白洋淀生态补水量质综合保障决策支持系统平台研究

在天然水资源衰减严重流域,河湖系统生态补水已经成为湖泊水生态系统修复的重要途径之一.本研究以提升河-湖系统生态补水的科学性为目标,以白洋淀为例设计并研发了集成监测-模拟模式的白洋淀上游河流生态补水量质综合保障决策支持系统平台.系统平台涵盖了基础地理信息查询、地表-地下水量水质实时动态监测、上游河流补水河道水量水质耦合模拟、基于水量平衡模型的白洋淀水位预测,以及生态补水与水污染防治综合管控方案库等核心功能.该系统可为在气候变化和人类活动共同影响下科学高效制定白洋淀生态补水水量与水质综合保障方案提供决策支持,并为基于大数据与云计算的环境与水利领域决策支持平台研发提供借鉴.

水量-水质-生态需水综合视角下黄河流域水稀缺评估

基于水足迹方法从水量水质生态需水综合视角下对黄河流域的水稀缺进行评估。结果表明:2021年黄河流域的蓝水足迹和灰水足迹分别为526.5亿m^(3)和3056.2亿m^(3);仅考虑水量和生态需水时,黄河流域的缺水压力较小,其中85.4%的地级市为低缺水压力,仅10.1%的地级市处于极端缺水压力;纳入水质因素后,仅15.7%的地级市为低缺水压力,而64.0%的地级市处于极端缺水压力,水质因素显著加剧了流域的缺水压力。建议协同推进水资源管理和保护,推广节水技术和水资源循环利用,重点提高农业水资源利用效率和强化农业污染治理,以缓解黄河流域经济发展与水资源限制之间的矛盾。

长江干流跨省横向生态补偿机制框架探讨

长江是中华民族的母亲河,推动建立长江流域横向生态保护补偿机制,对于理顺流域生态保护地区与受益地区的利益关系,促进流域高水平生态保护和高质量发展具有重大意义。以长江干流为对象,提出了基于水质水量的长江干流跨省横向生态补偿框架,探讨了横向生态补偿的补偿要素、补偿标准、补偿资金分摊、监测考核指标和保障体系,并采用2018年数据初步开展了长江干流跨省横向生态补偿案例研究。研究结果表明长江干流横向生态补偿的主要出资省(自治区、市)为江苏、上海、安徽,获得补偿的省(自治区、市)为四川、青海、云南、西藏、江西,体现了长江干流下游受益省份对上游保护省份的补偿关系。研究认为长江干流应建立一个全流域层面多省份同时参与的横向生态补偿机制,初期可以水质水量为补偿要素,未来可逐步拓展补偿要素范围,提高补偿考核标准,完善生态补偿保障体系。

台州主城区河道生态需水计算与水量调度

为保障台州市主城区河道的生态服务功能,在分析该地区河道特点的基础上,构建了一种适用于该地区的生态需水计算方法,该方法综合考虑了流速、水位和水质3个方面的要求,并利用MIKE11水动力水质模型,定量确定了能够达到生态流速、生态水位和水质目标的河道水量调度方法。计算结果表明,主城区河网的生态流速为0.1 m/s,生态水位阈值范围为1.8~2.24 m,在充分发挥再生水清洁水源的基础上辅以河道补水,台州主城区河网在丰水年、平水年、枯水年均能够同时满足水位、流速及水质的目标要求,可为城市河网合理调配水资源维持河湖生态健康提供决策依据。

