在发展水生态经济中保护首都水源

保护水资源是实现首都功能和发展的迫切要求。发展水生态经济是实现保护首都水源的有效途径，是实现保护水源与发展保护区经济、改善人民生活完美结合的较好方法，是积极的保护措施。水生态经济是以水源保护为主要目标的流域生态经济，其产业产品结构的特色在于“无污染”和“高效益”。建议采取以“创新”为核心的一系列制度、技术、法规、政策及经济措施开始实验研究，可先在丰宁县进行水生态经济建设的试点，取得经验，逐步推广。

中国内陆河流域尺度的水资源利用率提高研究——黑河流域水生态经济管理试验示范

水资源是人类生存和社会发展中最重要的成分,中国内陆河的可持续发展所面临的生态问题源自有限的水资源和高的人口压力这两个方面的不协调。通过总结"黑河流域水生态经济系统试验示范研究"项目近几年在涵养水源、绿洲尺度的水利用率提高和流域水生态经济系统中的水资源配置的部分试验成果和研究进展,以实际事例展示了在流域尺度上提高水资源利用率的可行性和潜力。加强基础研究、引入"虚拟水"等创新意识、通过专家和管理层的结合可进一步提高流域水资源利用率。

在发展水生态经济中保护首都水源

保护水源是实现首都功能和发展的迫切要求。发展水生态经济是实现保护首都水源的有效途径,是实现保护水源与发展保护区经济、改善人民生活完美结合的较好方法,是积极的保护措施。水生态经济是以水源保护为主要目标的流域生态经济,其产业产品结构的特色在于“无污染”和“高效益”。建议采取以“创新”为核心的一系列制度、技术、法规、政策及经济措施开始实验研究,可先在丰宁县进行水生态经济建设的试点,取得经验,逐步推广。

区域水生态经济系统能值分析

以某区域水生态经济系统为研究对象,通过计算系统内外的生态经济投入产出,基于一系列能值指标,探讨区域水生态系统的经济状况、水资源开发和系统可持续性。在传统指标的基础上,提出了基于能值综合的水生态经济系统评价的理论框架和方法,遵循系统评价的原则,制定水能值比、水能值利用率、水能值自给率、水能值密度4个新指标,对区域水资源开发状况进行定量评价,有助于地方政府以有效和高效的方式管理水环境。

基于水-经济社会-生态环境协同演变的生态流量阈值适宜性研究

针对天门河-汉北河流域生活-生产-生态“三生”用水矛盾突出、水生态退化及经济社会发展受限等问题,基于水系统理论与系统动力学方法,构建“水-经济社会-生态环境”耦合模型,从系统层面研究河道内生态流量阈值的适宜性。应用情景模拟法,考虑高效节水、再生水利用率提高等调控措施及未来天然来水的不确定性,设置9种情景模拟2022—2035年研究区高、中、低3种生态流量阈值下的水资源供需及经济社会发展态势。结果表明:高效节水和再生水利用率提高均有利于缓解因生态流量阈值增大而引起的区域水资源用户间的冲突问题;从“水-经济社会-生态环境”协调发展的角度分析,建议研究区丰水年(P=25%)生态流量阈值设置为年径流量的30%~50%,平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)生态流量阈值设置为年径流量的10%~30%;增大生态流量阈值的同时应采取提高水资源利用效率的调控措施。研究结果从“水-经济社会-生态环境”耦合系统的协同演化机制出发分析河流生态流量阈值的适宜性,为复杂水资源系统的优化运行与科学管理提供了理论基础。

