Efficiency and mechanism of pretreatment on water supply in reservoirs of Yellow River by subsurface constructed wetlands

In order to improve the source water quality of drinking water and mitigate the load of drinking water treatment plant, a pilot test was conducted with integrated horizontal flow constructed wetlands to pretreat the water supply in the reservoirs of Yellow River. Resuhs show that under the hydraulic loading rate of 4 m^3/（ m^2 · d）, the average removal rates of chemical oxygen demand （COD）, total nitrogen （TN）, ammonium nitrogen （ NH4 ^＋ - N）, nitrate nitrogen （ NO3 ^- - N）, nitrite - nitrogen （ NO2^ - - N） and total phosphorus （TP） in the horizontal flow constructed wetlands are 49. 68% , 53.01%, 48.48%, 53.61% , 62. 57% and 49. 56%, re- spectively. The study on purifying mechanism of the constructed wetlands indicates that the disposal of contamination by subsurface wetlands is the combined actions of physical chemistry, plants and microorganism.

基于时序Sentinel-2影像的引黄灌区作物结构提取和供需水分析

在黄河流域用水指标严格控制的背景下,以山东省东营市垦利区引黄灌区为例,利用2022年时序Sentinel-2遥感影像构建作物生育期的NDVI时间序列,采用决策树分类方法提取灌区作物种植结构,基于垦利站气象资料和Penman-Monteith公式,分析了1973—2022年各作物的需水特性,利用遥感影像解译的各作物种植面积,计算了2022年灌区作物在不同降水保证率(5%、25%、50%、75%、95%)条件下的灌溉总需水量,结合2023年分配给灌区作物的灌溉水指标探究了灌溉水资源供需之间的平衡。结果表明:基于NDVI时间序列构建决策树分类方法可有效提取作物的种植结构,总体分类精度为85.07%,Kappa系数为0.819,能够满足作物灌溉需水量的研究。作物净灌溉需水量年际波动较大,水稻和冬小麦补充灌溉水量在所有作物中位列前两位,均值分别为913 mm和410 mm;处于雨季生长的夏玉米、夏大豆补充灌溉水量较小且灌溉需求均值较小。研究区2023年分配的灌溉水指标在降水保证率为50%时研究区灌溉水亏缺量为235.5万m^(3),在降水保证率为75%和95%时灌溉水亏缺量分别为1 754.5万m^(3)和2 261.5万m^(3)。

基于生态需水的黄河中游水平衡分析--以沁河流域为例

为推动黄河流域生态保护及高质量发展,解决地表水资源供需矛盾,亟需开展水平衡分析,建立水平衡模型,为水资源合理分配提供参考依据。作为黄河的重要支流,沁河流域位于黄河中游末端,由于近年来上游调水政策的施行以及流域内生活、生产用水的增加,用水矛盾突出,出现了河道断流、入黄水量偏枯等问题。为保障河流生态环境健康,优化引沁入汾跨流域提水工程实施后的流域水资源供需平衡,以2021年为现状年,在“自然-人工”二元水循环研究理论的指导下,运用水平衡分析理论与方法,以河道内生态需水为保障基础,对沁河流域水资源需求、供水能力与供需平衡进行了分析与讨论。结果表明:(1)沁河流域水资源供给和需求在空间分布上具有分异性,上游山西省境内各河段河道内均能够保障适宜的生态需水量,下游河南省境内,仅可满足最小生态需水量;(2)沁河流域可供给水资源总量为10.04×10^(8)m^(3),河道外生产、生活及生态用水总量为8.89×10^(8)m^(3),剩余河道内水量仅为1.15×10^(8)m^(3),仅可满足河流最小生态需水;(3)推算至2030年,流域内工业生产及生活取用地表水量将达到6.98×10^(8)m^(3),河道外用水总量将达到9.81×10^(8)m^(3),剩余水量无法满足最小生态需水。建议采用降低工业用水量、提高农田灌溉用水利用率、推广使用高效节水技术,进一步增强水资源的有效利用,改善流域生态环境。研究结果可为合理规划沁河流域水资源调度提供参考,也可为黄河中游水平衡分析提供范例。

甘肃中部生态移民扶贫开发供水工程设计

以甘肃中部生态移民扶贫开发供水工程为例,分析了工程水文地质条件和工程规模,统筹考虑新建工程与兴电灌区既有工程,提出了供水工程总体布置,尤其是泵站及调蓄水池设计的详细方案,可为类似水资源匮乏地区拉动经济、拓展农业结构、改善人居环境提供重要参考。

