中国水-能-粮耦合系统协同安全发展战略研究

水是水-能-粮(WEF)耦合系统的核心要素,为保障国家粮食和能源安全,必须加强水资源管理,坚持水资源、能源和粮食协同安全发展。在系统总结国内外WEF耦合系统纽带关系研究进展、科学认识WEF基本内涵的基础上,分析了我国各省份水资源、能源、粮食开发利用过程中存在的问题,揭示当前WEF耦合系统发展面临的能源需求持续增长与能源安全结构性矛盾日益凸显、不稳定因素加剧粮食安全风险、资源不匹配带来水资源约束趋紧、高质量发展对水-能-粮-生提出更高要求四大挑战,围绕区域特点和高质量发展目标,针对性提出了区域可持续发展模式与策略。研究建议,在西北资源富集地区,通过“四水四定”、水权交易及调水工程缓解水资源短缺;在京津冀地下水超采区,优化粮食安全布局,强化水与能源协同调控;在东北粮食增产区,拓展粮食生产空间,保护水资源合理开发利用;在南方水资源丰沛区,深化农业供给侧结构性改革,统筹“水风光储”一体化开发,以期为实现绿色低碳的可持续发展路径提供科学支撑与决策参考。

基于水库旱限水位的大型灌区水资源空间均衡优化调控

由于自然地理特征和经济社会活动的差异,大型灌区水资源分布和利用在时空上是不平衡的,尤其是受水文气象波动影响的农业灌溉供水,需要借助水利工程进行水资源空间均衡调控。目前按典型水平年制订的常规调配水方案无法展现水资源空间均衡状态在年内的变化响应过程,也无法考虑水资源在年际间调配的需求。鉴此,本文基于灌区水资源系统空间均衡评价模型和半分布式水资源系统模拟模型,以干旱年缺水时段平均水资源系统空间均衡度最大为目标,以骨干水库分期分级旱限水位和灌区分单元分用水户限供比例为调控变量,运用遗传算法开展大型灌区水资源系统空间均衡优化调控研究。淠河灌区应用结果显示:骨干水库的分级分期旱限水位能够实现水资源在年内和年际时间上的均衡调节,而分单元分用水户的限制供水措施能够使水资源在空间上得到合理配置。二者共同作用能更好地协调灌区供需水在时程分布和空间均衡间的关系,相较于运行现状能大幅提升水资源系统空间均衡度,增强灌区的可持续发展能力,为基于旱限水位的复杂水资源系统管理和应用提供新的思路。

安徽省资源型城市水资源承载力时空演变及其驱动因素分析

以安徽省资源型城市为样本区域,建立“人口-水质-水量-社会”评价体系;采用秩和比综合评价法,分级评价安徽省资源型城市水资源承载力;借助标准差椭圆和地理探测器分析研究区域水资源承载力的空间分异性及驱动因子的解释力大小。结果表明:2011—2021年,安徽省资源型城市的水资源承载力指数整体相对较低,2011—2015年以Ⅱ级(超载)状态为主,2015—2021年逐渐改善为Ⅲ级(临界)或Ⅳ级(不超载);安徽北部城市水资源承载力比南部城市更低,但增速较快,不均衡的水资源承载力分布格局正逐步改善;对各市水资源承载力空间分异性解释力最大的因子为生态补水用水量,其次为水污染次数和采掘业从业人员数。

协同调控水-农业-生态的干旱区多水源优化配置

干旱区农业发展往往以挤占生态用水和超采地下水为代价,考虑水-农业-生态互馈关系的水资源优化配置有助于平衡利益冲突。该研究以地下水均衡、经济效益和生态用水满足度为调控目标,构建基于水-农业-生态协同调控的多水源优化配置模型,并推求协调发展度计算式,提出了结合NSGA-Ⅱ算法和协调发展度的协同优化算法,分析石羊河流域水、农业和生态之间的权衡和协同关系,确定水-农业-生态协同提升下的水资源配置方案以及适宜的农业和生态用水比例。结果表明,现状条件下,六河子系统的水资源优化配置方案的经济效益可提升1.9%,实现地下水正均衡0.59亿m^(3);全流域农业和生态用水比例为90%∶10%,渠井用水比为67%∶33%。平水年保障蔡旗来水为3.48亿m^(3)/a时,能够以牺牲中游1.6%的经济效益实现生态用水满足度和地下水均衡量分别较基准情景提升4.8%和18.6%。研究为协同调控复杂的水-农业-生态关系提供了一种有效方法,可为干旱区流域水资源规划与管理提供参考。

