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。

基于CMIP6的气候变化对南水北调西线工程水源区径流的影响

探讨未来气候变化对南水北调西线工程水源区水文过程的影响对其调水规划及开发利用具有重要意义。利用4种SSPs-RCPs情景下CMIP6中12个全球气候模式的输出结果,驱动DTVGM模型研究21世纪气候变化对西线工程水源区径流的影响。结果表明,在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下,2021—2100年南水北调西线工程3个水源区气温、降水量、径流量均较基准期呈现不断增加的趋势,增幅随着辐射强度的升高而增大,其中金沙江水源区年径流量及年代际径流量变化较大,对气候变化的响应更为明显。未来各月平均径流也呈现出随年代增加的趋势,但不同月份增幅存在差异,枯水期月径流量相对基准期的变化较小,丰水期增量较大。根据径流与气温、降水相关分析结果,径流量对降水的改变更为敏感,降水量的变化始终对径流具有显著影响,气温对径流量的影响程度随辐射强度的升高而逐渐变大。研究结果可为南水北调西线工程水源区适应气候变化影响及水资源综合管理提供参考依据。

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。

丹江口水库水源区地下水环境调查与评价

丹江口库区是南水北调中线工程的核心水源区,为了持续抓好输水沿线区和受水区的污染防治和生态环境保护工作,运用综合评价分析方法,对水源区的地下水环境进行调查和采样分析。结果表明:①丹江口水库水源区共有20个潜在污染源,其中生活垃圾场共12个,尾矿库共4个,闭坑矿洞废水4个。②126组地下水样品中,Ⅲ类水占比最高,为30%,其次为Ⅱ类水和Ⅳ类水,均占比24.5%,Ⅴ类水占比19%,Ⅰ类水占比最低,仅为2%;重度污染的Ⅴ类水有24组,主要分布在郧阳区和竹山县,郧阳区主要超标指标为硝酸盐、铝等,竹山县主要超标元素为锌;中度污染的Ⅳ类水有31组,主要分布在房县和丹江口市,房县主要超标元素为铁,丹江口市主要超标指标为硝酸盐。③地下水中超标率较高的指标为铁(18.0%)、硝酸盐(12.5%)、铝(11.7%)和锌(10.9%)。研究结果可为该区域生态环境保护提供基础支撑。

南水北调中线工程水源区生境质量时空演变与驱动力研究

本文采用2000年、2005年、2010年、2015年和2020年5期土地利用数据,基于InVEST3模型及地理探测器探究了南水北调中线工程水源区近20年土地利用变化特征以及生境质量时空演变特征和驱动因子。结果表明,2000—2020年,研究区土地利用以林地为主,综合土地利用动态度变化较小,单一利用动态度最大为未利用地(9.71%),最小为耕地(-0.32%);2000—2020年研究区在生境质量上呈现先上升后下降趋势,在空间上呈现由南向北、由西向东递减的趋势,高等级生境质量面积占比最大(60.6%);人类活动强度、地形因子、NDVI是影响生境质量分布的主要驱动因素。

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。

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.

层次分析法对南水北调中线水源区的水质评价

层次分析法(AHP)是一种多指标多因素综合评价法,其理论内容深刻而表现形式简单,包括递阶层次结构模型、判断矩阵的建立及其求值、一致性检验和综合指数计算等运算过程。在南水北调中线水源区3个采样点进行了2 a的水体浮游植物和9项理化指标的检测,并应用层次分析法通过季节4因素和6项理化指标对水质进行综合评价。结果表明:层次分析综合指数PI在3采样点有差异并且变化灵敏,渠首(陶岔S1)PI=0.5697,水质属于污染;库心(小太平洋S2)PI=0.3619,水质属于尚清洁;丹江入库上游(大石桥S3),PI=0.7755,水质属于中污染;AHP分析结果与实际基本相符。根据结果分析认为:层次分析法做为综合评价法对水质评价有重要性,值得推广应用;丹江口水库是重要的水资源,但目前水质状况并不理想,因此做好水源区的长期生态监测,加强理论和技术研究,改善水质,极为重要。