基于水量与水质的太湖流域水生态服务供需关系及多情景评估

耦合水量供给与水质净化的水生态服务供需关系的多尺度空间量化评估,有助于刻画和识别丰水区水质性缺水问题,并丰富水生态服务研究。在构建水量供给和水质净化服务供需评估方法的基础上,利用空间分析方法在现状情景基础上分别设置提升用水效率、改善土地管理方式和优化土地利用空间配置三种优化情景,并在栅格、子流域和县域三个尺度上开展基于水量供给和水质净化的水生态服务供需关系的定量评估,分别探讨了不同情景不同尺度下的水生态服务供需变化、空间响应及其机制特征。研究结果表明:(1)太湖流域的水量供需状况显著优于水质供需状况,节水能够有效改善流域内的水量赤字,而减量施肥和优化土地利用配置能够显著改善流域内的水质赤字。(2)多尺度的水量供给与水质净化服务供需解析,有助于精准识别不同尺度下亟需治理的关键区域。(3)水量赤字区主要集中在建设用地分布区域,耕地仍是引致水质赤字的主要原因,但随着尺度的逐渐增大,水质赤字区的建设用地面积也在不断增加。(4)优化土地利用结构方案是解决水质性缺水的最有效方法,但需要突破现有政策尤其是耕地保护政策的刚性约束,故耦合提升用水效率等方法是当前治理太湖流域“水质性缺水”问题首选措施。

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。

基于水质水量耦合模型的湟水西宁市段生态流量计算及模拟分析

考虑未来枯水期湟水生态流量、水质将面临不稳定达标风险,提出量化计算与数值模拟相结合的方法确定满足水质水量目标的湟水西宁市段生态流量。基于实测流量、断面、污染源等现状调查及分析,采用不同频率最枯月平均值法、改进年内同频率展布法、生态水力半径法3种方法计算了湟水西宁市段生态流量,并与Tennant法的计算结果进行合理性分析比较。利用MIKE11水动力和水质模块构建了水质水量耦合模型,利用率定后的模型,以COD、NH3-N作为主要污染物指标,通过模拟不同生态流量下泄过程,分析了3种计算方法对应的下泄方案对湟水西宁市段水质的影响,优选出合理的生态流量的下泄方案,得出了满足水质水量需求的湟水西宁市段生态流量,为湟水西宁市段的水生态保护及区域水资源配置方案提供理论支撑。

中国“水量”和“水质”生态足迹及可持续能力量化方法与实证研究

科学测度水资源和水环境可持续能力,对区域水资源管理具有重要意义。从“水量”和“水质”两个角度,对我国31个省域地区的“水量”及“水质“生态足迹、生态承载力和生态压力指数进行研究。结果表明:(1)2000—2020年,我国水资源生态压力指数均小于1,最高值为2011年的0.86,总体水量供给充足,可持续能力强;万元GDP水量生态足迹呈波动下降趋势,用水效率大幅度提升。(2)2000—2020年,我国水质可持续能力均较强,处于安全和较安全状态,水质生态盈余量约2亿hm2;人均水质承载力约为人均水质生态足迹的2倍,且万元GDP产生的污水量呈下降趋势。(3)人均水量生态足迹和万元GDP水量生态足迹的空间重心均位于甘肃省。水量及水质生态足迹高值区,均主要位于“胡焕庸线”西北部,而承载力高值区,主要位于青藏高原和我国南方地区。(4)我国水量可持续能力处于安全、临界状态和不安全的地区数,分别占55%、6%和39%;水质可持续能力处于安全、临界状态和不安全的地区数,分别占61%、3%和35%;水量及水质可持续能力较强和较弱的地区数之比,约为6∶4。研究揭示了我国水量及水质风险等级的区域差异,有助于为我国水资源管理及水污染防治提供科学依据。

黄河流域横向生态补偿标准的测度研究

黄河流域生态补偿是重要的制度创新,而补偿标准测算是黄河流域生态补偿机制构建的关键环节。首先客观评价黄河流域各省界断面的水质状况,判断各省区应该进行保护补偿或损害赔偿。然后,构建基于水质恢复成本的差异化补偿标准测算模型,对黄河流域各省区的横向保护补偿金额和横向损害赔偿金额分别进行测算。结果表明黄河干流2019年整体水质状况较好,但仍存在横向生态补偿的必要性;通过综合测算,青海、甘肃、山东应该得到补偿;宁夏、内蒙古、山西、陕西和河南应该进行赔偿。研究思路和对策建议对黄河流域的生态补偿机制运行和完善有一定的借鉴意义。

