基于黄河流域系统治理的水库多目标调度约束阈值研究

水库是流域水沙调控以及水资源优化配置的重要抓手,黄河流域的水库调度最初以防洪减淤为目标。新形势下,黄河流域面临不断变化的来水来沙条件、库区-河道边界约束、区域社会经济发展和生态环境需求等,黄河流域亟需基于系统治理理念,突出流域系统可持续运行的水库多目标协同调度。本文依据流域系统科学理论和方法,通过资料分析、数据挖掘、关联度识别、回归分析等方法,筛选了黄河流域系统中行洪输沙、社会经济、生态环境各子系统表征指标,阐明了黄河上、中、下游不同河段多维约束因子的演变过程,揭示了黄河干流调控体系主要约束因子的相互作用关系,提出了基于多目标协同的黄河干流水库调度约束因子阈值,为黄河流域水库多目标协同调度提供科技支撑。

含油气盆地流体流域系统及其油气聚集原理

在含油气盆地形成和演化过程中,先后有两个孕育和养护油气生成、运移和聚集为矿藏的流体流域系统,即水流域系统和油气流域系统。水流域系统的形成和发育建造了包含烃源岩、输导层、区域盖层和圈闭体等成藏要素在内的沉积体系,是谓母体系统。烃源岩在母体系统中形成,经由埋藏生成油气,然后油气又返回母体,以其中的成藏要素格架为载体,逆倾向而上形成自己的流域系统,最后在所遇圈闭体中聚集成藏,是谓子体系统。母体系统建造的沉积体系为子体系统创建和提供了一切必要的成烃、成藏条件和环境。子体系统以母体系统为依托,在其体内完成了成烃、成藏过程。二者先后有序地发育和其中各种作用的形成及有机匹配,是自然界造就的一个天然程序。从而,根据此程序建立与之相适应的含油气盆地油气聚集原理。

基于流域系统地貌信息熵的贺斯格乌拉露天矿区稳定性评价

[目的]开展露天矿区稳定性评价,为矿区地貌重塑、生态环境修复及水土流失监测等提供技术支撑。[方法]以流域系统地貌信息熵为评价指标,基于ArcHydro水文模型及流域自相似原理,对露天矿区及周边未扰动区地貌形态稳定性进行评价,探究矿区水土流失风险及其侵蚀强度。[结果]受矿区剥离、采掘、运输及排弃等一系列工艺的影响,内蒙古贺斯格乌拉露天矿区现状地貌信息熵多集中在0.105~0.145,流域地貌系统发育多为幼年期或壮年偏幼年期,流域侵蚀风险较高;原始地貌及未扰动区地貌信息熵多大于0.40,为稳定的壮年期或老年期,地势平缓,土壤侵蚀模数较小。[结论]以贺斯格乌拉露天煤矿为例,受矿区原始地貌、矿区开采顺序及排土场位置等影响,水土流失风险呈现由南向北逐渐递增的趋势特征,可以作为露天矿区地貌重塑及生态环境修复的依据。

坚持流域系统观念 促进人与自然和谐共生

2月10日,随着山西大同册田水库提闸放水,永定河2023年春季生态补水全面启动。这条首都北京的母亲河,得益于流域统一治理管理,正焕发出新的生机。不久后的4月1日,继长江保护法后的又一部流域法律——黄河保护法将正式施行,流域专门立法将党中央的治水之策上升为法律,开启流域治理与保护新篇章。以流域为单元,用系统思维统筹水的全过程治理,成为推动新阶段水利高质量发展的鲜明特点。

