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。

南水北调中线水源区植被指数时空变化分析

通过单线性回归(SLOPE)和地理加权回归(GWR)法,用植被指数(NDVI)研究南水北调中线水源区的植被分布变化趋势及机制,为保障水量和水质提供理论支撑。结果表明,2000—2019年水源区NDVI和入库流量呈现同步增长,植被逐渐变好,2007年以前NDVI增长幅度大,2008—2011年处于波动阶段,2012年以后增长幅度减小;NDVI变化最明显的是研究区东北部、西部和丹江口库区周边,这些区域地势相对低平、人口集中,中山和高山区NDVI变化不大;高程、坡度、人口数和城镇化是影响水源区NDVI分布的主要因素,降水、气温和产业比重是次要因素;各因素影响的强度和方向在空间上有异质性,自然地理因素对NDVI影响的最显著范围为高程1090 m以下、年均降水量980 mm以上的区域,人文地理因素影响的显著范围区是人口密度大、城镇化率高的地区。

南水北调中线生态保护措施对水源区碳中和的影响——以南阳市为例

为研究南水北调中线工程调水后采取的生态保护措施对水源区碳中和的影响,以南阳市为研究区域,梳理保障南水北调调水工程运营颁布的相关政策,利用碳排放、碳吸收测算模型分别测算水源区的碳排放量和碳吸收量,分析政策驱动引致的生态保护行动对南水北调水源区减排固碳能力的影响。研究发现:南阳市的碳排放量以2014年为结点整体呈先增长后下降的阶段性特征,碳吸收量整体呈现显著上升变化趋势;南阳市的碳吸收量大于碳排放量,整体已达到“碳中和”要求;水污染治理、节能减排、水土流失治理、林业建设等保障调水的生态保护措施通过增加水源区的减排固碳能力,促进“双碳”目标实现。研究结果为双碳目标实现提供决策参考。

南水北调中线供水区水域面积变化遥感分析

为更好地研究调水对供水区域水域面积的影响,利用遥感技术研究了南水北调中线工程调水前后供水区及其下游四季的水域面积变化情况及其动因。研究表明:在调水工程实施之后,汉江中下游区域出现了水域面积大幅度下降的情况,汉江流域水域面积从2011年到2015年整体减少,尤其是春夏季水域面积减少最多,春季减少52.6km^(2),夏季减少65.8km^(2),减少比例达到17.3%,秋季和冬季水域面积减少幅度较小,秋季水域面积减少23.4km^(2),冬季水域面积减少最少,为4.2km^(2)。

南水北调中线工程受水区年度水量分配方法研究

南水北调中线一期工程已正式通水运行近10 a,随着受水区各省(直辖市)配套设施不断建成,水量消纳能力逐步提高,在水源区供水有限的情况下,受水区之间竞争性用水问题日益突出。基于南水北调中线工程设计成果,提出一种基于受水区各省(直辖市)设计多年平均分配比例的南水北调中线工程年度水量分配方法。该方法将可调水量按各省(直辖市)设计多年平均分配比例进行分配,所得结果为各省(直辖市)的年度可调水量初始分配值,进而取该值与该省(直辖市)用水计划建议的较小值作为其年度分配水量;最后以南水北调中线工程可调水量80亿m^(3)为例开展计算。结果表明:根据受水区4省(直辖市)用水计划建议分析水量分配面临情况,提出北京市、天津市、河北省、河南省分配的水量分别为10.4亿,8.56亿,28亿,30亿m^(3)。该方法可为南水北调中线工程年度水量调度计划编制提供参考,为保障工程效益的发挥提供支撑。

数字孪生驱动的南水北调中线水源工程水质平台设计与开发

南水北调中线水源地面临着水质监测数据自动化程度不高、污染物扩散模拟效率较低、突发性水污染应急能力不足等困难,迫切需要开展数字化转型。基于数字孪生建设的总体要求,综合运用GIS、UE4、WebGL等新一代信息技术,建立了数字孪生水质平台,研发了水质浓度场静态可视化、污染物迁移扩散动态可视化和水质三维分层可视化模型等关键技术,初步实现了水质“四预”功能,切实提升了南水北调中线水源区水环境智能化、精细化管理水平,为推进饮用水水源地水质现代化提档升级提供了技术示范。