跨界流域污染治理政策的效果——关于流域生态补偿政策的环境效益分析

本文以流域生态补偿政策为准自然实验,在匹配县域层面2007—2018年全国交界断面水质数据与县域统计年鉴数据的基础上,采用多期DID方法分析了跨界流域污染治理政策对交界断面水质的影响及其作用机制。本文研究发现,第一,流域生态补偿政策取得了显著的环境效益,流域交界断面水质在生态补偿实施以后趋于优化。第二,流域生态补偿政策所获环境效益的大小受到补偿方式的影响,呈现出双向生态补偿优于单向生态补偿和纵向生态补偿方式的特征。第三,机制检验显示,流域生态补偿政策通过在短期内增加公共财政支出和在长期内调整产业结构两个方面实现了相应的环境效益。第四,异质性分析表明,流域生态补偿政策同样显著提升了水质酸碱度指数、高锰酸盐指数和氨氮浓度指数等更为微观的水环境质量,并且对于水环境污染更严重、第二产业占比更高、人均GDP更低的地区,这种提升作用更为显著。此外,政策变迁方式的不同也会影响环境效益的大小,单向生态补偿转双向生态补偿的环境效益最高,纵向生态补偿转双向生态补偿次之,纵向生态补偿转单向生态补偿最差。

永定河(山峡段)补水成效分析

为改善永定河(山峡段)常年断流、河床沙化,水生态环境破坏严重等问题,门头沟区政府从2019年起开始对永定河(山峡段)进行生态补水,用来改善、修复、恢复生态系统节后功能和自我调节能力,促进绿色可持续发展,目前已初见成效。为进一步量化补水成效,以便政府部门决策,以生态补水数据、地面气象监测数据、环境数据为基础,综合运用卫星遥感监测数据,通过对2019~2021年间北京市门头沟区永定河(山峡段)补水后的生态变化情况进行分析,结果表明,永定河(山峡段)主河道河面面积约增加了一倍,主要河段河水水质明显改善;主河道周边1km范围植被覆盖率增长了6倍,植被生态质量增长了近4成,地表热环境指数均呈下降趋势,沿河周边村落热岛效应明显改善。本研究量化给出相关政府部门多年来永定河治理的成效,为相关政府行政部门研究和制定永定河生态修复工程等提供科学支持,为永定河后续污染防治提供理论基础。

吉林省西部潜字泡的水质演化机制及渔业生态环境分析

通过对潜字泡多年逐月水质-水量监测及水体初级生产力的调查与分析研究,初步提出了潜字泡的水位-水量关系曲线,湖水水量以受入湖中水及降水影响为主,入湖-出湖水量满足维持生态产出(水产养殖)的要求;水质呈重度富营养化状态,其中总氮、总磷的浓度偏高。浮游生物的生物量及水体鱼产力较高,以优良饵料居多,适宜鲢、鳙鱼等滤食性鱼类生长,渔业生态环境基本满足养殖要求。

阅海湖生态环境需水研究

[目的]探明银川市阅海湖生态环境需水量,满足其生态系统稳定不退化所需要消耗的水资源总量。[方法]于2019年对阅海湖进行水样采集,测定总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD Cr)和高锰酸盐指数(COD_(Mn))4个主要水质污染物指标,通过建立水质-水量耦合模型,采用功能法计算分析阅海湖水体最小、适宜和最大生态环境需水量。[结果]阅海湖水质保持现状所需引水量由污染物指标TP、COD Cr和COD_(Mn)决定,达到地表水水质标准Ⅲ类水时所需引水量由污染物指标COD Cr决定;阅海湖生态环境需水量划分为3个部分,分别为水体基本需水量、水体生态环境改善需水量、岸边带植被及景观娱乐需水量,水体基本需水量和生态环境改善需水量占阅海湖总需水量的绝大部分,通过计算可知,水体生态环境最小需水量为14.64×10^(6) m^(3),适宜需水量为24.76×10^(6) m^(3),最大需水量为50.98×10^(6) m^(3)。[结论]阅海湖水体水质已受到污染,含磷营养盐和有机物污染正在成为阅海湖水质的基本制约因素,应严格限制流入湖区地表水体污染物含量,并实现多渠道补水以免湖泊生态情况进一步恶化。

