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。

黄河流域九省(区)人口-水资源-经济-生态环境系统耦合协调发展及障碍因素分析

黄河流域九省(区)人口扩张和经济发展带来一系列资源和环境问题,亟待探究其人口-水资源-经济-生态环境(PWEE)系统耦合协调关系,促进黄河流域高质量发展。针对黄河流域九省(区)构建了PWEE系统耦合协调发展评价指标体系,采用熵权法、耦合协调度模型和障碍度模型,对2008—2020年黄河流域九省(区)PWEE系统综合发展水平、耦合协调状态和障碍因素进行分析。结果表明:黄河流域九省(区)PWEE系统及其各子系统综合发展水平呈上升趋势,耦合协调度从2008年的0.56上升至2020年的0.69,由勉强协调进入初级协调阶段,水资源子系统一直是影响九省(区)PWEE系统协调发展的限制因素,其平均障碍度从2008年的49.05%增加至2020年的55.48%,人均水资源量为主要障碍因子。

黄河流域水资源-生态-社会系统耦合协调分析

充分认识水资源-生态-社会系统的耦合协调状态,对缓解黄河流域水资源和生态压力、实现流域可持续发展具有重要意义。选取2006—2021年黄河流域九省(区)的面板数据,基于压力-状态-响应理论(PSR)确定各子系统的评价指标,采用主成分分析法、耦合协调度模型分析水资源-生态-社会系统耦合协调状态及其时空变化特征,并利用GM(1,1)灰色预测模型进行协调度预测。结果表明:1)黄河流域水资源-生态-社会系统综合评价指数整体呈上升趋势,各省(区)历年水资源子系统综合评价指数波动较大但整体向好,大多省(区)生态子系统发展情况较好,社会子系统发展在经济和人口大省有较大优势;2)各省(区)的水资源-生态-社会系统耦合协调度在研究期内均逐步上升,但各省(区)发展差距较大,2021年内蒙古和四川已达到良好协调,而宁夏刚迈入中级协调;3)预测显示,2022—2025年黄河流域整体水资源-生态-社会系统耦合协调度会继续上升至0.798,接近良好协调。

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。

黄河流域经济-能源-生态-科技耦合协调发展时空格局及其影响因素

推动黄河流域生态保护和高质量发展具有重要的战略意义。基于高质量发展理念构建经济-能源-生态-科技综合评价指标体系,运用熵值法对综合指数进行衡量,引入耦合协调模型测度2005—2019年黄河流域地区经济-能源-生态-科技耦合协调度,借助ArcGIS方法分析耦合协调度时空格局,并构建空间计量模型进一步揭示其影响因素。研究结果显示:1)从综合评价结果来看,黄河流域多数省份经济-能源-生态-科技发展水平呈现波动上升趋势,其中河南、四川综合发展水平上升幅度大于其他省份;2)从耦合协调度来看,黄河流域经济-能源-生态-科技耦合协调度处于中高水平,大多数省份耦合协调程度呈现波动上升趋势;3)在空间权重下黄河流域经济-能源-生态-科技耦合协调度存在显著的正向空间溢出效应,目标层指标中生态和能源是影响黄河流域耦合协调发展的重要因素,其中一级指标中经济质量、能源消费、环境治理、环境破坏和科技产出对耦合协调度影响相对较大。

黄河流域生态-旅游-文化耦合协调及驱动因素研究

以黄河流域9省区2010-2019年生态环境、旅游产业、文化产业三大系统的面板数据为基础,运用熵值法、耦合协调度模型、地理探测器模型等方法,分析黄河流域生态-旅游-文化耦合协调发展的时空分异及驱动因素,结果显示:1)黄河流域三大系统发展水平整体上表现为生态水平>文化水平>旅游水平,中西部省区旅游产业发展相对滞后;2)2010-2019年黄河流域生态-旅游-文化耦合协调度逐年上升,空间分布上东西差距明显,中西部地区耦合协调水平较低;3)黄河流域生态-旅游-文化耦合协调发展是公共资本、科技水平、基础设施和社会消费共同驱动的结果.

内蒙古沿黄地区经济发展-生态环境-水资源耦合协调研究

选择黄河流域上游地貌单元复杂、经济相对滞后、水资源依赖性强的内蒙古沿黄地区作为研究对象,运用压力-状态-响应(PSR)模型构建经济发展、生态环境和水资源耦合协调系统,分析各子系统特征和耦合协调程度的时空演变与驱动因素,进而提出区域生态保护与高质量发展路径。结果表明:2011—2021年研究区水资源子系统发展滞后于生态环境子系统和经济发展子系统,子系统空间不均衡性显著;研究区耦合协调度经历了勉强协调到初级协调的上升过程;识别出各市(盟)耦合协调发展面临的6类主要问题;回归结果表明资源禀赋和工业化水平对耦合协调具有显著正向作用。研究提出“在顶层设计上统筹支撑、在市(盟)间协同发展和在市(盟)层面减小冲突”的三级治理建议。