气候和地形对南水北调中线水源区夏季植被覆盖变化影响分析

南水北调中线工程是我国重要的大规模跨流域调水工程,其水源区生态保护对于整个工程具有重要意义,但水源区生态环境脆弱,特别是近年来受工程实施和气候变暖的影响,区域植被生态安全面临重大挑战。因此,为了掌握水源区植被动态演变规律及其环境响应特征,基于2000-2020年MODIS植被覆盖度(Fractional Vegetation Cover,FVC)、气象和地形等数据资料,采用线性趋势分析、稳定性分析、相关性分析等统计方法,分析南水北调中线水源区夏季FVC的时空特征,探讨植被覆盖变化对气候、地形因子的响应。结果表明:1)水源区夏季FVC存在明显的空间异质性,分布格局整体呈现中间低、两边高,并以库区、汉江为中心逐步向四周增加的特征,但总体以高FVC为主,占比达到73.5%,主要分布在海拔1000 m以上地区。2)水源区夏季FVC从2000-2020年整体呈明显增加趋势,平均增加速率为0.51%/a,其中高覆盖区平均增加速率为1.92%/a,其分布面积也呈显著增加趋势,表明21年水源区植被生态总体呈改善态势。3)水源区夏季91.5%的区域植被得到改善,与近年来水源区大力实施退耕还林和天然林保护工程等生态保护政策有关。72.7%的区域为植被较低稳定区、中稳定区、较高稳定区,与植被改善分布情况基本吻合;80%以上水源区夏季FVC与春季降水、夏季平均气温呈正相关关系,是水源区夏季FVC变化的主导因子;与夏季降水,春、夏季日照时数主要呈负相关关系,但相关性不显著。其中,春季降水对夏季FVC变化影响区域面积最大。4)水源区夏季FVC的分布具有一定的地形梯度特征,随海拔升高呈先上升再下降的趋势,随坡度增加呈上升趋势,但不同坡向的差异不明显;水源区夏季FVC高值区主要集中在高程为1600~2000 m的中高山区与坡度>16°的地区。

“十六字”治水方针与南水北调中线受水区后续高质量发展研究

南水北调中线工程进入后续发展阶段,如何充分发挥水资源对受水区高质量发展的作用尤为重要。“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的“十六字”治水方针是针对现实水资源、水生态和水环境状况等新型水问题的科学治水思想,是新时代水生态建设的指导思想。就生成逻辑而言,马克思主义治水观和中国传统治水文化是它坚实的理论基础;历经中国革命、建设和改革的历史实践的严酷考验;习近平总书记的创新凝练更增强其针对性和指导性。在南水北调中线受水区高质量发展中,“十六字”治水方针能够有效提高水资源的利用、配置、治理和运营能力,充分发挥水资源对受水区高质量发展的基础支撑作用。

南水北调中线工程河南水源区生态补偿标准研究

建立健全生态补偿机制是协调流域生态保护与经济社会协同发展的有效途径,补偿标准是生态补偿机制建立的核心要素。从水质水量双视角出发构建水源区生态补偿标准测算模型,以南水北调中线工程河南水源区为例进行生态补偿量测算,并对受水区各省市生态补偿量进行了分摊测算。结果表明:河南水源区对受水区水质产生正外部性影响,从水质角度受水区应向河南水源区补偿2 667.89万元;河南水源区为受水区的经济社会发展提供水资源支撑,从水量角度受水区应向河南水源区补偿21 719.55万元;以受水区用水比例和经济发展水平为权重对总补偿额24 387.43万元进行生态补偿量分摊测算,北京、天津、河北和河南分别应承担补偿量为4 755.55万、2 560.68万、7 682.04万、9 389.16万元。

南水北调中线水源地农业面源污染时空演化特征

基于清单分析法对2010—2019年南水北调中线水源地农业面源污染物TN和TP的排放量进行测算,并结合ArcGIS软件对其时空演变特征进行分析。结果表明:2010—2019年,南水北调中线水源地农业面源污染物TN负荷和TP负荷整体上呈现先增加后减少的趋势;TN和TP污染强度呈先升后降趋势;化肥、畜禽养殖和农村生活是水源地农业面源污染TN和TP负荷的主要来源,且化肥比重缓慢增加,畜禽养殖比重不断下降,农村生活比重不断增加。研究结果可为中线水源地农业面源污染治理、生态保护等方面政策及措施的制定提供决策支持。

