河湖水系是一种泛地域尺度概念,不同的空间尺度表现出显著的差异性,根据我国的实际情况,可从国家、区域、流域3个尺度开展研究。随着经济、社会的发展和环境的变化,未来的研究将面临一系列挑战,如河湖水系格局与社会经济发展格局不匹配、气候变化不确定性带来的问题、研究的学科交叉性与综合性等等。

基于水环境改善的城市湖泊群河湖连通方案研究

河湖水系连通作为水资源调配、水生态修复与改善的重要手段,已成为江河湖泊治理工作的重点之一。河湖水系连通方案的选择和连通效应的评估直接关系到连通工程对湖泊水动力和水环境的改善效果,但目前缺乏对水系连通后河湖水动力和水质的综合评估体系。以汤逊湖湖泊群为研究对象,构建二维水动力水质数学模型,选取NH3-N、TN和TP作为水质指标,模拟不同连通方案下汤逊湖湖泊群的流场及水质变化情况,结合水动力、水质和经济社会三个方面的评价指标建立综合评价体系,对各连通方案下湖泊群的改善效果进行评估。研究结果表明:引水后湖泊水体流动性有了很大的改善,河湖连通工程能够在短时间内达到改善湖泊水质的目的,但随着引水时间的增长,改善率逐渐减小。通过对比五种连通方案发现,方案五对水动力和水质的改善都取得了最显著的效果,且能够带来最大的引水效益。

河湖水系连通的关键科学问题与研究方向

水资源时空分布不均,与经济社会格局不匹配,严重制约了中国的可持续发展。中国水情复杂,河湖水系正面临洪涝频繁、供水不足、河湖萎缩、水生态退化、水环境污染等诸多问题。面向国家发展新战略要求和现代化目标,有效解决复杂水问题,是新形势下生态文明建设和水资源可持续利用的重大需求。积极推进河湖水系连通,着力提高水资源统筹配置能力、河湖健康保障能力和水旱灾害抵御能力,是科学治水兴水的重大战略;开展深入的理论与技术研究是科学推进河湖水系连通的当务之急,也是治水兴水保障生态文明建设、支撑国家现代化进程的重大需求,具有重大意义。在分析全国河湖水系面临问题的基础上,讨论了河湖水系连通研究的必要性和迫切性,分析提出了河湖水系连通的三个关键科学问题及其研究框架,并对河湖水系连通的重要研究方向进行了探讨。

南方河网地区河湖水系连通的实践与思考

南方河网地区是我国人口、资源、产业密集区。随着工业化和城市化进程的加快,南方河网地区面临着河湖萎缩,洪涝灾害频繁,区域抗旱应急能力不足,水污染严重,水质性缺水问题突出等一系列水资源和水环境问题,对区域防洪安全、供水安全和生态安全造成严重影响。在对典型河湖水系连通工程进行归类总结的基础上,探讨了南方河网地区实施河湖水系连通的关键问题,包括连通需求分析,基础条件论证,连通方式选择及连通保障体系的建立。

人类活动对河湖水系连通的影响评估

河湖水系承载着人类赖以生存的水资源,也支撑着经济社会的可持续发展。在自然因素和人类活动双重影响下,河湖水系不断发生着改变,也影响着人类生存和发展。特别是在人类活动日益剧烈的背景下,研究人类活动对河湖水系连通的影响是一个非常重要的科研问题,也是河湖水系连通工程实践的一个关键问题。本文从自然和人工两个方面分析了河湖水系连通的影响因素,阐述了人类活动对河湖水系连通的影响过程,并从河湖水系连通关系、河湖水系功能(自然角度)、河湖水系连通功能(社会角度)三个方面归纳了人类活动的正负面影响;在此基础上,提出了有针对性的影响量化评估方法,便于宏观角度量化和分析人类活动对河湖水系连通的影响。本研究以人类活动剧烈的淮河流域为实例应用,分析了人类活动对淮河水系的影响评价结果。