流域系统科学初探

随着人类社会对河流乃至流域影响广度、深度和强度的不断增加,对流域系统内部不同要素之间的互馈关系和博弈关系研究的不断拓展和深入,以致流域系统治理及其战略研究已经超过传统学科的范畴,亟需建立新的学科支撑体系。本文基于近十年的探索研究,提出了流域系统科学的概念,并对其研究对象、科学内涵、科学问题、研究方法及研究前景进行了全面阐释。流域系统科学以物质、能量、信息、价值流动过程为纽带,以行洪输沙-生态环境-社会经济三大子系统组成的流域复杂巨系统为研究对象,其基础研究需求包括各子系统内部演化过程与机理、各子系统间相互作用关系与协同演化机制、流域系统协调发展策略与战略布局3个层面。流域系统科学以传统学科为基础支撑,基于系统理论和方法探索制约流域治理保护和区域社会经济高质量发展的协同博弈关系,通过全流域系统观测网络和大数据平台建设,构建流域系统治理集成研讨厅,为流域系统治理保护与管理的战略研究提供科学的理论方法体系。

基于流域系统的暴雨径流型灾害链——以湖南省为例

暴雨径流是一种最普遍、最活跃、最敏感的致灾因子,在其形成过程中易诱发灾害链。根据灾害系统理论和暴雨径流形成规律,系统研究了湖南省江湖流域暴雨径流型灾害链,结果表明:(1)湖南省特定的自然环境助长了暴雨径流型致灾因子链的形成与发展;(2)从类型上讲,可分为四水流域山丘区坡面汇流型致灾因子链、四水河网洪水汇合型致灾因子链和洞庭湖区洪水组合型致灾因子链;(3)从灾害性质与特性上看,除了具有一般的社会属性和自然属性外,还具有显著的关联性、互生性和放大性;(4)从致灾能量上看,当各级致灾因子的实际致灾能量一定时,各承灾体抗灾阈能总量越小,致灾因子链的有效致灾能总量越大;(5)从灾情上看,灾情表现的形式多,承灾体损失价值量的累积值巨大。

鄱阳湖湖泊流域系统水文水动力联合模拟

本文以鄱阳湖湖泊流域系统为研究对象,鉴于该湖泊流域系统尺度较大,下垫面自然属性呈现高度空间异质性且具有流域-平原区-湖泊不同机制的水文水动力过程,为了真实描述湖泊流域间的水文水动力联系及反映不同过程间的作用机制,构建了鄱阳湖湖泊流域联合模拟模型.该模型基于自主研发的流域分布式水文模型WATLAC和湖滨平原区产流模型以及水动力模型MIKE 21 3个不同功能子模型的连接来实现该复杂系统的模拟.模型的联合采用输入-输出驱动及子模型的顺序执行进程,即将五大子流域与平原区入湖径流量作为输入条件来驱动湖泊水动力模型,模拟湖泊水位对流域入湖径流量的响应.以2000-2005年鄱阳湖流域6个水文站点的河道径流量、流域基流指数以及湖泊4个站点的水位资料来率定模型,其中各站点日径流量拟合的纳希效率系数Ens为0.71～0.84,确定性系数R2介于0.70～0.88之间,而湖泊各站点水位拟合的纳希效率系数Ens变化为0.88～0.98,确定性系数R2为0.96～0.98,均取得令人满意的率定结果.本文提出的鄱阳湖湖泊流域系统水文水动力联合模拟模型能较为理想再现湖泊水位对流域降雨-径流过程的响应.水位模拟结果进一步表明,该联合模型能用来获取重要的水动力空间变化特征.该模型可作为有效工具定量揭示湖泊流域系统水文水动力过程对气候变化和流域人类活动的响应.

流域系统的泥沙灾害类型及其划分原则

泥沙灾害按驱动力、灾害发生的地貌学系统、灾害的表现形式及具体灾害系统，分层次逐级划分成自然动力与人为动力泥沙灾害２个灾列；流域水系，沟道坡面、河道及平原河口海岸４个泥沙灾害类；侵蚀型、输移（搬运）型、堆积型、复杂型及关联型５种泥沙灾害型；最后分别列出２系列的４９个及５４个灾种。这是一种比较综合、系统的分类原则和类型划分。从流水地貌、泥沙运动及灾害学相结合来看，泥沙灾害具有自然地理地带性、垂直分带性、群发性、继发性和周期性、渐发性和突发性，以及复杂性和非线性等特征。