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．

南水北调中线水源区富营养化研究

为了给建立南水北调中线水源区长期生态研究数据信息库及生态工程规划提供科学依据,在丹江口水库建立陶岔(渠首)自动监测点,丹江库心、大石桥(入库上游)和汉江库区丹江口坝前监测点,于2004-03—2006-05对南水北调中线水源区微生物菌群、浮游生物与理化指标进行监测。按水样采集标准方法采样,采用污水生物系统法、营养状态指数法和单因子评价法对中线水源区进行富营养化程度评价。在4个监测点共采集到浮游生物94属202种(含变种),未发现水体重污染指示种。浮游植物8门67属161种(含变种),占浮游生物种的80%,浮游植物污染指示种21属24种(含变种),β-中营养型占浮游植物污染指示种38%;浮游动物27属41种(含变种),占浮游生物种的20%,包括3种浮游动物污染指示种;水源区叶绿素a质量浓度为4.25μg/m3,营养状态指数0.0001;理化检测指标中除总氮(Ⅲ类)外,其他指标均符合Ⅰ类水质标准。中线水源区为寡污型水体,处于中营养状态,符合南水北调调水水质的要求。

基于RUSLE的土壤侵蚀量研究——以南水北调中线陕西水源区为例

目的对南水北调中线陕西水源区的土壤侵蚀进行了初步研究,为水源区的生态保护、水土保持和生态补偿提供重要的依据。方法在GIS技术的支持下,利用遥感影像解译资料、数字高程模型(DEM)及土壤、降雨等数据,对土壤流失方程RUSLE中各因子进行了量化分析,从而实现对南水北调中线陕西水源区土壤侵蚀量的估算,并对结果进行土壤侵蚀强度分级。结果通过计算可得,在南水北调中线陕西水源区,微度侵蚀面积占12.87%,轻度侵蚀面积占30.4%,中度侵蚀面积占30.66%,强度侵蚀面积占26.07%。土壤侵蚀空间分布具有明显的地带性和垂直地带性规律。结论南水北调中线水源区陕西段绝大部分地区属于强度侵蚀地区,仅有少数地区达到微度侵蚀,水土保持任务很艰巨。

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。

昆明市水源区不同利用类型坡地径流氮和磷的输出特征

采用径流小区法对昆明市松华坝水源区牧羊河中游5种不同利用类型坡地2007年雨季地表径流氮和磷的输出情况进行观测分析.结果表明,随着雨季降雨次数的增加,径流小区产生的水样中,输出的ρ(TN)和ρ(TP)逐渐下降,在7月3日—9月17日的7次采样中,裸地、黄豆地、林地、土豆地和草地径流输出的ρ(TN)分别下降83.2%,79.8%,78.4%,75.9%和75.3%;输出的ρ(TP)分别下降74.6%,62.2%,54.2%,75.3%和72.1%,由此说明氮和磷的输出与地表径流及土壤侵蚀具有一致性.在氮和磷的输出过程中,强降雨对输出影响较大,施肥对输出影响明显.输出的可溶态氮素主要以NO3--N为主.

引汉济渭工程水源区与受水区丰枯遭遇分析

对于引汉济渭工程来说,其水源区和受水区的丰枯遭遇对工程调度方案的制定有重要影响。利用Copula函数法和统计法对水源区与受水区的降水丰枯遭遇进行统计,为制定调度方案提供参考依据。统计结果的对比分析显示,Copula函数法和统计方法统计结果基本一致,水源区和受水区丰枯组合中对调水有利的概率均大于70%,但在样本序列较短时统计法存在局限性,Copula函数法可以弥补统计方法的不足。计算结果还表明,工程可以保证调水效益的正常发挥。