从系统论的观点看我国河湖水系连通工程的得失

河湖水系是一个复杂的自然巨系统,其衍生和发展自有其内在规律。而河湖水系连通工程,则是以改变流域水资源的时间和空间分布来满足人类社会发展需求的,其当下、局域的直接经济效益有时很明显,但对自然、生态乃至文化的影响相对比较滞后。从系统科学哲学的角度对我国河湖水系连通工程进行考察,将为我国当代水利工程尤其是河湖连通工程的发展提供有益的启示。

河湖水系连通理论基础与优先领域

河湖水系连通是中国正在推进的重大治水战略,是提高国家水资源统筹调配能力、水生态环境修复能力和河湖健康保障能力的重大举措,也是提高水旱灾害抵御能力的重要保障。目前河湖水系连通的知识比较零散,尚未形成系统的理论体系,河湖水系连通理论基础的研究,对理论体系的构建、战略的实施和持续推进具有重要意义。本文基于河湖水系连通的理论研究的特征,提出其理论框架体系,分析了可持续发展、水利科学、经济学、生态学、系统科学等基础理论与河湖水系连通理论体系之间的内在关系。从当前国家实施河湖水系连通战略和构建河湖水系连通理论体系的迫切需求出发,本文提出了河湖水系连通理论研究的优先领域,包括河湖水系连通性与功能评价理论与方法、河湖水系连通水体耦合机制与系统稳定性理论、水系连通协调性理论、水系连通—经济格局匹配性理论、水系连通—生态环境影响机理与评估理论、水系连通巨系统不确定性与适应性理论等,优先突破重点领域理论研究,逐步形成和完善河湖水系连通理论体系,以科学、完整的理论体系支撑河湖水系连通治水战略高效、顺利实施。

面向生态环境的河湖连通引水调控方案研究

河湖水系连通是解决湖泊水环境和水生态问题的重要手段,但如何确定合理的引水调控模式是目前开展河湖连通工作中面临的重点和难点问题。以汤逊湖水系连通工程为研究对象,建立二维浅水湖泊水动力水质数学模型,分析5种引水流量工况下汤逊湖的NH3-N、TN和TP水环境改善效果,根据改进的成本效益评估法对不同引水方案的环境效益进行评估,由此确定最佳的引水调控方案。研究结果表明:引水后汤逊湖水质得到明显改善,且引水流量越大,汤逊湖的水质浓度改善率越大,超标水体比例越少;随着引水流量的增加,净效益先增大后减小,引水流量为40 m^3/s时河湖连通能够带来最大的引水效益。本研究可为汤逊湖及其他类似水域河湖水系连通方案的选择提供科学的参考依据。

Developing a comprehensive evaluation method for Interconnected River System Network assessment:A case study in Tangxun Lake group

The Interconnected River System Network (IRSN) plays a crucial role in water resource allocation, water ecological restoration and water quality improvement. It has become a key part of the urban lake management. An evaluation methodology system for IRSN project can provide important guidance for the selection of different water diversion schemes. However, few if any comprehensive evaluation systems have been developed to evaluate the hydrodynamics and water quality of connected lakes. This study developed a comprehensive evaluation system based on multi-indexes including aspects of water hydrodynamics, water quality and socioeconomics. A two-dimensional (2-D) mathematical hydrodynamics and water quality model was built, using NH3-N, TN and TP as water quality index. The IRSN project in Tangxun Lake group was used as a testbed here, and five water diversion schemes were simulated and evaluated. Results showed that the IRSN project can improve the water fluidity and the water quality obviously after a short time of water diversion, while the improvement rates decreased gradually as the water diversion went on. Among these five schemes, Scheme V showed the most noticeable improvement in hydrodynamics and water quality, and brought the most economic benefits. This comprehensive evaluation method can provide useful reference for the implementation of other similar IRSN projects.