永定河流域水文演变与多水源联合优化调度

水资源是保护修复永定河生态环境功能、维护河流生命健康的控制性因素。永定河流域水资源极为紧缺,且地表水资源量呈显著衰减态势。为实现紧缺严苛的水资源条件下永定河生态水量的有效保障,系统解析了流域水文演变特征,核算了分河段基本生态水量和多水源生态补水潜力,建立了耦合水资源供用耗排过程和水工程群联合运用的多水源优化调度模型,提出了常规和极端情况下的多水源生态水量调度方案和基于降水年型研判的调度方案运用方式。研究成果为有效保障永定河生态水量、提升应对变化环境的韧性提供了关键方法和模型,为华北地区其他河流生态保护修复和综合治理提供技术参考。

1960—2019年永定河流域降水演化特征

基于永定河流域内及周边53个气象站1960—2019年逐日降水资料及其插值数据,采用多种变异诊断方法研判永定河流域降水演化特征,结果表明:1)年降水量存在下降趋势,夏季降水量下降趋势显著,春季、秋季、冬季降水量呈上升趋势;2)在空间上,年降水量在大部分地区呈不显著的下降趋势,官厅水库以下较小的范围呈显著下降趋势,春季、秋季和冬季降水量基本呈不显著上升趋势,仅在部分区域呈不显著下降趋势,夏季降水量与其他季节相反,在流域大部分范围呈下降趋势;3)降水要素存在突变性,突变后年降水量的变化为极小值增大、极大值减小,7—8月降水量的变化为整体降低。

永定河流域生态产品价值实现研究——基于京津冀协同发展视角

文章分析了永定河流域生态产品的供给特点,并运用生态产品总值(GEP)核算方法评估流域生态产品价值,探讨了1995—2020年期间该流域生态系统服务价值的时空变化,进而提出永定河流域生态产品价值实现路径:①以生态保护红线为本,坚持系统治理与区域联动治理;②完善流域区域间横向补偿,构建全流域生态产品互补产业链;③依托生态产品供给差异化特征,探索京津冀重点推进区域的特色化生态产品实现路径;④进一步推进形成政府主导、企业和社会各界参与、市场化运作的生态产品价值实现机制。

北京系列高分辨率卫星在永定河流域洪涝灾害分析中的应用

2023年海河发生“23·7”流域性特大洪水,永定河发生1924年以来最大洪水。为了迅速掌握洪涝情况、及时做好洪水应对工作,在永定河流域洪涝灾害分析中应用北京系列高分辨率卫星遥感技术,通过灾前、灾后影像反复对比,采用目视解译法和经验法,人机交互识别确定阈值,快速获取水体淹没情况,识别出此次洪水的淹没范围。通过现场洪痕划定及复核工作,得出此次洪水的最大淹没范围,运用ArcGIS空间分析功能,提取出永定河河道最大淹没面积。淹没分析成果可为永定河后续综合治理提供支撑,推动流域灾后恢复重建工作。

永定河流域农业水权交易探索与对策

本文通过分析水权交易与农业节水的关系,同时结合国内外农业水权交易文献资料分析永定河流域农业水权交易困境,并提出可行性对策和试点实施方案,以期为永定河流域水资源优化配置和高效利用提供理论参考。研究表明,永定河流域水权交易存在水权配置体系不完善、水权交易平台未建立、现行法律法规不明晰、水权交易规则不健全等问题亟待解决。为进一步推进永定河流域农业水权交易,建议健全水权配置体系,加强流域取用水管理;推进法律法规建设,研究制定水权交易规则;建立水权交易平台,推进水权交易试点建设;探索跨界流域水权综合协调机制,实现流域可持续发展。

永定河流域多水源配置与水库群优化调度

针对流域水资源系统中以“面”为主的多水源配置和以“线-点”为主的水库群调度耦合问题,提出多水源配置与水库群优化调度相耦合的二层结构方法。以永定河流域为研究实例,提出包括供水规则、引水规则、多水源供水策略以及共同供水任务分配策略的多水源配置与调度规则,以此建立多水源配置与水库群优化调度模型,分析多水源供水和不同需水情景下的调度方案,以及最优方案下的供水效益。结果表明:永定河流域考虑本地水、引黄水、南水北调水和再生水的多水源供水与节水相结合的情景方案为最优方案,生活用水保证率均大于99%,工业用水保证率均大于97%,灌溉分区供水保证率为76.7%~90.2%(除桑干河上游外),三家店断面生态供水保证率为96.3%;通过多水源供水和节水策略,可以极大地改善用水户的供水效益和保障三家店断面生态水量需求。本文方法可为流域多水源配置与水库群优化调度研究提供借鉴。

