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。

人水关系学的基本方程及模型构建

人水关系是人类与自然界关系中最重要的关系之一,人水关系学是研究人水关系的一门新交叉学科,构建其基本方程和模型是深入研究人水关系的核心内容之一。基于前期研究工作和不同学科成果梳理,提出了人水系统“四大过程”(水循环过程、物质循环过程、生物过程、人文过程),总结给出了“四大过程”的基本方程及其耦合与计算方法,提出了考虑“四大过程”的分布式人水关系模型构建框架与人水关系模拟器的构建设想,并介绍了沁河流域分布式人水关系模型应用研究实例。人水系统“四大过程”是表征人水关系的重要基础,其基本方程是研究人水关系学的基础方程,由基本方程耦合构建的模型是模拟人水关系问题的重要工具,可为进一步完善人水关系学奠定基础,为深入研究人水关系模型提供思路。

水资源节约集约利用理论体系与应用实践

水资源节约集约利用是促进全社会节约用水、保障国家水安全、促进生态文明建设、助力高质量发展的重要举措。通过梳理水资源节约集约利用的提出背景及历程,深入剖析水资源节约集约利用的概念内涵,提出了水资源节约集约利用理论体系框架,包括基础理论、符合原则与研究内容。重点分析了水资源节约集约利用理论在节水型社会建设、水利高质量发展、人与自然和谐共生以及水资源刚性约束制度建设中的应用实践,旨在为我国现代水资源利用提供理论支撑和实践指导。

因应人居发展的西汉长安地区水系营建及其理景

经过西汉初期“无为而治”的酝酿积淀与武帝时期“崇尚有为”的人居大发展,西汉长安地区形成以都城为核心,苑囿、郊邑、农田相嵌套的圈层结构,而“源泉灌注、陂池交属”的水网系统是贯穿其中的人居发展支撑基础。在分析其依托自然水系立基的优劣基础上,结合二重证据与图示分析,以武帝前后为观察界点,探讨因应地区人居发展的长安地区水系营建。研究表明,在都市水利、漕运水利与农田水利功能目标指引下,以渭南地区凿陂丰水、沿渭地区赖渭穿渠与渭北地区泾洛引灌为重点进行水系建设,展现出在地化营建智慧。各区域因水系而成独特地景格局,结合案例分析,总结因凭水系而成的池苑绮错、邑景依傍、园野辉映的分区理景特征。

基于农户感知的黄河下游人-水关系结构分析

人-水关系研究是社会-生态系统研究的重要领域。识别黄河下游农户对人-水关系的感知及其影响因素,对黄河下游因人施策开展生态保护与高质量发展政策调控具有重要作用。但已有研究多从区域水资源、水环境、水文化等某一种或几种关系开展居民感知调查及归因,忽视了人-水关系之间结构化的相互影响机制。基于对黄河下游山东省10个县的农户发放的1651份问卷,经过验证性因子分析后,最终引入水资源与生态关系、水文化与旅游关系、居住地生态功能、河口湿地功能、文化旅游功能五个潜变量,建立结构方程模型发现:农户对水资源与生态关系的认识正向影响其对居住地生态功能和河口湿地功能的评估,农户对水文化与旅游关系的认识正向影响其对居住地生态功能、河口湿地功能和文化旅游功能的评估。研究结果通过基于农户感知刻画人-水关系结构,揭示人-水系统功能认知的影响机制,有助于为黄河下游地区生态保护和乡村振兴提供决策参考。

人水关系研究进展与关键问题讨论

阐述了人水关系的研究背景及其意义;从概念与内涵、作用机制及其影响、模型方法研究等方面对人水关系的国内外研究现状进行总结;提出目前人水关系研究面临的问题,从概念与内涵、作用机制及其影响、模型方法三方面对人水关系研究进行展望和讨论,提出初步的研究思路及框架,旨在为以后人水关系的研究有所帮助。

区域水平衡基本原理及理论体系

实现健康的区域水平衡是中国水利工作的重要内容和挑战,对保障国家水安全、国民经济和社会持续稳定发展具有重要意义。在总结前期水平衡理解和认识的基础上,定义了区域水平衡的概念,从水收支平衡、经济社会供需水平衡、经济与生态用水平衡、人水关系和谐平衡4个方面和时间、空间、系统3个维度解读其内涵。提出了区域水平衡的基本原理,包括水量平衡原理、供需平衡原理、协同平衡原理及和谐平衡原理,分析了以基本原理支撑实现区域水平衡需要重视的科学问题。从理论基础和基本理论2个方面论述了区域水平衡的理论体系,其中,理论基础包括水文学、水资源学、生态学、经济学、社会学等理论,基本理论包括水资源收支时空均衡理论、水资源供需优化配置理论、经济与生态用水协同论、人水和谐论等,并展望了基本理论的应用前景。研究成果可进一步拓展区域水平衡研究思路,为今后开展区域水平衡管控与实践提供研究框架和理论基础。

