引黄灌区水资源承载力多目标决策模型

开展灌区水资源承载力多目标决策研究,探究灌区水资源、社会经济以及生态环境三者之间的互动关系,对可持续性灌区建设具有重要意义。以赵口引黄灌区二期工程为研究对象,以灌区经济效益最大、缺水率最小、承载人口总量最多、污染物排放量最小以及粮食产量最大为目标,综合考虑灌区供需水能力、灌溉面积、污染物排放等多维临界约束,构建了赵口引黄灌区二期工程水资源承载力多目标决策模型,运用第3代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)进行求解,获得Pareto最优解集,并依据不同的目标偏好和熵权法从中选取多套决策方案。研究结果表明:文中经济效益最大、社会效益最大、生态效益最大、人口总量最大以及粮食产量最大5个目标相互制约,Pareto非劣解侧重于追求其中一方效益最优的同时,必然会引起其他目标值(至少一个)变劣。因此,文中得到的多种决策方案可为灌区未来水资源承载力的提升提供科学理论指导。

水资源约束下河套灌区农业高质量发展路径探究

内蒙古河套灌区地处黄河中上游干旱区域,农业灌溉依赖从黄河引水,黄河水资源对其农业发展水平有较大影响。为探究水资源约束下河套灌区农业高质量发展的路径,该文通过分析巴彦淖尔市河套灌区农业高质量发展的现状,厘清现有水资源对灌区农业高质量发展的限制机理,进而探讨河套灌区农业高质量发展的可能路径。结果显示,目前河套灌区农业高质量发展虽然取得一定成效,但仍存在着诸如用水结构不合理、农业退水水质差等问题。因此要在水资源约束下实现河套灌区农业的高质量发展,可以通过加强沿黄地区生态环境治理、推进灌溉技术升级、加快盐碱地治理和提高农业从业人员综合素质等途径,走“以水而定、量水而行”的农业高质量发展之路。

引黄灌渠生态护坡技术

生态护坡是促进边坡生态恢复和减少地质灾害的主要技术措施。基于生态环境学理论和地质灾害防治理论,分析当前常用生态护坡类型的适应性,综合不同类型生态护坡的“固、保、透、滤、柔”等优点,针对开封段引黄灌渠多为硬质护坡的现状和砂质土的特性,因地制宜地提出适合灌区渠道常水位以上使用的装配式PET网袋箱生态护坡。为了探讨该方案的可行性,设计了4种试验工况,通过试验对比验证PET网袋箱生态护坡的性能。试验结果表明:使用PET网袋箱生态护坡的土体与原生态护坡相比,抗剪强度增强较多,尤其是土体的黏聚力比原生态护坡增强约110%,同时PET网袋箱生态护坡相较于混凝土、浆砌石、六棱砖护坡在滤土排水、便于施工、工程造价、生态环保等方面优势明显,可为类似生态护坡工程提供参考依据,以期助力黄河流域生态保护和高质量发展。

宁夏引黄灌区农业水价改革存在问题及解决对策——以宁夏平罗县为例

为全面贯彻落实习近平总书记“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”的重要指示,文章围绕如何进一步优化用水结构、转变用水方式、提高用水效率,强化水资源刚性约束,推动用水权改革各项措施展开了讨论,并以宁夏平罗县为典型案例,针对宁夏引黄灌区农业水价改革中存在的问题提出了相应的对策。

引黄灌区水资源联合利用耦合模型

随着引黄水量日益减少,如何有效利用有限的地表水和地下水,成为内蒙河套灌区亟待解决的问题。该文以引黄水量最小和地下水开采量最大为目标,以控制各用水区地下水位在适宜范围作为约束条件,通过动态耦合地下水模拟模型与地表地下水联合利用优化模型,建立了灌区水资源联合利用耦合模型,最后应用此耦合模型对灌区2020和2030年的引黄水和地下水进行了优化分配。结果表明:通过合理调整产业结构和有效利用地表地下水,灌区2020和2030年的引黄水量分别为39.15、38.54亿m3/a,可以达到国家规定的40亿m3/a指标。研究成果可为黄河流域乃至全国其它干旱灌区的水资源高效利用、盐碱化防治等方面提供借鉴和参考。

不同类型土壤引黄灌溉固碳效应的对比研究

通过在宁夏引黄灌区实地调查、采样与分析,研究5种类型土壤在不同灌溉耕作时间序列下土壤有机碳含量及碳密度的变化特征,对比分析不同类型土壤对引黄灌溉耕作固碳效应的差异。结果表明:灌溉耕作引起的土壤有机碳含量的变化因土壤类型的不同而存在差异;在相同的灌溉耕作时间下,5种类型土壤的有机碳密度大小顺序为:灌淤土>潮土>新积土>风沙土>淡灰钙土;与同类型未灌溉耕作的土壤比较,灌溉耕作使各类型土壤有机碳密度均有不同程度的增加,相同的灌溉耕作时间下土壤有机碳密度增幅排列次序为:风沙土>潮土>灌淤土>淡灰钙土>新积土。宁夏引黄灌区的土壤固碳效应因土壤类型的不同存在明显差异。