基于和谐论的黑河流域“水-经济-生态”发展结构评价与预测

以黑河流域为研究对象,基于和谐理论和可持续发展理论,以协调流域生态建设、经济社会发展、优化水土资源配置为目标,建立地表水过度开发区“水-经济-生态”系统和谐性评价指标体系,采用线性隶属度方法将不同和谐程度划分5个等级。根据黑河流域“水-经济-生态”三者协调发展目标并结合未来规划,确定可以反映水资源现状、地表水开发利用程度、农业灌溉、经济社会发展水平与生态环境状况等的14项评价指标,为流域和谐性评价提供依据。采用综合指数评价法计算黑河流域不同水平年不同情景模式下的体系综合和谐度,计算结果表明,不同情景下整体和谐度虽均呈现上升趋势,但2020年和谐度均低于0.4,均达不到一般和谐;2030年情景Ⅰ、Ⅱ和谐度小于0.6,而情景Ⅲ、Ⅳ和谐度大于0.6,情景Ⅲ、Ⅳ和谐程度明显优于情景Ⅰ、Ⅱ,达到和谐等级。情景Ⅲ、Ⅳ通过继续调整政策,将地表水开发利用率控制在阈值75.0%以内,到2030年地表水开发利用率分别为70.7%、68.3%,比2015年分别降低了60.57%、62.97%,使得黑河流域退出地表水过度开发区。为确保黑河流域未来水资源、社会经济、生态环境三者协调、共同发展,针对该流域地表水资源开发利用率较高的现状,推荐在保持规划GDP增速不变的情况下,基于最严格水资源管理制度的核心——“三条红线”,通过调整农作物种植结构、大力发展高效节水灌溉面积、加大工业节水力度等措施,优化水资源配置,大幅度降低农业耗水量,有效降低地表水利用率,可实现水资源和水生态系统良性循环,确保流域生态健康可持续发展。建立的和谐性评价数学模型虽处于探索阶段中,但对水资源与社会经济、生态环境如何协调发展进行了定量描述,为治理流域提供数据支撑,为黑河流域未来发展提供参考依据。

京津冀地区水-经济-生态系统耦合协调发展模拟

针对京津冀地区水资源、经济社会和生态环境系统未来可能面临的失衡失稳问题,构建水-经济-生态系统动力学模拟模型,设置开源节流、发展经济、保护环境等5种情景方案,预测京津冀地区水资源、经济社会和生态环境系统指标发展趋势,运用耦合协调度模型模拟京津冀地区2020—2035年不同情景下耦合协调发展趋势。结果表明:2020—2035年5种情景下北京、天津和河北水-经济-生态系统耦合协调度均呈上升趋势,其中延续现状型耦合协调度均最低,开源节流型、发展经济型和保护环境型次之,综合协调型均最高。说明在维持现状发展条件下,京津冀水-经济-生态系统耦合协调发展程度略有增加但变化较小,只有在节约用水和发展经济的同时充分考虑环境保护才能促进区域协调发展;2035年延续现状情景下北京、天津和河北耦合协调发展水平均属于中级耦合协调型,综合协调情景下北京和天津耦合协调发展属于良好耦合协调型,河北省经济发展相对滞后导致耦合协调发展缓慢,仍属于中级耦合协调型,未来应注重京津冀一体化发展。研究可为京津冀地区协调可持续发展提供参考依据。

水—生态—经济系统中人文因素作用研究进展

水资源系统的状态受人文因素与自然因素的影响,人文因素也受水资源系统的状态和自然因素的影响。要从中辨析人文因素的作用,需将人文因素和自然因素纳入统一的框架中分析。目前采用的统一框架主要有统一的分析尺度和时空尺度两种。在辨析当前国内外人文因素作用研究的趋势和热点的基础上,从分析尺度和时空尺度的角度系统全面的总结了相关研究的国内外进展,并针对我国典型内陆河流域的特征,提出了研究水—生态—经济系统中人文因素作用的几点展望。

黑河流域水-生态-经济协调发展方案及用水效益

在西北干旱地区的黑河流域 ,推行流域水 -生态 -经济协调发展模式 ,是从根本上高效配置流域水资源 ,彻底化解流域上、中、下游利益冲突 ,实现利益共享 ,保护流域生态环境 ,全面实施国务院黑河流域分水方案和提高用水效益的重要途径。采用系统动力学模型进行模拟调控实验 ,从众多实验方案中选择生成水 -生态保护型发展方案 (WEP)、水 -经济高效型发展方案(WEH)、水 -生态 -经济协调型发展方案 (WEE) 3种有效方案。从需水总量与用水结构、空间配水结构、经济总量与经济结构、生态环境保护、投水产出效益等方面对 3种有效方案进行比较分析。研究认为 ,WEP方案耗水总量相对较少 ,利于黑河流域生态环境保护 ,但经济发展步伐比较缓慢 ,不利于流域建设小康社会和全面建设节水型社会 ;WEH方案耗水量大 ,经济发展步伐快 ,经济效益显著 ,但不利于生态环境保护和黑河分水方案的实施 ,WEE方案耗水量介于 WEP和 WEH之间 ,经济效益和生态环境效益都比较显著 ,同时兼顾了黑河流域的经济发展目标和生态环境保护目标 ,虽然单纯从经济发展或生态保护角度分析 ,不是最好的方案 ,但从流域可持续发展和建设流域生态经济带的角度分析 ,却是一个最优化的方案。进而确定出 WEE方案为满足国务院黑河流域分水方案要求和提高用水效?