基于嵌入式系统动力学的人水系统模拟及应用

基于人水系统概念和嵌入式系统动力学(ESD)方法,以一个相对独立的城市区为例,介绍人水系统模拟的ESD模型,说明ESD模型的优越性。通过ESD模型的模拟计算,分析实例区人水系统演变的主要影响因素以及调控方向和措施。模拟结果表明,该城市区总用水量在各年远未达到水资源可利用量,而水质控制目标已经达到临界状态;其发展的瓶颈是污水处理能力偏低,可以通过建设污水处理厂,增加污水处理能力,以提高该区的发展规模。

人水和谐论及其应用研究总结与展望

人水关系是人类与自然界关系中最重要的关系之一,人水和谐是人类追求的一种理想的人水关系,人水和谐论是研究人水和谐问题的一个新理论方法,系统总结人水和谐论的发展历程和主要内容对推进生态文明建设具有重要意义。本文在系统分析人水和谐论提出背景及研究过程的基础上,把人水和谐论的发展历程分为3个阶段,分别是萌芽阶段(2005年以前)、形成阶段(2006—2017年)和发展阶段(2018年以后)。在系统总结已有研究成果的基础上,提出人水和谐论体系框架,包括理论体系、方法论和应用实践,并对其主要内容进行系统总结,提出人水和谐的基本原理和判别准则;在此基础上,结合前期研究成果,展望人水和谐论的发展趋势和应用前景。为进一步开展人水和谐论的理论研究和应用实践提供参考。

区域人水和谐评价指标体系及评价模型

为了评价区域人水和谐程度,在阐述人水和谐内涵的基础上,根据复杂系统及和谐论理论,构建了区域人水和谐评价指标体系.根据集对分析和可变模糊集理论,建立了集对分析可变模糊集模型,评价人水复合系统发展态势;以合作博弈理论为基本思想确定系统"理想发展状态",结合距离协调度模型,建立了合作博弈距离协调度模型,评价人水复合系统协调度;以发展态势和协调度为基本依据,采用乘法合成模型综合评价区域人水复合系统和谐度.将上述模型应用于陕西省人水复合系统,评价2000—2009年人水系统和谐程度,评价结果显示陕西省人水系统和谐度呈现缓慢上升趋势,但均处于第I,II等级,属于不和谐或临界和谐状态.说明陕西省人水和谐程度仍处于较低水平,比较符合陕西省目前实际现状.将此模型与模糊综合评价模型的评价结果进行对比分析,评价结果基本一致,表明该模型有效可行,结果可靠.

人水关系学的研究方法及应用前景

人水关系学是一门专门研究人水关系的交叉学科,具有丰富的方法论和应用实践。在对相关研究方法对比分析的基础上,总结归纳了人水关系学的研究方法,包括计算方法和技术方法,其中计算方法又包括辨识、评估、模拟、调控和优化方法等,主要用于理论计算层面的人水关系研究;技术方法面向改善人水关系的具体实践,包括水灾害防治、节水、水污染治理、水生态修复和水利信息技术等。并分析了这些研究方法在人文系统对水系统的影响、水系统对人文系统的影响、人水关系模拟、人水关系调控和人水关系的支撑体系五类重要研究中的应用前景。研究可进一步丰富和发展人水关系学内容。

环境变化对人水系统影响的关键问题探讨

由气候变化和人类活动引起的环境变化对人水系统产生的巨大影响已经受到了全世界的关注。在分析气候变化、人类活动以及由两者共同引起的环境变化对人水系统影响研究现状的基础上,对目前研究进展进行了综述和总结,从影响作用机理、环境变化因子、对人文系统的影响、人水综合系统的研究、影响作用的量化共5个方面提出了目前研究面临的关键性问题,并分别进行深入探讨和分析,进而讨论了未来研究的趋势和重点,引入初步的研究思路,为以后相关方面的研究工作提供参考。

人水系统演变模拟的嵌入式系统动力学模型

论文首先提出人水系统的概念,并针对人水系统演变模拟的难点和特点,基于系统动力学原理,提出了更具实用意义的嵌入式系统动力学模型(ESD模型)。ESD模型是在系统动力学理论方法的基础上,考虑到社会经济系统、水循环系统(包括社会水循环系统、自然水循环系统)自身的特点和规律,充分利用现有的相关理论方法,在系统动力学模型的基础上,加入其他学科的定量化模型,形成耦合的模型。该模型既全面吸收系统动力学的优点,同时又接纳了相关学科的研究成果,大大提升了系统动力学的应用研究能力,同时也解决了复杂而又有专业特点的系统模拟问题,适用于人水系统演变模拟。