甘肃中部生态移民扶贫开发供水工程水文计算分析

为提高农业灌溉效率,巩固区域脱贫攻坚成果,提供水资源保障,开展甘肃中部生态移民扶贫开发供水工程建设。为满足工程规划设计需要,对黄河干流设计断面开展水文、水利计算。通过对黄河干流、沿线沟道布置以及对水文基础数据进行整编,结合流域大型工程设计历史成果,选定安宁渡水文站、兰州水文站为主要参证站,考虑龙羊峡水库、刘家峡水库联合调度运用方式和区域产汇流特征,通过插补延长、还原计算、采用兴电工程经验公式等方法,得到黄河干流及沟道径流、洪水和泥沙成果,为工程规划与设计提供了技术依据。

甘南黄河水源补给区生态保护与建设成效遥感分析

甘南黄河水源补给区是黄河流域重要水源补给生态功能区,也是青藏高原生态屏障的重要组成部分,具有十分重要的生态系统服务功能。长期以来,受自然因素和人为因素的共同作用,生态系统经历了不同程度的退化,并导致水源涵养功能有所减弱。自2000年以来,国家在此开展了一系列生态保护工程建设,生态环境得到恢复和改善。通过对生态系统现状及变化特征的监测,可实现对生态工程实施成效的评价和主要生态问题的识别,有助于提升生态保护规划建设及管护决策的科学性。本研究以多源遥感数据为信息源,在提取2000—2020年生态系统类型与质量参数的基础上,系统分析甘南黄河水源补给区生态系统结构、质量现状和变化特征。结果表明,近20年甘南黄河水源补给区生态系统整体以高盖度植被为主,生态系统状况良好。整体上生态系统结构和质量的多年变化幅度均较小,生态系统基本稳定,生态保护和建设工程取得了明显成效。但局部地区草原退化、沙化和沼泽面积萎缩等生态问题依然存在,生态保护与建设仍处于关键阶段,建议针对生态系统退化区域加大力度实施生态保护和建设工程。

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。

全生命周期视角下甘南黄河水源补给区畜牧业碳足迹估算及时空格局分析

客观认知畜牧业碳动态及其时空格局是夯实区域畜牧业低碳和生态化发展的科学基础。本研究基于2000-2020年甘南黄河水源补给区县域尺度的畜牧业生产投入数据,运用全生命周期法估算畜牧业碳足迹,揭示其时空变化和结构特征,应用空间自相关分析探讨畜牧业碳足迹的空间格局。结果表明:1)甘南黄河水源补给区畜牧业碳足迹整体呈上升态势,年均增长率为1.80%,且历经快速增长-缓慢下降后回升-波动下降3个时序变化阶段。2)产中环节的牲畜肠胃发酵和粪便管理环节产生的大量CH_(4)、N_(2)O是温室气体“俱乐部”,羊、牛的CH_(4)、N_(2)O排放量不断增加且远高于其他牲畜。3)玛曲县一直是畜牧业碳足迹的超重型区,重型区演化表现出波动态势,但主要集中于碌曲县和夏河县,临夏县、积石山县、和政县畜牧业碳足迹处于轻型,合作市、卓尼县、临潭县则处于中型排放;畜牧业碳足迹总量由大到小依次为牧区>农区>半农半牧区。4)补给区畜牧业碳足迹总体空间格局呈现“北冷南热”“西热东冷”的特征;县域尺度下,玛曲县、碌曲县是高碳集聚区,合作市、和政县、康乐县呈“低碳锁定”效应。因地制宜制订差异化的区域畜牧业发展策略,有助于推动减少畜牧业碳足迹数量以实现畜牧业低碳转型。

宿迁市黄河故道水资源跨区统一配置研究

黄河故道是宿迁市境内主要河道,既是行洪通道,也是沿线灌溉供水的主要河道,对宿迁市民生保障、产业发展及生态建设发挥重要作用。但是,黄河故道目前依然存在部分突出问题,如水资源供给不足、水系连通不畅及输配水分布不均等。本文对黄河故道进行水资源供需平衡分析,根据供需平衡缺口,通过现有补水工程合理调配,实现水资源供需基本平衡的配置目标,为推动宿迁市黄河故道生态富民廊道建设、经济社会高质量发展提供水资源保障。