水资源可利用量计算

水资源可利用量是从资源利用的角度,分析流域及河流水系可被河道外消耗利用的水资源量,对流域水系水资源开发利用程度的总体控制,水资源合理配置和水资源承载能力的研究具有实际意义。从阐述水资源可利用量的基本概念入手,提出了地表水资源可利用量和水资源可利用总量的计算方法,计算了全国及水资源一级区的可利用总量,同时分析了我国水资源开发利用的程度、限度和潜力。

改进污径比计算方法及应用

为了使现行污径比更加科学合理,提出底标比、排标比和危害系数并用来对原污径比进行改进完善。以东辽河为例,对新污径比进行检验。结果表明,新污径比不仅能作为生态水质评价的指标,还能量化反映河流环境容量盈亏度。新污径比还可以更广泛地应用到水资源水质评价、水资源承载力计算和区域可持续发展等研究领域。

基于模糊识别理论的江西省水资源承载力分析

利用模糊识别理论建立了区域水资源承载能力综合评价模型,利用水资源承载能力相关因子自身的数据结构特性,通过循环迭代计算得到区域的承载力的相对隶属度和影响因子的贡献率,同时考虑人的主观经验知识在评价过程中的作用,采用基于互补理论的二元对比方法确定主观权重,利用均衡因子用来平衡主观权重和客观权重。实例分析表明该模型是实用的、客观的。

水资源系统界壳理论研究及其应用前景

阐述了水资源系统界壳理论的基本概念和构成,并分析了水资源系统界壳理论在水资源系统中应用的前景。研究认为,水资源系统界壳的卫护与交换作用是双重的,且与水资源的保护、开发、利用以及优化配置调控功能是一致的。给出了对水资源进行保护、开发和利用的综合优化调控的数学模型。

河西地区水资源利用及耕地面积预测

本文通过对河西地区水资源及其转化的现状分析,在计算机上模拟了水资源农业利用率模型;畜牧业,工业和以环境为主的其它用水的累年叠加增长速度模型,并借助已模拟出的技术进步累年叠加增长速度,对河西地区1990年和2000年的农业利用率,水资源在各部门的分配率和分配量以及耕地面积进行了预测.

新疆阿克苏河流域水资源承载力变化分析

为合理利用、优化配置阿克苏河流域水资源,提高流域水资源承载力,采用主成分分析法定量衡量阿克苏河流域2006~2015年影响水资源承载力的15个指标,并根据主成分的得分贡献率,计算综合得分,以判定水资源承载力年际变化的规律。结果表明,影响阿克苏河流域水资源承载力的主要因素为人口、经济、水资源总量和农业用水。其中,2006年阿克苏河流域水资源承载力最小,综合得分为-25.053,随后为区间波动但总体上升的变化趋势,直至2015年承载力达到最大,综合得分为30.555。因此应加强水资源的管理和规划,实行严格的用水定额管理,以加强本流域的水资源承载力。

城市供水库群分解协调模型研究

针对城市供水库群水资源合理配置问题,采用大系统分解协调理论进行了探讨和研究,将供水库群分解为独立子系统,并在其间建立控制反馈的联系。同时,对子问题选用加速遗传算法进行求解;并以深圳市宝安区供水库群为研究对象,选择带有权重的相对缺水率最小为目标函数,建立了二层分解协调模型,验证了模型的可行性。

农业水资源利用效率分析——全要素水资源调整目标比率的应用

从分析水资源生产率与水资源利用效率两者的差异入手,探讨现行学术界普遍使用的农业水资源利用效率评价方法之间的优劣,采用全要素水资源调整目标比率测算方法,选择中国29个省(市、自治区)1999—2006年的平衡面板数据,运用DEA方法对中国农业水资源利用效率进行实证分析,结果表明:东部地区农业水资源效率最高,中部次之,西部最低;省际农业水资源利用效率水平之间的距离较大;总结农业用水效率的时间演变规律,效率较高的这些省份随着时间发展效率水平不断提高,而效率较低的省份的效率水平在研究期间内变化幅度较小。

净水资源利用率的计算及阈值的讨论

目前关于水资源开发利用程度衡量指标较混乱,本文对现有水资源利用率的概念和计算公式进行了评述。针对目前关于水资源利用率概念不清及其阈值界定不明确的缺陷,提出了净水资源利用率的概念及计算方法,并从干旱区河流水资源利用率阈值分析入手,阐述净水资源利用率的计算方法及其阈值大小。分析结果认为,净水资源利用率合理阈值为30%,极限阈值为40%;这一阈值适用于一般河流,包括干旱区河流。净水资源的概念及相关的阈值既统一了水资源利用程度衡量指标,也统一了干旱区河流和湿润区河流的各种情况。