基于FLUS-InVEST模型的永定河流域碳储量功能变化分析

【目的】区域土地利用变化是影响生态系统碳储量的主要原因,分析历史及未来土地利用变化下碳储量空间格局分布对流域内生态系统服务的认识具有重要意义。【方法】以永定河(官厅—屈家店)流域为研究区域,基于1985—2020年土地利用情况,运用Markov-FLUS模型模拟预测2025年、2035年土地利用格局,采用InVEST模型评估1985—2035年10期碳储量。【结果】结果表明:1985—2020年,研究区内主要土地利用类型为耕地和林地,两者占总面积的80%以上。土地利用类型变化主要为建设用地的扩张及耕地和水域面积的缩减。30年间,研究区域碳储量减少2.7197×10^(7) t,由土地利用类型变化导致的碳储量变化中,水域的转出有利于碳储量增加,而林地的转出则导致碳储量减少。研究区碳储量高值主要集中在北部山区,碳储量低值主要集中在中部平原区。【结论】碳储量与降水呈明显正相关,拟合度为0.8005,表明研究区降水量的增加有利于碳损失的缓解。预测2025年、2035年研究区碳储量为6.6118×10^(7) t和6.5759×10^(7) t,相较2020年分别下降5.25%和5.76%,主要原因是建设用地的增加以及草地面积的减小。

1980—2020年永定河流域景观格局动态变化及驱动力分析

为研究高原—山区—平原—滨海生态要素梯级流动特性的流域景观格局动态变化规律,以永定河流域1980—2020年7期Landsat遥感影像为主要数据源,综合运用景观面积动态分析、景观格局指数和数理统计等方法分析了近40年来永定河流域景观格局演变特征,并揭示其驱动因子。结果表明:1)1980—2020年流域土地利用类型以耕地、林地、草地为主,面积占比约90%;近40年,耕地、草地面积分别减少1376.38、463.42 m2,建设用地、林地面积增加,综合土地利用动态度在2015—2020年变化最大。2)在类型水平上,建设用地斑块破碎程度明显降低,其余用地类型变化不明显;景观水平上,香农多样性指数(SHDI)由1.29增至1.35,香农均匀度指数(SHEI)由0.67增至0.75,景观整体结构趋向复杂,异质性增加,团聚程度下降,景观破碎化加剧。3)流域景观格局变化受社会经济因素、自然因素和政策因素共同影响,其中社会经济发展为主要驱动力,经济发展和城乡人口结构变化是景观格局变化的主要驱动因子。

控制单元污染源排污许可总量限值优化研究——以永定河流域为例

排污许可证制度是目前普遍采用的水环境管理的重要制度之一,在水污染控制和水环境质量改善中发挥着重要作用。通过将基于水环境容量约束和基于流域排放标准的允许排放量进行对比,构建了控制单元排污许可总量限值管理模式和污染源排污许可总量限值优化方法。基于永定河流域典型控制单元的实证研究表明,在执行流域排放标准时,北京段典型控制单元可满足水环境质量改善需求,但张家口段典型控制单元仍需要削减CODCr210.388 t/a。张家口段典型控制单元内2家污水处理厂上游间接排放固定源需分别削减CODCr0.002和32.039 t/a。

1957-2018年永定河流域降雨时空演变规律研究

基于永定河流域内14个气象站点1957-2018年逐日观测数据,采用线性倾向估计、距平分析、小波分析对永定河流域降雨时空演变规律进行了分析,采用旋转经验正交函数(Rotated Empirical Orthogonal Function,REOF)法对降雨进行特征分区并通过相关分析揭示流域降雨的主要相关因子。结果表明:在全球变暖的背景下,永定河流域降雨量呈下降趋势,下降速率为-2.88 mm/10 a,多年降雨量均值为389.22 mm。季尺度上,春秋两季降雨量呈上升趋势,以秋季降雨量上升最为明显,上升速率为3.75 mm/10 a;夏冬两季降雨量呈下降趋势,以夏季降雨量下降最为明显,下降速率为-8.14mm/10 a。小波分析结果表明,流域降雨量变化存在着28、15、4 a三个周期,以28 a为主周期。空间上,降雨量地域性差异较大,流域降雨量由东南平原区向西北山区递减。REOF分析表明,前六个模态可以较好地反映永定河流域降雨的空间分布类型;根据各模态高荷载区分布,永定河流域可划分为六个降雨区:Ⅰ区为西南大同盆地区,Ⅱ区为北部张家口地区、Ⅲ区为延怀盆地区、Ⅳ区为北京及冀西北盆地区、Ⅴ区为西北内蒙山区、Ⅵ区为滨海平原区;其中Ⅰ、Ⅴ区和Ⅳ、Ⅵ区分别受大陆性气候和季风气候的影响;Ⅱ、Ⅲ区受当地地形影响较为明显。相关分析结果表明,副热带南印度洋偶极子、蒸发、最高气温、日照时数和散射与降雨相关性显著。