德州引黄灌区主要河系水化学空间特征分析

通过对德州引黄灌区主要河流及引黄灌渠水质的离子化学成分分析,探讨了引黄灌区地表水化学成分特点、水化学类型及其空间变化和主要离子来源,为长期观测引黄灌溉对该区地表水、地下水的水化学特征变化的影响及地表水、地下水的循环交换提供依据,同时为该区水环境评价以及水体污染防控提供理论指导。研究结果显示,该区地表水的pH、电导率（EC）及各主要离子含量存在明显的空间差异。水体pH的变化范围为7.65~9.34,属弱碱性水;EC的变化范围为965~1 530μs.cm 1;主要阴阳离子的浓度范围分别为：NO3 1.32~60.15 mg.L 1、SO42 53.41~781.90 mg.L 1、HCO3 143.35~823.50 mg.L 1、Cl 98.00~564.00 mg.L 1、Ca2＋22.57~265.00 mg.L 1、Mg2＋29.41~195.50 mg.L 1、Na＋103.20~472.00 mg.L 1、K＋0.83~59.05 mg.L 1。该研究区水化学类型以Na＋.Ca2＋—HCO3.SO42水为主。各阴离子浓度的平均值HCO3（330.45 mg.L 1）SO42（308.48mg.L 1）Cl（286.83mg.L 1）NO3（29.60 mg.L 1）,阳离子浓度的平均值Na＋（236.85 mg.L 1）Ca2＋（98.15mg.L 1）Mg2＋（82.62 mg.L 1）K＋（9.05 mg.L 1）。pH、Cl的最高值均出现在马颊河流域,并且该流域Mg2＋浓度均值高于其他两个流域。德惠新河流域EC、NO3和HCO3的均值最高。引黄灌渠的SO42、Na＋、Ca2＋和K＋的平均浓度高于其他两个流域。通过Piper图分析得出,不同小流域水体类型不同。对研究区灌溉水质评价结果显示,该区地表水适合灌溉。经相关分析发现,该研究区地表水中,Ca2＋、Mg2＋、Na＋与SO42和Cl均具有极显著的相关性,此外,Ca2＋与Mg2＋、Na＋与K＋、SO42与Cl也显示出了极显著的相关性,表明这些离子相互影响,或者具有相同的来源,受人类活动影响较大。

黄河干流大型自流灌区节水潜力分析

黄河灌区年均用水量占黄河用水总量的90%左右。受经济条件、灌区设施、管理手段等多种因素制约,灌溉水浪费严重,灌溉水利用水平较低,一般不足0.5,更加剧了黄河水资源短缺的矛盾。根据黄河灌区用水现状,提出了节水潜力的概念和节水潜力的分析计算方法,对黄河干流大型自流灌区的节水潜力进行了分析。

浅谈引黄灌区区域泥沙资源化实践中的若干问题

介绍区域泥沙资源化的实践:淤临淤背加固大堤;放淤改良土壤;淤筑高地;建立两用水库,既沉沙又蓄水;坑塘蓄水,分散沉沙;浑水灌溉、输沙入田;作为建筑原料利用等等。指出:资源水利治水思路在引黄灌区水沙配置理论、关键技术的深入研究中具有指导性理论作用。在资源水利思想的框架下,区域泥沙资源化实践中应予关注的基本方面是观念更新、配置优化、关键技术和资源管理。

半偏减法集对势在引黄灌区水资源承载力动态评价中的应用

为有效处理、充分挖掘水资源承载力动态评价中评价样本与评价标准之间的不确定性,分析识别区域水资源承载状态及其变化的物理机制,构建了引黄灌区水资源承载力动态评价的半偏减法集对势方法(SSSPP)。SSSPP在河南省大功灌区的应用结果表明:从承载力系统角度看,灌区总体承载状态得到改善,且从2013年起更为明显,2017年灌区5县均为水资源临界超载,其中距离黄河干流越远的县承载状态越差;从承载力子系统角度看,各县的承载支撑力均呈小幅恶化态势,这是限制灌区承载力提升的主要原因,承载压力在波动中减小、承载调控力显著增强;从承载力评价指标角度看,各县的支撑力指标人均水资源可利用量、水资源开发利用率长期处于反势,压力指标人均GDP、缺水率长期处于反势或偏反势,这些均是灌区承载力调控的重点对象,而部分县调控力指标灌溉水有效利用系数、生态环境用水率由反势逐步发展为偏同势或同势,这是承载力提升的重要原因,反映其对农业和生态用水的管控。可见,SSSPP可分别从承载力系统、子系统和评价指标三个层次定量解析引黄灌区水资源承载状态及其演变特点,既可测度灌区承载力的强弱,又可诊断影响承载力的重要子系统和关键指标。半偏减法集对势的内涵更具解释性、方法直观、计算简便,是减法集对势与一阶效应全偏联系数相结合的一种改进减法集对势,为准确判别资源、环境、生态承载力动态评价等集对系统所处状态及其发展趋势提供了新的有效途径。