黄河下游引黄供水管理存在的问题及对策

分析黄河下游引黄供水管理存在的问题及原因,并建立科学合理的水价体系,完善水费征收各项规章制度;拓展供水产业链条,提高非农业用水所占比例等方面提出合理建议。

黄河流域行业供水效益评估及空间格局分布研究

为科学有效地量化流域供水效益和为流域高质量发展规划提供参考,基于能值分析理论,提出了分行业供水效益能值量化方法体系,包括水资源生态经济价值计算与供水效益计算,获取多对象分行业供水效益,在此基础上,应用MoranʹI指数和LISA指数进行空间自相关分析,解析空间供水分布规律。以黄河流域56个供水城市为研究对象,计算了黄河流域各地市工业、农业、生活和总供水效益,分析了区域间各行业供水效益的空间分布特征和关联关系。结果表明:①黄河流域分行业水资源生态经济价值在数值上表现为生活>工业>农业,空间上呈现西低东高的趋势;②黄河流域工业、农业、生活和总供水效益分别为581.29、891.63、682.66和2155.58亿元,其中,位于黄河中下游的河南省和山东省的工业供水效益较高,宁夏、内蒙古和山东省的农业供水效益在本省的各行业供水效益中较为显著;③工业、农业、生活和总供水效益的Moran′I指数分别为0.286、0.412、0.225和0.357,空间聚集性显著,“高-高”模式主要集中在中下游的河南山东段,“低-低”模式分布在上游的青海、宁夏地区,空间格局分布特征与区域经济发展水平、气候地理条件、自然资源条件、城市发展战略政策等因素相关。研究结果可为黄河流域水资源合理配置和引水结构调整提供参考。

乌兰木伦河流域地下水水化学同位素特征及补给关系

研究河水与地下水的水化学同位素特征及相互作用,对流域内水资源的保护与开发利用具有重要意义。以地处神府东胜煤田的黄河流域内的乌兰木伦河流域为研究对象,采用统计分析、Piper三线图和两端元模型分析流域降水、河水、地下水(矿井水、生活井水)的水化学特征、氢氧稳定同位素特征及其分布规律,探讨了流域内降水、河水与地下水的补给关系。水化学分析结果表明:河水的水化学类型为HCO_(3)-Na型和HCO_(3)+SO_(4)-Na型;矿井水的水化学类型为HCO_(3)-Na型、HCO_(3)+Cl-Na型和HCO_(3)+SO_(4)-Na型;生活井水的水化学类型为HCO_(3)-Ca型,矿井水与河水联系较为密切。同位素分析结果表明:地下水受到大气降水和河水的共同补给,三者之间存在水力联系以及一定程度的水体转化。当地下水井深小于135 m时,大多数采样点河水对其补给贡献率为58.47%~80.94%;当地下水井深大于135 m时,河水对其补给贡献率为21.47%~58.69%。在地下水采样点距离河道8.8 km范围内,河水对地下水的补给贡献率超过45%,表明河水是地下水的重要补给来源之一;当地下水采样点距河道超过8.8 km时,河水对其补给贡献较弱。随着水井深度的增加、与河道距离的增大,河水对地下水的补给贡献率越来越小。该研究可为流域水资源管理与保护提供基础支撑。

多水源补给的宿迁市黄河故道水量-水质耦合优化调控

为了实现黄河故道水量和水质双重保障目标下的耦合优化调控,需要综合考虑水量补给渠道、水质改善目标、经济成本和技术难度等多重因素。研究基于黄河故道11级梯级蓄水工程和骆马湖、中运河、洪泽湖对黄河故道的补给关系,充分利用和优化分配周边水系水源,通过建立水量-水质耦合模型,开展多种水资源配置方案的数值模拟与方案比选,提出多水源补给的黄河故道优化调度方案。结果表明:在“高水高用、低水低用”的基础上每月增加小额生态补水量(0.42亿~0.52亿m3),成本适中、技术难度低,且水质改善效果较好,2018年(现状年)和2025年(规划水平年)水质综合改善率分别为22%和9%,水质总体达标率分别为82%和93%,调水成本分别比单一水源(“高水”)成本降低16%和24%。

甘南黄河水源补给区生态系统服务与农户生计耦合协调分析

为揭示甘南黄河水源补给区生态系统服务与农户生计耦合协调时空变迁规律,本研究基于1999—2020年数据资料,采用当量因子法评估生态系统服务价值,构建生态系统服务与农户生计评价体系,运用熵值法、耦合协调度模型测度两者的耦合协调发展状况。结果表明:生态系统服务价值整体表现为小幅增长,其中调节服务价值最大,文化服务价值最小。农户生计资本不断提升,物质资本和金融资本增幅最大,是农户生计能力提升的重要支撑。两系统耦合度呈极度耦合状态并呈“先升后降”趋势,农户生计资本多元化可有效减缓生态系统压力;耦合协调度总体经历轻度失调、濒临失调、勉强协调、初级协调四阶段,变迁态势趋好。因此,建议提升补给区生态系统的服务价值,着力夯实自然资本和人力资本,以期促进区域生态环境与农户生计协调发展。