河北永定河流域葡萄园土壤硝态氮空间分布特征

【目的】探究永定河流域葡萄园氮素投入、高程与土壤硝态氮含量和累积量之间的关系,旨在为永定河流域葡萄种植区的合理施肥和降低环境污染风险提供理论依据。【方法】以河北永定河流域52个典型葡萄园为研究对象,实地调研葡萄园养分投入现状,室内分析测定葡萄园0—60 cm垂直土层(间隔20 cm)硝态氮含量,并计算其累积量和盈余量。利用ArcGIS地统计学方法分析氮素投入和盈余、土壤硝态氮含量和累积量的空间变异性。【结果】永定河流域施用有机肥农户不足50%,以施用无机肥为主。上、下游葡萄园平均氮素投入量分别为(1492.79±988.90)和(1079.31±638.25)kg·hm^(-2),平均氮素盈余量分别为(1430.41±993.01)和(1027.23±637.37)kg·hm^(-2),氮素投入与盈余量之间呈极显著正相关(P<0.01),且在空间分布上均具有从西到东递减的趋势。土壤硝态氮含量和累积量在不同土层间的变化及空间分布规律一致,低值区主要分布在下游,高值区主要分布在上游。上游和下游0—60 cm土壤剖面硝态氮平均含量分别为34.96和18.76 mg·kg-1,平均累积量分别为92.44和48.12 kg·hm^(-2),不同土层间均差异显著。上游土壤硝态氮含量和累积量在20—40 cm土层最低,下游则随土层的增加而增加。上游土壤硝态氮含量和累积量在600—650 m高程范围内最高,显著高于其他高程(P<0.05),而下游受高程的影响不显著。相关性分析表明,高程主要影响表层硝态氮累积量分布,氮素投入主要影响底层硝态氮累积量分布。【结论】永定河流域葡萄园氮素盈余严重,垂直土层硝态氮向深层累积,不同高程(除450—500 m)土壤硝态氮含量与累积量均为上游高于下游,但在垂直分布上变化趋势不同,受高程和氮素投入共同影响。

生态补水下的永定河流域地下水水位变化规律

2020年春季永定河流域(北京段)生态补水工作于4月20日正式开启。为了解在生态补水影响下的永定河流域北京段及北京段周边地区地下水水位变化规律,依据收集的2020年春季补水开展后的半年内地下水水位观测数据,以聚类方式进行归类,再对每类变化规律分别进行分析。结果表明,在生态补水影响下的永定河流域研究区域地下水水位动态变化类型可划分为持续下降型、先下降后上升型和持续平缓型,其中北京段、天津段和部分河北段地下水水位呈先下降后上升的变化趋势,而且存在明显的滞后性。另一部分河北段和山西段呈持续平缓型,仅有少数位点呈持续下降型。这些规律可为制定科学的生态补水方案提供技术参考。

永定河流域水库资源一体化保护与利用研究

永定河是京津冀区域重要的水源涵养区、生态屏障和生态廊道,水库作为永定河重要的基础设施,在防洪抗旱、生产生活供水及改善生态环境等方面发挥了积极作用。由于永定河流域水库目前仍存在调度缺乏统筹,水库生态环境恶化,淤泥堆积和运营不善等问题,对流域的可持续健康发展及沿线地区社会经济发展具有重要影响。文章通过对永定河流域水库的时空分布特征进行整理分析,针对目前存在的问题,建议根据流域水库功能特点采取相应措施,从水资源调度、水环境改善、水生态修复、水文化挖掘等多角度出发,实现永定河流域水库资源的一体化保护与利用。

李国英调研永定河流域治理管理工作

2月18—21日,水利部党组书记、部长李国英赴山西、河北、北京、天津等省(直辖市)调研永定河流域治理管理工作。他强调,要深入落实党的二十大精神,贯彻习近平生态文明思想,坚持习近平总书记“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路,立足推动京津冀协同发展,立足加快构建国家水网,强化永定河流域统一治理管理,早日恢复永定河健康生命,实现“流动的河、绿色的河、清洁的河、安全的河”目标。

省水利厅与永定河流域投资有限公司举行座谈

4月3日下午,省水利厅与永定河流域投资有限公司就永定河综合治理与生态修复工作举行工作座谈。省水利厅党组书记、厅长龚孟建,永定河流域公司总经理彭增亮出席会议并讲话,省水利厅副厅长、一级巡视员白小丹主持会议。省水利厅有关处室,永定河流域投资有限公司有关部门负责人参加会议。龚孟建代表省水利厅党组感谢永定河流域投资有限公司对山西水利工作的关心支持。