南水北调中线工程水源区耕地面源污染治理农户参与意愿研究--以南阳市为例

南水北调中线工程水源区耕地面源污染治理不仅要依靠先进的科学技术,还需要农户的积极参与。采用TPB理论构建水源区耕地面源污染治理农户参与意愿理论分析框架,剖析农户参与意愿的影响因素并提出研究假说;构建结构方程模型,利用问卷调研收集数据,对水源区耕地面源污染治理农户参与意愿进行实证检验。研究结果表明,水源区耕地面源污染治理农户参与意愿较高,行为态度、主观规范、知觉行为控制等潜变量对农户参与意愿均存在正向影响,且潜变量之间也存在相关关系。因此,建议加大水源区耕地面源污染治理重要性的宣传力度,提升农户对于耕地面源污染的认知程度,增加农户的经济收入,增强地方政府的支持力度,多渠道提升水源区耕地面源污染治理的农户参与意愿。

Study on integrated calculation of ecological water demand for basin system

The operation of reservoir(s) has a certain impact on the downstream hydrologic regime,and even endangers the ecological water safety of river corridor and ecosystems which interact with river system.Therefore,ecological operation needs to be carried out in order to ensure ecological water use of downstream zone.The key technological support is the estimation and integrated calculation of ecological water demand.The connotation of the integrated calculation on ecological water demand lies on that the ecological water demand of different ecosystems is integrated to meet the requirements of water allocation and operation on watershed scale in terms of hydrological cycle.Considering the practical requirement of ecological operation of reservoir(s),this study proposed an integrated calculation approach of ecological water demand according to the ecological water demand in various ecosystems as well as the hydraulic connection among them;it established an integrated calculation model of regional ecological water demand by means of the distributed hydrological model,and studied the integrated calculation in Yalong River basin which is the source area of the west route of South-North Water Transfer Project as an example.The results indicated that the integrated calculation model more effectively combined the ecological water demand and hydraulic connection of ecosystems in time and space,compared with the lumped water balance analysis,since the former conquered the defect of insufficient ecological water source and supplement on multiple spatial and temporal scales,and met the demand of ecological operation of reservoir(s).

南水北调中线水源地周边农村地区碳排放及影响要素分析

农村地区因其规模较大且生活方式、产业发展模式较为粗放,碳排放居高不下,南水北调中线水源地周边区域因其特殊的水源需求,生态保护要求更为严格,应严格控制其碳排放,为明确其碳排放量及其影响要素,将农村地区碳排放来源分为4大类31小类。选取2005—2020年数据,借鉴KAYA恒等式对碳排放量进行测算,并利用对数平均权重Divisia指数和LMDI分解法对碳排放影响因素量化分析,研究发现南水北调中线水源地周边农村地区碳排放量总体呈增长趋势,增长速度较为稳定,地区农业发展水平、农村能源结构、农村消费结构碳排放逐年增加,是碳排放主要影响因素,碳排放强度整体呈现出先降后增趋势,对碳排放影响较小,农村能源效率、农业产业结构与碳排放成反比,对村庄碳排放有一定抑制作用。为提高区域生态环境保护能力,保护南水北调中线水源地水生态安全,提出降低碳排放策略,加强区域生态环境保护,确保丹江口水库水质安全,实现“一江清水永续北送”,为中国双碳目标实现提供支撑。

南水北调中线水源区浮游植物

通过对南水北调中线水源区水体浮游植物的调查,结合理化指标的逐月测定,结果表明:该水域共有浮游植物8门40属71种(包括变种),其中以硅藻门的种类占优势,浮游植物的种类和数量随季节和水域不同而呈现差异,浮游植物对水体污染具有较好的指示作用,水体为寡污型水体.本研究为建立中线水源区长期生态研究数据信息库及库区生态环境保护政策制定提供科学依据.

南水北调中线工程水源区水文循环过程对气候变化的响应

以南水北调中线工程水源区为研究流域,基于数字高程模型、土地利用和土壤类型等资料,采用1980—1990年日资料进行模型参数率定和检验,研究了SWAT模型在该流域的适用性;根据联合国政府间气候变化专业委员会第四次评估报告中大气环流模型多模式输出结果,分析了特别排放情景下21世纪降水、气温、径流、蒸发的响应过程。结果表明:与基准期相比,南水北调中线工程水源区21世纪气温将持续增高,年降水量将增加,径流量较基准期将出现先减少后增大的趋势,21世纪40年代年径流量开始较基准期增加,预示着水源区的水资源在21世纪前期将出现减少,21世纪中后期将增加。未来气候变化对南水北调中线工程水源区径流变化影响不大,总体来看有利于南水北调中线工程的调水。