人水关系学的学科体系及发展布局

人水关系是人类与自然界关系中最重要的关系之一,也是人类一出现就始终存在且复杂程度不断加深的一类关系。在对人水关系分析总结的基础上,提出了人水关系学的概念和思考,论述了人水关系学的提出背景和重要意义;构建了人水关系学的学科体系框架,阐述了人水关系学的主要内容,包括人水关系学的理论基础、方法论、应用实践;在分析学科发展趋势的基础上,对人水关系学未来全面、系统的研究进行了展望,并从科学研究、学科建设、学术交流与国际合作3个方面对人水关系学的发展进行战略布局。为进一步研究人水关系、丰富人水关系学内容、发展人水关系学学科体系及制定学科发展战略提供参考。

流域水系统理论及其在我国的实践

针对变化环境的水循环与水安全问题,对水系统的基本概念、理论与意义进行了介绍,指出了以多学科视角,将自然科学和社会科学相融合以研究变化环境下的水问题是当前国际地球系统水科学发展前沿。分析了水系统研究的难点与水-社会-生态关联性研究的发展趋势,强调了水系统的耦合与解耦、水系统模型的敏感性、水系统的监测等方面研究的重要性,探讨了自然系统和人类系统间的协同演变及其集合响应机制研究于构建水系统耦合模型的必要性。以淮河、鄱阳湖、汉江为例,从不同的角度论述了水系统理论在我国水问题研究中的实践与指导意义,并认为水系统理论的进一步研究应加强内在机理及概化准确性等方面的研究,构建水系统模拟平台,增强水系统模型对气候及环境变化的适应性,加强在变化环境下流域水资源可持续利用规划与决策管理中应用推广。

水资源适应性利用理论的应用规则与关键问题

人水系统是一个十分复杂的巨系统,众多因子时刻处于不断变化之中,水资源开发利用也应适应这种不断变化的特性。当然,也不是被动的、随意的适应,需要遵循一定规律和原则,实现一定目标,正确运用水资源适应性利用理论。因此,研究水资源适应性利用问题具有重要的意义。在笔者前期提出的水资源适应性利用理论的基础上,分析了水资源适应性利用方案制定的思路,即"确定——适应——评估——反馈——再确定"的循环路径;提出了水资源适应性利用理论的应用规则,包括遵循两大规律、符合四大原则、肩负三大任务、具有四大功能,是判断如何应用水资源适应性利用理论的依据;对水资源适应性利用的关键问题进行论述,提出了进一步研究的途径和展望;最后以南水北调中线水源区为例介绍水资源适应性利用理论的应用前景。研究认为,水资源适应性利用是一项复杂的系统工程,需要一套完善的理论和方法;需要进一步研究水资源适应性利用的判别标准及量化方法、定量测度及评估方法、优化配置模型、规划方法、预警评价与综合调控等,为进一步研究和应用水资源适应性利用理论奠定基础和提供工具。

基于“三条红线”约束的区域人水和谐评价

以"三条红线"为切入点,以源头取水和谐、过程用水和谐、末端排水和谐三大量化准则为框架,构建了基于"三条红线"约束的人水和谐评价指标体系,并运用人水和谐量化方法和层次分析法对河南省新密市的人水和谐程度进行评价,确定了最严格水资源管理制度实施背景下影响新密市人水和谐的关键性因素,可指导当地政府有针对性地开展最严格水资源管理工作。

携手构建人水系统命运共同体的思考及路径探讨

人水系统是构建人类命运共同体的重要基础,构建基于人水系统的命运共同体是当今时代的紧迫任务。在深入理解人类命运共同体理念基础上,提出人水系统命运共同体的概念,解读其内涵,分析对其携手构建的必要性。提出携手构建人水系统命运共同体的框架,概述建设思路,包括根本宗旨、战略目标、体系布局、基本原则以及主要内容,并给出携手构建人水系统命运共同体的实现路径与路线图。

黄河流域人水关系作用机理及和谐调控

人水关系复杂且涉及要素众多,探究人水关系作用机理,针对人水关系存在的问题提出和谐调控路径具有重要意义。本文以黄河流域为例,从人文系统与水系统的自身复杂性、耦合系统复杂性、相互作用复杂性三方面阐述了人水关系的复杂性;分析了人水关系作用过程,基于人水系统互馈作用关系揭示了人水关系作用机理,总结了现阶段黄河流域人水关系存在的问题;提出了利用和谐调控解决人水关系问题的基本思路和理论方法。"黄河分水"和"区域水资源与经济社会和谐平衡"两个实例应用研究结果表明,面对黄河流域复杂的人水关系,利用和谐调控理论方法可优化流域分水方案,提高区域和谐水平,促进人水关系和谐发展,为解决人水关系问题提供了有效的手段。

水科学的核心与纽带--人水关系学

在对水科学、人水关系学分析的基础上,从水科学的10个分支中的人水关系研究出发,论述人水关系学研究是水科学的核心与纽带这一论断。同时,针对跨流域调水工程论证、大江大河干流水利枢纽建设、洪涝与干旱灾害防治、跨界河流分水4个焦点问题,基于人水关系学视角,探讨这4个问题存在的误区及解决途径,为类似复杂问题的解决提供一种新思路。