论流域左右岸分布补偿创新机制

国内流域生态补偿已在我国部分地区试点,并取得良好成效。但目前仅适用于上下游结构的流域,在大部分左右岸分布的流域推行还有较大困难。通过智慧水环境平台强大的功能支撑,进一步厘清左右岸分布河道污染组成与分布情况,打破了生态补偿机制只能在流域上下游推行的桎梏,让生态补偿机制在上述地区得以推广,有效解决了类似区域内水生态环境治理过程中的制度困局。

现代水资源保护规划技术体系

针对新时期我国水资源保护面临的形势和要求,回顾以往水资源保护规划工作及存在问题。扩展水资源保护的内涵,提出基于水质、水量、水生态并重的现代水资源保护规划技术体系,明确规划的基本原则、主要内容、技术要求和措施体系,提出亟须开展的关键技术研究,对指导和完善我国各流域水资源保护规划编制工作具有重要意义。

基于跨区域水质水量指标的流域生态补偿量测算方法研究

生态补偿量测算方法研究是国内外流域生态补偿领域研究的重点课题之一。本研究提出的基于河流水质水量的跨行政区界的生态补偿量计算办法,将实行统一的流域和区域综合环境管理纳入到流域地区政府的责任范围内,即将流域水体行政区界河流水质和水量指标设定为生态补偿测算的综合指标值中。本研究首次尝试应用"综合污染指数法"进行流域生态补偿的水质评价,并提出依据水权和对全流域GDP的贡献度或比率的方法进行流域水流量的测算。同时,提出跨区域流域生态补偿量测算的原则、模式、流程及计算模型,并结合实例进行了理论上的测算,解决了流域生态补偿中利益主体责任不清的弊端和补偿执行不力的缺陷,并为流域生态补偿的有效实施提供了执行的方法和依据。

基于生态补水的水环境改善效果评价体系

在分析生态补水对水环境影响的基础上,从水文、水力、水质角度提出改善效果评价体系,具体的评价指标包括生态补水量系数、重要节点补水效率、换水周期变化率、区域水质改善度;以常熟市生态补水试验为例,分析评估了生态补水对水环境的改善效果。结果表明,该指标体系能够为优化生态补水方案提供定量化基础,同时指导不同连通调水模拟方案间的优选分析。

我国生态流量管理实践探索

结合水资源开发利用与保护实践中,贵州赤水河生态流量管理、福建小水电退出机制试点、新疆塔里木河生态补水、"引察济向"应急补水生态流量管理典型案例,归纳总结出以生态保护目标为核心的生态流量管理、维持基本水量(水位)的生态流量管理、实行总量控制的生态水量调度、应急补水性的生态流量管理4种生态流量管理模式,并提出加强生态流量管理应切实转变发展理念,增强生态流量保障意识;建立健全体制机制,完善生态流量管理制度体系;完善水利工程设施功能,提高生态流量配置与调度能力等建议。

高度城镇化地区河网水系生态调控方案

为探究长三角高度城镇化地区河网水系生态调控方案,以秦淮河流域下游地区水系为例,采用生态功能设定法,计算了各河段生态水位和生态流量。通过构建一维水量水质模型,在枯水年非汛期水量调控及截污措施协同驱动下,对水位、流量及污染物浓度的时空分布特征进行多情景数值模拟,并对生态水量保障率及水质改善效果进行评估。结果表明,水位调控措施对水质改善作用非常有限,无法保障河道生态基流需求;引水措施的调控效果较为明显,但水质改善率增幅随引水流量增加而下降;截污措施的水质改善效果优于水量调控方案,但存在显著的空间异质性,且无法提高生态基流保障率;将截污措施与引水措施结合,是满足城市水系生态水量及水质要求的最佳选择。

流域水质目标管理技术研究：Ⅴ.水污染防治的环境经济政策

环境经济政策是流域水质目标管理技术的重要组成部分.通过分析国内外的环境经济政策以及主要经济手段的实施现状与特点,指出我国环境经济政策的不足与问题.以流域控制单元为对象,提出水污染防治的环境经济政策的基本内涵和特点,以"分区、分类、分级、分期"为基本理念,研究了适合我国流域水质目标管理的环境经济政策框架与构建思路,并对环境财政、环境投融资、排污收费与污染税、生态补偿与污染赔偿等具体手段进行了阐述,提出环境经济政策的综合实施机制以及相关的政策保障.