基于生态-经济耦合的河流健康生命研究

在构建和谐社会的今天,河流健康生命作为流域生态经济发展的关键因素,其研究的重大价值也在不断体现。本文通过对河流健康生命生态影响与经济联系的深入剖析,在合理假设的基础上提出了基于生态-经济耦合的河流健康生命的概念,并构建了生态-经济耦合体系,选取了生态、资源、经济、社会方面的指标,对河流健康生命进行了矩阵评估,从而为今后我国河流健康生命的研究提供了一个具有普遍适用的研究方向。

干旱区流域水文-生态过程耦合分析与模拟研究框架

干旱区流域水资源短缺与生态恶化问题日趋严重,水文-生态过程耦合分析与模拟问题是实现干旱区流域水安全与生态安全亟待解决的核心科学问题。在总结国内外水文-生态过程耦合研究现状的基础上,探讨当前干旱区流域水文-生态过程耦合研究面临的关键科学问题,初步提出干旱区流域水文-生态过程耦合研究框架,包括水文-生态过程的作用机制、耦合关系和耦合模拟研究,旨在为干旱区流域水文-生态耦合研究提供参考。

区域水资源与经济社会耦合系统可持续发展的量化分析

通过对水资源-生态环境-经济社会耦合系统互动关系的分析和对该耦合系统可持续发展模式的探讨,利用模糊优选模型将多个评价指标转化为单一指标,采用模糊隶属度描述可持续度来衡量复杂水资源系统可持续发展水平的评价方法,并结合辽宁省水资源开发与利用的实际情况,研究区域水资源可持续利用与经济社会协调发展的关系。研究结果表明,目前辽宁水资源系统可持续发展水平相对较低(全省水资源系统的可持续度仅为0.2456),尚有较大的开发潜力和提升空间。研究成果可为辽宁省水资源可持续利用及其管理提供定量的决策依据。

黄河流域物流水平、经济发展与生态环境的耦合协调发展研究

文章将黄河流域的九个主要省份作为研究对象,构建物流、经济、生态的耦合协调模型并分析其耦合协调关系,探究影响耦合协调发展的相关因素。结果表明黄河流域的耦合协调度总体上均呈现增长态势,其中黄河下游地区的耦合协调度最高,其次是上游地区,最后是中游地区;物流业生产总值对系统耦合协调发展具有负向影响,同时在正向影响因素中,进出口总额、地区绿化面积影响较小。根据研究结果提出政策建议,为加速构建黄河流域的物流、经济、生态耦合发展体系提供一定的理论和应用参考。

黄河流域新型城镇化—生态安全—公共健康协调发展研究——以内蒙古自治区为例

探究黄河流域新型城镇化-生态安全-公共健康耦合机理,对于实现区域高质量发展、全面贯彻落实中国式现代化要求、维护国家生态安全和边疆安全具有重要意义。通过综合评价模型、耦合协调度模型和障碍度模型分析位于黄河流域中上游的内蒙古自治区新型城镇化-生态安全-公共健康耦合发展水平及影响因素。研究结果表明:2005-2021年内蒙古新型城镇化、生态安全、公共健康各子系统发展水平均有所提升,空间分异明显。新型城镇化水平由2005年的0.26提升到2021年的0.69,生态安全水平由2005年的0.26提高到2021年的0.57,公共健康水平在2021年达到0.64;新型城镇化、生态安全与公共健康耦合协调水平呈现波动增长态势,由2005年的0.22上升到2021年的0.62,表现为呼和浩特市、包头市耦合协调水平较高,其余盟市较低的空间格局;城乡居民基本医疗保险参保、人均GDP、城镇人均可支配收入等是制约系统协调发展的主要障碍因素,年均障碍度分别为17.32%、8.74%、7.33%。基于研究结果提出促进内蒙古新型城镇化-生态安全-公共健康协调发展的对策建议,旨在为实现区域高质量发展和推进中国式现代化建设提供支持和指导。

黄海冷水团水域物理-生态耦合数值模式研究

以物理-生态耦合数值模式为研究手段,对黄海冷水团水域叶绿素和营养盐垂向分布的季节变化进行了研究.模式成功地揭示了叶绿素和营养盐垂向分布季节变化的主要特征,叶绿素垂向分布最大值形成和演变过程、两次大量繁殖期及物理过程对其夏季垂向结构的影响.与实测资料比较表明:数值模拟结果与实测结果具有较好的一致性.

干旱区流域生态水文耦合模拟与调控的若干思考

系统识别全球变化和高强度人类活动影响下干旱区流域生态水文耦合作用机制及演变规律,并通过综合生态水文调控,构建健康水循环和生态安全格局,是干旱区流域亟待解决的关键科学问题。传统的基于水文过程与生态过程的分离模拟与调控,尚不能满足上述实践需求;需结合原型观测与实验,对大气模式、水文模型、生态模式(包括天然生态模拟模型和作物生长模式)进行耦合开发,构建具有统一物理机制的流域生态水文模型。以此为支撑,对干旱区流域生态水文过程演变规律及阈值特征进行系统识别;并结合水生态服务功能评价,提出流域生态安全修复及水资源合理配置与调度方案;制定有效的风险管理措施,对流域生态水文过程进行动态调控。