基于流域系统科学的黄河下游河道系统治理研究

黄河下游河道治理是一项复杂的系统工程。系统回顾和总结了欧美等发达国家河流治理的发展历程与经验启示,深刻诠释了河流系统治理的必然性和必要性。在此基础上,结合黄河水沙变化、区域社会经济发展情势以及重大国家战略,分析了黄河下游河道治理研究的现状与局限性,明确了新时代河道滩槽协同、上-中-下-河口联动、行洪输沙-社会经济-生态环境协调治理的战略需求,进而阐述了流域系统科学及其在黄河下游河道滩槽协同治理中的应用价值。

流域系统重金属污染研究进展

随着经济的发展,流域系统重金属含量的累积趋势日渐明显,对流域生态环境形成了巨大威胁。为适应国家生态友好和可持续发展的战略需求,解决当前我国大江大河重金属污染问题,需要深化对重金属污染监测和治理研究现状的认识,发现并提出可操作的解决方案。文章系统总结了流域重金属污染研究领域有关土壤重金属元素形态分析、生物有效性分析、生态风险评价及植物修复、植物富集研究等方面的研究进展,整理和概括了相应的分析和评价方法。并指出:加强流域尺度河流-土壤-植被-大气系统的重金属污染宏观研究,构建基于重金属元素循环迁移机理模型、遥感和GIS等技术的现代化立体监测系统与生态风险管理系统,将是流域系统宏观尺度重金属污染监测和治理研究的重要发展方向。

论流域系统稳定性的判别指标——超熵

在“侵蚀流域系统的信息熵”一文中,我们在伊凡诺夫曲线的基础上,将信息熵由侵蚀流域引入了一般流域;而后,在“再论流域系统信息熵”一文中,证明了斯特拉勒曲线在流域系统内外营力作用大致相等时处于瞬时平衡的形态特征,从而将线性平衡态熵引入了流域系统研究。但就一般情况而言,流域系统是远离平衡态的耗散结构,这要求进一步研究流域系统的非线性、非平衡态熵。为了解决这一问题,我们引入了超熵概念。在探讨实际问题时,我们往往会遇到各种复杂的体系,对此,可将它们归并为包含一个子系统的体系和包含多个子系统的体系两种情形,并导出了适合于单子系统体系的超熵表达式: (?)_xP=[-βα~3(α~2-1)]\[α(-β-1)-3]和对多于系统体系适用的超熵表达式: (?)_xP=kP-∑|Pi-P|将它们分别应用于滑坡,泥石流和地震的研究,得出了非常满意的结果。

小流域系统土地生产力综合评价

该文遵照指标体系的构建原则，在构建了小流域系统土地生产力评估指标体系，并确立了各指标计算方法的基础上，运用层次分析法对宁夏西吉县黄家二岔小流域系统的土地生产力进行了综合评价．黄家二岔小流域经过“六五”、“七五”和“八五”综合治理，除生产力、均衡性、稳定性和持续性指标值呈增长的趋势外，综合评价值也呈增长的趋势．作者认为黄家二岔小流域的生态经济和社会复合系统，正在向持续、稳定和协调的状态发展．随着小流域生态子系统、经济子系统和社会子系统的结构和功能的进一步完善和提高，必将取得更加显著的治理效益．同时证明了小流域治理综合措施的实施对土地生产潜力开发的效果．

基于太湖数字流域系统的水质模型参数灵敏度分析

太湖流域水资源综合规划系统是一个覆盖全流域的,包括污染负荷模型、河网湖泊相耦合的水量水质模型的数字流域系统。该系统的水质模型参数众多,描述了整个太湖流域水体物理、化学和生物过程。其取值正确与否将直接影响到所选用的模型模拟水质变量在水体中演化特征好坏。通过灵敏度分析得出:①参数变化率在40%之内,水质浓度变化率在30%之内;②降解参数较释放参数灵敏;③5个等效释放参数敏感次序为:Sp、Sn、Sc、Sb、Stn;④5个等效降解参数敏感次序为:Kb、Kn、Kp、Kc、Ktn。