基于生态需水保障的农业用水安全评价——以山东省引黄灌区为例

保障农业用水安全和生态安全是流域水资源管理的重点,针对黄河口和山东引黄灌区的用水矛盾,采用阈值分析与地统计学方法,考虑作物蒸散发和有效降雨计算山东省引黄灌区灌溉需水量,在优先保障黄河口不同等级生态需水条件下分析灌区(划分为不同调控区)可用水量的响应特征,以地理信息系统(GIS)为平台计算具有时空差异的山东省引黄灌区农业用水安全压力指数,进而评价多时空尺度下的山东省引黄灌区农业用水安全。结果表明,在平水年,保障适宜等级的生态需水后大概有33%的年份农业用水安全存在压力,保障最低等级的生态需水约有27%的农业用水面临短缺,但是大部分情况下农业用水安全压力指数都在30%之下,然而保障最高等级生态需水后,有50%以上的年份存在农业用水安全压力,这种压力无论是从出现频次还是在指数强度上都有明显增加。在空间尺度上,以打渔张、刘春家、麻湾和簸箕李等灌区为代表的调控区2、11、13、14和17的农业用水压力显著,代表年内保障最低等级的生态需水后调控区的农业用水安全压力指数超过了20%,保障适宜等级的生态需水后,大部分调控区的农业用水安全压力指数超过了20%,调控区2和13的压力指数超过了30%,保障最高等级的生态需水后大部分调控区的农业用水安全压力指数超过了60%。在引黄水量调配过程中,应该按照水文年的不同保障合理的生态水量,同时充分考虑水文气象因子的空间差异性,在不同调控区细化分配方案,平水年份保障适宜等级生态需水后农业用水短缺由55.28降低到18.25亿m3。该评价方法反映了优先保障生态需水后灌区农业水资源保障情况,并能有效降低农业和生态用水之间的矛盾,为管理部门进行"精细配水"提供依据。

宁夏黄河灌区农业非点源污染损失估算

以宁夏黄河灌区为研究区,在充分利用JOHNES输出系数法计算灌区非点源污染负荷的基础上,应用环境经济学中的恢复防护费用法对灌区农业非点源污染产生的负荷转化为经济损失进行估算。结果表明:宁夏黄河灌区禽畜养殖产生的污染负荷最高,占灌区污染负荷的41.27%,其中全氮排放占整个区域污染负荷的37.25%,全磷排放占整个区域污染负荷的4.03%,种植业产生的氮磷污染负荷次之,居民生活污水最小,污染负荷分别占总负荷量的34.54%和24.2%;灌区非点源污染损失折合人民币约为54 874.1万元,禽畜养殖产生的污染负荷带来的经济损失最高,折合人民币22 481万元,占整个灌区污染价值损失的40.97%,种植业和居民生活污水排放产生的污染负荷造成的经济损失分别占研究区污染负荷经济损失的35.6%和23.4%。灌区要以控制禽畜养殖污染物排泄为重点,进一步减少非点源污染所带来的损失。

宁夏引黄灌区典型区域农田退水水量与水质特征

宁夏引黄灌区农田退水污染严重威胁着灌区的水环境质量和黄河水质安全。于2010年对宁夏引黄灌区西排水沟的农田退水水量与水质动态特征开展了研究工作,结果显示:2010年4-9月通过西排水沟出口断面排入黄河的总水量为2 173.5万m3,占同期引水量(6 460万m3)的33.6%;农田退水中铵态氮最高浓度为4.0mg/L,平均浓度为1.0mg/L,超过《地表水环境质量标准》Ⅲ类水的准限值,属中度污染,总氮平均浓度为4.6mg/L,远远超过了《地表水环境质量标准》所规定的Ⅴ类水的准限值(2mg/L),属重度污染。4-9月农田退水中铵态氮、硝态氮、总氮和总磷的总负荷分别为1.862 46万kg、7.842 47万kg、11.645 92万kg和541.3kg。

宁蒙引黄灌区田间节水潜力计算方法分析

以黄河干流宁蒙大型自流引黄灌区为研究对象,采用分项法以及两种计算顺序对宁蒙引黄灌区田间节水潜力进行了计算,分析了不同计算顺序对田间节水潜力计算结果的影响,并采用综合法对分项法计算结果进行了验证,表明计算方法可靠。