基于GSFLOW的青土湖生态输水量-湖水面积关系研究

西北地区水资源匮乏,生态环境脆弱,如何科学处理生产用水与生态用水的关系一直是西北干旱区水资源开发利用中关注和研究的热点难点课题之一。关于流域中上游生态输水与尾闾湖水域面积(或湿地面积)关系的定量化研究较少。以我国西北干旱区河西走廊石羊河流域的尾闾湖—青土湖为例,利用GSFLOW建立了区域地表水-地下水耦合模型,其中采用LAK模块及SFR2模块分别处理湖泊和输水渠道,在此基础上预测了不同生态输水方案下湖泊湖面面积的变化情况,分析了青土湖生态输水量-湖水面积关系,确定了青土湖生态输水的合理范围。研究结果显示:当前3100×10^(4) m^(3)/a的生态输水量可以保证青土湖维持年内最高湖水水位1212.23 m(平均水位1211.68 m),稳定最大面积可达16.27 km^(2);当输水量为2000×10^(4)~3700×10^(4) m^(3)/a时,随输水量增大水面面积线性增加,面积变化率相对稳定;当输水量为3700×10^(4)~4500×10^(4) m^(3)/a时,水面面积随生态输水量增多,面积增大率逐渐减小;当输水量大于4500×10^(4) m^(3)/a时,水面面积随生态输水增多增大幅度很小,特别是当生态输水量大于5500×10^(4) m^(3)/a时,面积变化率趋近于0。从维持当前青土湖水面面积和向青土湖生态输水的效益考虑,红崖山水库向青土湖的生态输水量应保持在3100×10^(4)~4500×10^(4) m^(3)/a。研究成果对于确定西北干旱区合理生态需水,协调生态、经济、社会用水可持续发展具有一定的参考价值。

黄河流域发展与生态保护耦合协调度研究

黄河流域在我国经济社会发展和生态安全方面具有十分重要的地位,促进黄河流域经济-生态的高质量发展已经成为我国一项重大的国家战略。本文以经济、生态为指标,构建了黄河流域经济-生态指标体系,系统评价了2008—2017年我国黄河流域7省2区的经济-生态发展水平。结果表明,黄河流域沿线各省市各子系统的发展水平相对较低,且存在异质性;随后采用耦合协调度模型,对经济-生态子系统内部协调度进行测度,结果表明各子系统的耦合协调度类型较差,但逐渐向更好的协调类型演进,协调度同样存在较大异质性。在此基础上,作者提出了促进黄河流域高质量发展的政策参考。

且末绿洲水资源与经济社会耦合系统可持续发展的量化分析

通过且末绿洲水资源-生态环境-经济社会耦合系统互动关系的分析和对该耦合系统可持续发展模式的探讨,利用模糊优选模型将多个评价指标转化为单一指标,采用模糊隶属度描述复杂水资源系统可持续发展水平的评价方法,并结合且末绿洲水资源开发与利用的实际情况,研究且末区域水资源可持续利用与经济社会协调发展的关系。综合对且末绿洲2003年—2007年的水资源系统的量化分析,研究结果表明:且末绿洲水资源利用可持续发展水平在逐年提高,但整体水平相对较低,尚有较大的开发潜力和提升空间。研究成果可为且末绿洲水资源可持续利用及其管理提供定量的决策依据。

黄河数学模拟系统建设规划

为推动"数字黄河"工程深度发展,开展"数字黄河"工程黄河数学模拟系统建设规划,明确"十二五"期间黄河数学模拟系统建设目标与原则,设计模拟系统总体结构,提出面向防汛减灾、水资源管理与调度、水资源保护、水土保持、流域规划等业务亟待建设的模型及集成实现工作,明确支撑系统的模型不确定性及评价、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、卡尔曼滤波法和三维/四维变分同化,以及水循环及其多物质输移过程模拟等关键技术。

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.

生态水文学兴起:学科理论与实践问题的评述

生态水文学是20世纪后半叶发展起来的新兴水科学研究领域的交叉综合学科,基于习近平总书记的“生态优先、绿色发展”理念和实现我国生态文明建设目标,其研究成为我国新时期水科学理论与实践的新目标与新挑战,为“绿色-高质量-可持续”发展提供强大动力.本文简述了生态水文学国内外发展历程和动向,深入评述了生态水文研究的几个基础理论问题,主要包括:人-水-生态系统关系认知与协同变化的和谐内涵、四大平衡的协同内涵及Budyko水-热平衡联系方程、绿水在生态系统中的重要内容和面向全球变化的生态水文宏微观尺度研究,并着重阐述了生态系统的需水与用水;针对生态水文的实践应用,阐述了水-碳循环耦合机制研究能够有效服务国家“双碳”计划,分析了南水北调工程和黄河流域生态环境治理中生态水文问题,提出了南水北调西线工程是构建国家水网、缓解黄河流域水资源短缺的重要举措;基于生态水文研究现状和国家发展需求,对生态水文研究提出展望,如生态系统对人类活动和气候变化响应机制研究、水土保持与生态建设综合技术体系、多源信息融合新技术、加强与社会科学的交叉融合研究和生态水文系统研究等.