黄土丘陵沟壑区流域系统侵蚀与产沙关系

从长期来看流域系统的侵蚀与产沙基本可以达到平衡 ,泥沙输移比约等于 1。但次降雨或分年度泥沙输移比有相当大的变幅 ,在短期内会经常存在泥沙的滞留和滞留的泥沙被重新侵蚀搬运 ,而出现泥沙输移比小于 1和大于 1的情况。这主要与降雨的空间分布和洪峰增减幅度及径流深度增减幅度密切相关。

基于流域系统视角的城市洪水风险综合管理弹性策略研究

在全球气候变化和城镇化快速发展背景下,城市孕灾承灾环境发生显著改变,洪涝灾害愈演愈烈,城市洪水风险管理已成为我国防洪体系的短板,也是未来一段时期防洪减灾的重点。针对目前城市洪涝灾害治理现状,提出基于流域系统视角的城市洪水风险综合管理框架,从流域水系、区域城市群和单个城市3个层面统筹规划城市海绵体的建设和弹性需求。以景德镇市为例,分析流域区域城市防洪格局下的城市洪水风险,从基础设施建设、组织机构设置、治理制度设计、战略规划制定等方面提出城市防洪弹性策略,从而提高城市防洪减灾能力和区域水安全保障能力,实现区域可持续发展。

西北半干旱地区流域系统的可持续发展分析—以甘肃临夏大夏河流域为例

系统论认为流域系统是一个以水为媒体、人与自然相互作用的开放的复杂的巨系统。在西北半干旱地区研究流域系统则对该地区的可持续发展显得尤为重要和关键。本文对流域系统可持续发展的模式进行了探讨 ,并用层次分析方法和神经网络方法相结合的综合评价方法 ,从静态和动态两个方面对甘肃临夏大夏河流域系统的可持续发展作了综合的实证分析研究。

用流域系统的观点看待荒漠化及其治理

荒漠化严重影响人类的生产和发展,是现今地球上最为严重的生态灾难之一,已 对人类的生存造成了很大的威胁;其成因类型多、分布范围广、涉及领域多,具有显著的地域 性、差异性和多学科性以及发育上的相似性。国内外对荒漠化的发生和发展及其许多相关方 面已进行了大量卓有成效的研究,但到目前为止,还很少有人从流域系统的观点来看待荒漠化 的发生和发展,本文尝试作这方面的努力,以作抛砖引玉之功效。

黄河中游小流域系统环境人口容量分析与评价

黄河中游多沙粗沙区人口密度大，粮食供应不足，燃料、肥料、饲料“三料”缺乏，水土流失严重，人口与环境的矛盾成为制约经济发展的主要限制因子。不同类型区４条典型小流域治理实践表明：经过４～７ａ的综合治理，上述矛盾可得到初步解决，小流域系统的环境人口容量一般可达到适度或者宽松状况。并针对黄土高原沟壑区环境人口容量处于临界状态，提出了提高环境人口容量的具体措施。同时对本世纪末的环境人口容量进行了预测。

黄河中游流域系统水沙过程变异研究

目前 ,黄河中游地区流域水沙变化的研究主要以水文法和水保法分析为主。由于黄河中游具有明显的自然地带性分布特征 ,流域系统的水沙过程受到环境要素的综合影响。根据黄河中游河口镇至龙门区间已控一级支流的测站资料 ,采用地理环境要素法分析水沙变异及成因。研究表明 ,河龙区间流域径流量和输沙量与地理环境因子的影响密切相关。2 0世纪 70年代以来 ,降雨减水减沙作用不断减小 ,随着水土保持措施的提高 ,人类活动减水减沙所占比重不断增大。 70年代与 80年代气候波动和人类活动影响的平均减水减沙作用分别为 5 3.4%、2 8.6 %和46 .6 %、71.4%。

黄河流域系统与黄河流域的系统治理

习近平总书记9月18日在郑州主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会并发表重要讲话。他强调“黄河生态系统是一个有机整体”“要更加注重保护和治理的系统性、整体性、协同性”“要坚持山水林田湖草综合治理、系统治理、源头治理,统筹推进各项工作,加强协同配合,推动黄河流域高质量发展”,为黄河流域综合治理指明了方向。