黄河下游引黄水价存在问题与建议

黄河水资源空间分布不均匀,丰枯悬殊,夏秋量大,冬春量小,有限的水资源满足不了日益增长的用水需求,导致供需矛盾突出,传统的农田大水漫灌,居民节水意识不强,使得水资源浪费严重。因此,探究引黄水价改革、完善供水价格体系建设具有重要意义,推动落实用水超定额累进加价制度,实施“两部制水价”等,完善适应新时代发展要求的水价形成机制,推进水资源节约集约利用和循环利用,发挥黄河水资源的最大综合效益,让黄河水资源真正造福于两岸人民。

黄河干流供水发电补偿效益及其分配方案研究

根据黄河干流的工程布局及相互间的水力联系 ,结合补偿调节计算的实际需要 ,将全干流分为上、下两个子系统 ,并以发电量最大为目标建立模型 ,采用逐步优化算法 (POA)进行计算求解。对比分析“有”“无”上游龙刘水库调节时给下游带来的补偿效益 ,主要分析计算了补偿效益中的供水及发电补偿效益 ,并提出了其初步分配方案 ,为决策部门提供了有效的数据参考依据。

生态补偿对农户生计资本的影响——以甘南黄河水源补给区为例

针对甘南黄河水源补给区实施的退牧还草工程,基于"可持续生计框架",建立生计资本指标,利用农户调查资料,测算生态补偿前后农户的生计资本,采用均值比较分析和协方差分析评估生态补偿对农户生计资本的影响,最后提出应建立多样化、差别化的补偿方式,来提高不同地区农户的生计资本.结果表明:与退牧前相比,农户的生计总资本显著增加,由退牧前的0.216增至目前的0.277,其中人力资本、物质资本、金融资本、社会资本分别增加了0.094、0.075、0.115、0.040,自然资本显著下降,降低了0.023.生态补偿对农户生计资本结构的影响具有区域差异性,生计资本总指数增幅最大的是半农半牧区,依次是农区、纯牧区;生态补偿对农户各生计资本关系的影响具有区域差异性,实施生态补偿后纯牧区农户各生计资本之间的相关程度增强,而半农半牧区和农区农户各生计资本之间的相关程度减弱.

引黄济津河道水质数值模拟与预测

依据连续性方程、动量方程、自由表面方程、状态方程和水质输运方程,采用有限差分法,建立河道垂向二维水动力水质模型。根据2000-2001年第6次引黄数据资料对水质模型进行调试,建立引黄济津调水工程水质模型。利用已建立的模型,对2002-2003年第7次引黄河道水质进行了预测,并将预测结果与实测数据进行比较,预测结果与实测结果基本一致,表明该模型能较好地预测引黄济津河道水质状况。同时,根据污染物浓度峰值的变化情况,分析了污染物的输移扩散及降解转化规律。

甘南黄河水源补给区生态补偿方式的选择

甘南黄河水源补给区生态环境日趋恶化,严重影响着黄河流域的生态安全,亟需建立健全生态补偿机制.作为生态补偿的关键环节,补偿方式尤其应该得到关注.在概括介绍国际上生态补偿项目补偿方式的基础上,利用问卷调查资料,分析了甘南黄河水源补给区农牧民对不同补偿方式的偏好、不同补偿方式对生态补偿项目持续性及农牧民生计能力的影响.结果表明:甘南黄河水源补给区的农牧民对现行退牧还草工程的补偿方式不太满意,大部分农牧民希望提供有助于能力建设的补偿方式.基于提高项目可持续性以及农户能力的设计理念,提出现阶段甘南黄河水源补给区生态补偿项目应选择能力补偿与现金/实物补偿相结合的补偿方式.

利用环境同位素信息识别鲁北平原地下水的补给特征

在野外采样的基础上,通过测试分析不同层位地下水中同位素2H、18O、3H的特征和水化学组成,利用同位素2H、18O和3H及水化学方法识别鲁北平原地下水的补给来源,估算黄河水与地下水的转化数量,揭示黄河下游平原区的水文循环特征。研究结果表明,鲁北平原浅层地下水的主要补给源为当地的大气降水和黄河水(包括引黄灌溉和黄河水渗漏),大气降水与黄河水所占的比例随距黄河的远近而变化。总补给量中,大气降水和黄河水的补给比例分别为86%和14%;深层地下水主要起源于古代大气降水,是在比现在寒冷的气候条件下大气降水入渗形成的。