黑河流域水-生态-经济发展耦合模型及应用

以系统动力学模型为依据,根据黑河流域生态系统、生产系统和生活系统相互作用形成的水-生态-经济协调发展耦合关系式,建立了黑河流域水-生态-经济协调发展耦合模型;通过动态模拟和综合调试,从众多实验方案中选择生成水-生态保护型发展方案(WEP)、水-经济高效型发展方案(WEH)、水-生态-经济协调型发展方案(WEE) 3种有效方案。认为WEE方案耗水量介于WEP和WEH之间,经济效益和生态环境效益都比较显著,同时兼顾了黑河流域的经济发展目标和生态环境保护目标,虽然单纯从经济发展或生态保护角度分析,不是最好的方案,但从流域可持续发展和建设流域生态经济带的角度分析,却是一个最优化的方案。进而对WEE方案对应的水-生态-经济协调发展趋势做了分析。认为未来30年流域需水总量总体呈缓慢增加趋势,流域用水结构逐步呈合理化方向演变,流域上、中、下游需水总量和结构的动态变化趋势不尽一致,农业用地结构、粮-经-草种植结构和产业结构都不同程度地朝着合理化方向发展,单方水产值及经济效益总体呈显著增加趋势。

京津冀地区水-经济-生态耦合协调发展特征评价

运用耦合协调度模型评价了2006—2019年京津冀地区水资源-经济社会-生态环境的耦合协调发展状态,并利用灰色关联法分析了影响京津冀地区耦合协调发展的主要因素。结果表明:2006—2019年京津冀地区水资源-经济社会-生态环境耦合协调发展水平总体呈上升趋势;京津冀地区和北京水资源系统持续滞后,天津水资源和生态环境系统交互滞后,河北处于经济社会系统滞后的状态;北京始终处于耦合协调发展最好水平,天津其次,河北耦合协调发展缓慢;水资源总量和地下水储变量是影响京津冀地区耦合协调度最重要的因素,人口变化情况次之。

构建南疆水-生态-经济协调发展水利战略格局的基本思路

受自然、历史和经济社会发展水平制约,新疆南疆长期存在的水资源过度开发、粗放利用,水土资源不匹配、时空分布不均衡,带来水资源供需矛盾突出、生态环境保护形势严峻,同时大多数河流缺少或还未建成控制性工程,部分重要流域防洪标准偏低,农田水利基础设施薄弱,农牧民群众饮水安全问题尚未完全解决。构建南疆水-生态-经济协调发展水利战略格局,优先改善民生、强化节水和生态环境保护,提高用水效率效益,增强流域水资源综合管控能力和水平,统筹社会经济发展和生态环境保护,优化流域的生态环境保护和水资源合理配置,实现"三条红线"控制目标,确保南疆脱贫攻坚、全面建成小康社会,夯实社会稳定和长治久安总目标的社会基础。

兰州—西宁城市群水生态-经济协同发展评价研究

近年来,黄河流域高质量发展问题日益受到重视。为研究黄河流域目前的高质量发展水平,本文以黄河流域上游兰州-西宁城市群(以下简称“兰西城市群”)为例,对其水生态-经济协同发展水平进行了时空评价,研究结果可为兰西城市群高质量发展的科学决策与规划提供支撑。本研究选取了9个水生态-经济复合指标构建评价指标体系,并采用分段模糊隶属度数据归一化方法和熵技术支持下的层次分析法确定了各指标的权重,最后将所有指标集成为一个综合指标,即水生态-经济协同发展度。结果表明:兰西城市群整体上的水生态-经济协同发展水平呈轻度上升趋势,但始终处于一般协同发展水平;影响兰西城市群协同发展度的主要因素是地区水资源本底条件,次要因素依次是农业用水效率、工业用水效率和人均生活用水量。

溪下水库水环境保护的生态经济增长效益评价

饮用水源水环境保护与经济增长的矛盾日益凸显。以宁波市鄞州区溪下水库流域为例,定性计算影响水库水质的主要污染物,并调查与产生污染物相关的4类经济产业及其总收入。设计实施一系列水环境保护工程项目,预测被改善的水环境质量和4类产业所受的经济影响。通过水环境生态经济增长效益指标体系的建立,比较工程实施前后综合指标的改变,可判断工程实施之后,虽然经济增长效益有所下降,但水环境生态经济增长综合效益增加,鉴证了水环境保护工程实施的合理性和必要性。