基于STAR气候模型的张家口市永定河流域气候变化及对水文水资源系统的影响

为了分析张家口市永定河流域气候变化情况及对水文水资源系统的影响,基于STAR模型,对实测气候数据时间序列系列进行重组,并利用模糊优选神经网络模型,对站点未来情景下的天然年径流量变化进行预测。结果表明,2009-2035年均日最高气温在高升温、中升温、低升温情况下,升温幅度分别为1.85℃、1.27℃、0.73℃;气温升高,径流量有所减少,并且能够通过模糊优选神经网络模型模拟径流变化情况。

基于能值分析的永定河流域农业生态补偿标准

实施农业生态补偿是消除当前农业生产中的负面影响,保证环境友好型农业生产顺利进行的前提。针对当前的农业生态补偿标准计算中,价值受时空动态变化影响较大、投入成本难以准确计量的弊端,借助能值与价值之间的可转化性,给出基于农业可持续发展的生态补偿标准计算体系。选择永定河官厅水库以上流域为研究区,从可更新资源(R)、不可更新资源(N)、物质投入(M)、服务成本(S)的能值计算出发,计算得出永定河流域的农业生产的总能值为3.80×1016Sej/hm2,其中可更新的能值为1.59×1016Sej/hm2,不可更新能值2.21×1016Sej/hm2。研究区农业生产的环境可持续指数(ESI)为0.1056,流域农业处于严重不可持续状态,应实施农业生态补偿进行调整。借鉴能值与生态服务价值之间的可转化性,为实现流域农业生产的可持续,下游区域政府或受益部门应对上游农业水土流失防护补偿约4亿元。该文研究结果的应用表明,基于能值的农业生态补偿标准计算方法具有一定的适用性。

基于δD和δ^(18)O及水化学的永定河流域地下水循环特征解析

运用环境同位素和水化学成分作为水循环研究的示踪剂,揭示了永定河流域中下游地下水循环特征。通过现场调查并对浅层和深层地下水采样,进行室内水化学和氢氧同位素组成测定,分析了流域内深层和浅层地下水的氢氧同位素和水化学组成的空间分布规律和演化趋势,揭示了流域地下水循环特征。结果表明,降水是山前地下水的主要补给源,地下水在接受降水的补给后经过了不同程度的蒸发作用,山区受蒸发影响较小,平原区较大,尤其是平原区浅层地下水呈现出强烈的蒸发浓缩作用;水化学特征表现为自西部山区到山前平原至滨海平原,自浅层到深层,地下水的矿化度逐渐升高;平原区浅层和深层地下水含水层之间存在明显的越流补给现象;沿海地区未发现海水入侵现象。

永定河流域水循环特征及其对气候变化的响应

气候变化对我国各地区水资源时空格局的影响是气候变化影响评估的重要内容.本文以永定河流域为研究对象,采用线性回归法、Mann-Kendall非参数检验等方法,分析了1957—2001年的水文气象要素变化特征;基于数字高程模型、土地利用和土壤类型等资料,建立了SWAT分布式水文模型,验证了SWAT模型在该流域的适用性;根据IPCC第四次评估报告多模式结果,分析了IPCCSRES-A2、A1B、B1情景下2050年以前降水、气温、径流、蒸发的响应过程.结果表明1957—2001年永定河流域年均降水量呈递减趋势,气温呈缓慢上升的变化趋势,年均径流量呈缓慢减少趋势,蒸发量呈缓慢下降趋势,20世纪60年代为丰水期,90年代为枯水期.在IPCC SRES-A2、A1B、B1情景下永定河流域2050年以前气温将持续增高,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,结果预示着永定河流域的水资源在21世纪前期将出现减少,21世纪中期才有可能增加.这对于经济发达、人口稠密、用水量大并且严重缺水的永定河流域而言,水资源危机将进一步加剧.

永定河流域农业土壤氮磷损失的计算及分析

为了解决当前农业生产过程中氮磷损失量计算过程中存在的不确定性问题,该文结合硝酸盐、铵盐与土壤颗粒结合类型的差异,从氮循环的角度定量评价降雨径流作用下的土壤氮损失量;结合磷元素的运移与土壤类型密切相关的特性,通过对土壤中的溶解态、颗粒态磷质量分数进行计算,确定农田径流量对应下的土壤磷损失量。永定河流域化学肥料施用量过大,致使土壤总氮损失量为96kg/hm2,总磷损失量为9kg/hm2,研究区内部的氮磷损失量数值差异较大。由于流域氮磷损失量计算方法充分考虑了流域土壤及施肥特性,因此,计算结果具有一定的合理性和适用性。本研究为土壤氮磷损失计算以及流域农业生产面源污染的源头控制提供依据。