宁夏引黄灌区农田退水回灌对土壤盐分影响的试验研究

在小麦整个生育期内,在相同灌水定额条件下,设置4种不同灌溉方式进行对比分析研究。采用退水回灌,在一定时间内会增加0~30 cm的土壤盐分,尤其对0~20 cm的土层影响较大,对其他层次的影响随着深度的加大而减小;在拔节期和灌浆期,连续使用退水灌溉会使春小麦减产,只在拔节期使用退水回灌能够增产。

基于最严格水资源管理制度的大功引黄灌区的水资源优化配置

大功引黄灌区是河南省重要的粮、棉生产基地,也是水资源严重匮乏的地区.随着社会经济的发展和人民生活水平的提高,灌区内水资源的供需矛盾日益加剧,生态环境逐渐恶化.为解决此问题,以最严格水资源管理制度为理论基础,结合大功引黄灌区现状年水资源实际供需和开发利用状况,确定包括用水总量、用水效率、用水顺序、水质、纳污控制和生态保护共计6项水资源分配原则,建立规划年多目标多水源的优化配置模型,使用计算机软件进行求解,并提出适宜的规划年水资源优化配置方案以及灌区管理制度的改进建议.

黄河下游引黄灌区水安全评价方法及应用

【目的】开展黄河下游引黄灌区水安全研究,推动水资源的节约集约利用。【方法】基于"经济社会-水资源-生态环境"复合系统相互作用机理,构建了灌区水安全量化指标体系,运用模糊综合评价模型对灌区的水安全状况进行了综合评价,并将成果应用于河南省大功引黄灌区。【结果】灌区所涉及的各县(市)水安全状态中,除长垣(水安全等级由2013年基本安全转变为2017年非常安全)、封丘(水安全等级由2013年较安全转变为2017年非常安全)和滑县(水安全等级为基本安全)外,其余各县(市)水安全状态不容乐观。【结论】注重灌区水资源统一调配,充分引用黄河水改善灌区内水资源条件薄弱地区,可更好推动当地经济发展。

黄河干流宁夏段沿程水资源变化特征分析

受全球气候变化及黄河上游地区经济社会快速发展的影响,近十多年来,自上游进入黄河宁夏段的水量大幅减少,从而导致宁夏出境水量不同程度地减少,入出境水量差(耗水量)却有所增加。通过对比分析发现,黄河干流宁夏段2001—2012年比1956—1995年多年平均入境水量减少约18%,多年平均出境水量减少约23%,宁夏地区对黄河干流水资源消耗量增加了约48%。受宁夏地区美利渠、七星渠、青铜峡河东与河西总干渠取水影响,2001—2012年青铜峡以上河段年均引水流量为211.73 m3/s,引黄灌区退水多从黄河干流石嘴山河段回归黄河,致使黄河干流宁夏段出境断面流量较青铜峡站增加102.99 m3/s。从年内来看:从3月下旬开始灌溉引水,黄河干流宁夏段入境水量大于出境水量;8月灌区有效降水量增加,出入境水量差异缩小;随着引黄灌区退水回归下游段,9月、10月和12月石嘴山出境断面流量较入境断面水量均有不同程度的增加。

基于GIS的引黄灌区用水需求预报系统研究

黄河流域水资源短缺,为了精确配置好黄河水资源,需考虑引黄灌区用水需求时空变化特征。采用系统工程和软件工程的方法,结合RS、GIS、数据库技术以及灌区需水预测模型等,开发了基于GIS的引黄灌区用水需求预报系统,并选择人民胜利渠灌区为典型,利用该系统进行了灌区引黄需水量预测分析,得出灌区旬用水需求。同时,利用2011年灌区实际引黄水量与系统计算结果进行验证,二者的旬过程具有较好的一致性,年值相差为4.8%。系统对保障黄河水资源可持续利用和维持河流健康生命具有重要的现实意义。

位山灌区农业活动对地下水水质的影响

为了研究位山引黄灌区农业活动对地下水的污染情况,采取点面结合方式对灌区地下水水质状况进行调查,分析地下水中氮、磷的质量浓度,并根据地下水评价标准进行单指标的水质评价。结果表明,位山灌区的地下水水质有30%左右劣于Ⅲ类水质标准,呈现逐年恶化趋势。由于灌区地势平缓,土壤水分以垂向运动为主,灌区地下水中氮素质量浓度受农田灌溉及施肥等农业活动的影响比较显著,近年来地下水中氮素质量浓度有所增加。指出通过灌溉渗漏和排水进入地下水的农业施肥可能是该区域的地下水中氮素逐年累积的主要原因。