南水北调西线工程对黄河中上游地区的生态经济社会的预计效应

以南水北调西线工程为背景,以优化水土关系为基底,以协调人地关系为目标,针对变“水低地高”为“高水高用,洮水东用”用水方案,从生态安全、粮食安全、清洁能源、社会经济稳健发展等方面,对该方案下生态-经济-社会效应进行了分析。结果表明:黄河天然河道与人工自流河道相互配合,可改善黄河中上游区域的水土关系,在甘青宁蒙四省(区)交接区生发出一个山水林田湖草沙冰为一体的超过10万km2的生态经济功能区,为进一步巩固西北生态安全屏障、保障国家粮食安全、促进清洁能源开发利用和区域社会经济稳健发展提供水资源支撑,并对丝绸之路经济带起到“壮骨丰腰”作用。

西北内陆河流域的水循环特征及生态学意义

水资源已从自然资源跃升为国家关键性、基础性战略资源,我国被联合国列为13个贫水国之一,占国土面积1/3的内陆河流域先天性的资源缺陷叠加不合理的利用使得水问题成为内陆河流域经济发展和环境保护的关键性问题。中国西北内陆河流域独特的山区降水集流、绿洲集约转化、荒漠耗散消失的水文循环和水资源分配机理,形成了山区以森林、草甸为主体的山地生态系统和平原以绿洲、过渡带、荒漠渐次交错为圈层的平原生态系统;反过来,生态系统又维系着与其息息相关的水循环系统,两者相互依存、相互作用和相互发展,形成了西北内陆河流域独特的水循环-生态复合系统;并以塔里木河、黑河、石羊河流域为例,论述了流域尺度的水资源开发利用现状、存在问题及生态环境变迁机制,并提出水-生态-经济和谐可持续发展的对策。

流域数学模拟系统发展方向及关键技术

重点介绍了黑河流域综合模型、数字流域模型、二元演化模拟系统以及黄河数学模拟系统等4个流域模拟系统的新进展;从发展理念、生产方式、质量评测、集成建模以及支撑途径等5个方面,凝练了系统模拟系统发展新态势,突出水-经济-生态过程的耦合模拟,注重构件化组装的集约化生产方式,突出模型科学评价和公共开发环境建设,重视多源数据同化和模型参数化.今后一个时期,要重点做好数学模型不确定性及评价技术、数学模型复杂数据高效存取及其仿真可视化、协调大尺度和跨学科模型集成及云服务技术、三维/四维变分同化技术、基于物联网的混合虚拟河流试验技术、水循环及其多物质输移过程和模拟技术等方面研究工作.

黄河近期主要科技进展与需求

从防洪减灾、水沙调控、水资源管理与调度、水资源保护、水土保持、数学模型研发等方面凝练了近期黄河水利科技的主要进展。提出了当前及今后一段时期的主要需求,包括:①黄河水沙变化及趋势预测;②流域水沙调控理论与技术;③支撑最严格的水资源管理技术;④黄河泥沙处理与资源利用技术;⑤黄河下游河道改造与滩区治理;⑥黄土高原砒砂岩区抗蚀促生技术;⑦黄河数学模拟系统建设等。

黄河近期主要科技进展与需求

凝练了近期黄河水利科技的主要进展:①防洪减灾方面,主要包括基于卫星的黄河流域水监测和河流预报系统、游荡型河道整治理论与技术、水下根石探测技术、移动式不抢险潜坝技术、堤防安全与病害防治技术、宁蒙河段冰凌观测技术等;②水沙调控方面,主要包括调水调沙理论与实践、小浪底水库拦沙后期运行方式、水沙调控体系联合调控技术等;③水资源管理与调度方面,主要包括黄河水资源统一管理与调度、水权转换理论与实践等;④水资源保护方面,主要包括黄河流域生态保护目标及生态需水、高含沙环境下水污染物迁移转化过程及预报技术等;⑤水土保持方面,主要包括黄河中游多沙粗沙区域界定及产输规律、黄河多沙粗沙区分布式土壤流失评价预测模拟技术、水保措施作用机理及其优化配置等。同时,在黄河健康生命指标体系、数学模拟系统建设、实体模型理论与技术等方面取得了突破性进展。剖析了未来一个时期黄河治理开发、保护与管理面临的新问题,提出了黄河健康生命维持和流域经济社会可持续协调发展的科技需求,主要包括:①黄河水沙情势变化过程及趋势预测;②流域水沙调控理论与技术;③支撑最严格的水资源管理技术;④黄河泥沙处理与资源利用技术;⑤黄河下游河道改造与滩区治理;⑥黄土高原治理关键技术;⑦古贤水利枢纽和南水北调西线重大技术;⑧河流自然过程-生态环境过程-经济社会过程耦合的黄河数学模拟系统建设等工作。