银川平原浅层地下水资源和水盐调控研究

在阐述银川平原浅层地下水形成分布规律性的基础上 ,首次在该区采用三维地下水有限差分模型计算了地下水资源量、补排组构和可利用量。论证和提出用有害盐量取代以往惯用全盐量评价盐害和计算排引比的传统做法 ,通过水盐均衡计算指出 30多年来灌区一直处在脱盐状态。论证和提出了银北灌区各类水量的宏观调控意见 ,动态模拟计算了不同规划水平年引、排水 9套方案 。

水权质量、污染约束与水资源效率

水权质量与水资源效率是公平与效率的关系以水权质量作为地区水资源配置合理性的指标,从理论上证明水权质量会影响水资源效率,结合中国目前的用水现状构建水权质量评价指标体系,运用SBM方向性距离函数结合Meta-Fronitier-ML模型测算在污染减排约束下的水资源效率,并将水资源效率分解为共同前沿和群组前沿下的技术效率和技术进步,以及测算技术缺口比率、潜在技术变化和纯粹技术追赶。通过构建水权质量影响水资源效率及其分解项的计量模型,采用动态面板的系统GMM估计水权质量影响水资源效率的程度和作用机制。研究表明:水权质量的提高对水资源效率提升具有显著的正向作用,主要通过影响技术进步、缩小技术缺口比率降低技术追赶成本等方式作用于水资源效率的提升。

资源与环境双重约束下的粮食生产用水效率研究

基于1999—2013年省际面板数据,利用Meta-frontier和SBM-Undesirable模型研究了资源与环境约束下的粮食生产用水效率,进一步运用随机效应的Tobit模型对粮食生产用水效率的影响因素进行分析。结果表明,受制于不同地区粮食生产的技术"鸿沟",我国东中西部地区以及粮食主产区与非粮食主产区粮食生产用水效率存在较大差异;农业机械化程度、技术因素、人均粮食产量以及农民人均纯收入对粮食生产有显著影响;灌溉费的影响不显著,机械化程度逆向显著,说明节水灌溉设备并没有得到广泛使用,灌溉费及农业水价的制定不合理,没有起到促进粮食生产用水效率提高的作用。

河北省工业发展及水资源分析

河北省工业发展及工业结构与水资源承载力不适应 ,工业用水效率低、水污染严重、工业节水投入及措施滞后等问题突出。应实施调整产业结构、积极开发节水新技术、增加节水投入、完善水资源价格体系等全方位解决水问题的战略思路。

包头市水资源系统经济效益分析

通过工业资料的统计，获得有关供水效益计算的参数。以效益分析和国民经济评价原理为基础，运用效益分摊系数法对全市工业供水效益分析，用投资净效益率法对现状和２０００年全市水资源系统进行了国民经济评价。结果表明，包头市水资源系统的经济效益明显。

黄河流域水资源利用水平及提升途径

基于对黄河流域水资源利用现状和问题的梳理分析,讨论水资源利用率的相关概念,采用“净水资源利用率”指标表征黄河流域水资源开发利用程度;采用Super-SBM模型度量黄河流域水资源利用效率,结合Tapio脱钩理论构建适配模型探究水资源利用与经济发展间的解耦状态,分析水资源利用水平与经济发展之间的关系,探讨黄河流域水资源利用水平的制约因素和提升途径。结果表明:(1)2020年黄河流域水资源利用率为65%,净水资源利用率为58%,虽然实际水资源利用强度并未有想象得高,但是流域水资源开发利用依然处于过度状态;(2)黄河流域水资源利用整体水平在研究期间呈现上升趋势,九省区总体呈现出“下游高于中游高于上游”的空间格局,不同的发展模式和自身特征导致了不同地区水资源利用水平的差异;(3)水资源利用水平影响因素主要分为产业结构、科技水平、政策规制、经济发展、水利设施建设。最后针对影响因素提出了对应提升途径。

引汉济渭工程水库生态调度方案研究

引汉济渭工程是解决关中地区缺水问题的战略性调水工程,与南水北调中线工程的水源区部分重叠,开展生态调度研究保障河流生态环境用水,对维护工程水源区的生态环境可持续发展具有重要意义。在保证国家南水北调工程安全运行的前提下,分析引汉济渭工程水源区洪水资源利用可行性,在此基础上提出工程兼顾供水保证率目标的生态调度方案。研究认为,将三河口水库前期汛限水位抬高至643 m,且在保证三河口水库下游生态流量2.71 m^3/s时,引汉济渭工程受水区多年平均实际供水量为10.04亿m^3,供水保证率80.8%,可以显著提高下游河道生态基流满足程度,在典型枯水年、平水年和丰水年均可以使三河口下游河道生态基流满足程度达到97.5%,显著提升了工程的生态效益。