南水北调中线水源区土地利用/土地覆被的空间格局

土地利用/土地覆被(简称LULC)变化对流域水资源动态具有深刻的影响。这对于我国大规模跨流域的南水北调工程规划尤为重要。本文制定了该工程中线水源区约95000km2面积的LULC分类系统,利用2000年前后的TM影像完成LULC分布现状图,并结合DEM分析了其土地利用/土地覆被的空间格局特征。结果表明:①研究区域森林覆盖率为50.97%,灌丛25.58%;农田约占15%,其中旱地与水田的比例约10:3;石砾裸地等强烈退化类型合占5.66%;水域约占1%。②区内秦岭南坡、汉—丹平原丘陵、巴山北坡三部分的LULC结构存在显著差异,强度土地利用类型和退化土地类型主要分布在汉—丹平原丘陵地区;秦岭南坡耕地的水分条件较巴山北坡好,但局部土地退化现象也更严重。③地形对LULC具有明显影响。海拔高度控制着自然植被的垂直分异和各种土地利用类型及利用强度的分布;各土地覆被类型的分布显示了坡度对土地开发强度的限制作用;坡向对局部LULC格局的影响并不显著,但在区域尺度上可能对秦岭南坡与巴山北坡的LULC结构差异具有贡献。南水北调中线工程水源区当前的LULC结构和空间格局显示,总体上植被状况良好,高强度的土地利用类型主要集中于海拔1000m以下的平缓地区,而退化土地类型也主要存在于这一区域,是流域水质保护和环境治理的关键区域。

南水北调中线工程核心水源区水安全模糊综合评价

南水北调中线核心水源区主要在湖北省十堰市境内,其水源区水质基本达到调水要求,但水土流失、水体污染、移民安置、贫困与落后等水安全问题直接关乎到调水的质量、水资源的配置及社会、经济和生态环境的可持续发展,因此,水源区的水安全评价已是当务之急。针对水安全内涵及其评价的复杂性和模糊性,在选取20个代表性指标及建立评价指标体系的基础上,采用多层次模糊综合评判的方法,对南水北调中线工程核心水源区的十堰市水安全进行了定量的评价。结果表明:自南水北调中线工程实施以来,水源区的水安全处在一个基本安全的临界等级状态,这一结论与主成分分析所得评价结果具有较好的一致性,经验证方法可行、结论可靠。

南水北调中线水源区浮游植物时空分布及其营养状态

2004年3月—2006年5月,在南水北调中线水源区选择4个监测点进行了7次采样,获取了表层浮游植物和水质理化指标数据,采用污水生物系统法、营养状态指数法和单因子评价法综合评价了水源区的营养状态。结果表明:中线水源区浮游植物群落具有明显的时空变异性;浮游植物共有8门67属161种(含变种),硅藻占39%,污染指示种21属24种(含变种),β-中营养型占污染指示种的38%;在检出的浮游植物中未发现水体重污染指示种;水源区叶绿素a质量浓度为0.00425mg.m-3,营养状态指数为0.0001;除总氮外,其他理化检测指标均符合Ⅰ类水质标准;综合评价水源区处于中营养状态。本研究可为中线水源区长期生态研究数据信息库的建立及库区环境保护政策的制定提供科学依据。

南水北调中线水源区浮游植物与水质评价

通过2003年3月至2005年8月对南水北调中线水源区水体浮游植物的调查,结果表明:该水域共有浮游植物8门63属96种及变种,其中以硅藻的种类最多,其次是绿藻和蓝藻。藻类的细胞密度表现出明显的季节变化,夏季最高冬季最低。从近3年的浮游生物检测结果可知,整个水源区年平均藻类细胞密度为109.33×104cells·L-1,处于较低的水平,而且未检出水体重污染指示种,充分说明南水北调中线水源区富营养化程度较低。运用Margalef和Menkinick多样性指数对该水域的水质进行评价,数据显示2003～2005年该水源区的d值和α值,各采样点之间的差异并不显著,说明各采样点的水质营养状况虽有差异,但总体水平基本相当。水质评价结果:水体为寡污型,基本处于中营养状态。通过水生生物资源的调查,做好水源区的长期生态监测,可为建立中线水源区长期生态研究数据信息库及库区生态环境保护政策制定提供理论依据,对保证中线水质质量十分重要。

南水北调中线水源区浮游植物与水质研究

2003～2005年对南水北调中线水源区水体浮游植物的调查结果表明，该水域共有浮游植物96种及变种，隶属于8门63属，其中种类最多的藻类植物依次是硅藻、绿藻和蓝藻．藻类的细胞密度表现出夏季最高、冬季最低的明显季节变化．运用Margalef和Menkinick多样性指数对该水域的水质进行评价，结果显示，水体为寡污型，基本处于中营养状态．