一种基于物质点法的熔冰仿真方法

为了解决拉格朗日法模拟熔冰时产生的穿模现象,提出一种基于物质点法的熔冰仿真方法。首先,将欧拉空间中的每个拉格朗日粒子视为固-液双相耦合的集合体,实现固相到液相的平稳过渡;其次,在物质点法背景网格上计算热能,采用预处理共轭梯度法求解相变过程的温度线性系统;最后,对潜热现象进行处理,引入虚拟水模型,通过限制虚拟水的移动来实现对冰块外部水流现象的仿真。实验结果表明,该方法不仅能够利用物质点法处理自碰撞的优势解决穿模现象,而且能模拟出真实的潜热过程的水流现象。

京津冀城市群虚拟水流动格局变化对区域水资源压力的影响

【目的】合理的虚拟水调动是缓解水压力的重要途径,尤其在人口聚集的城市群地区,用水需求激增导致区域缺水问题严重。城市群内部不同地区间的紧密关联有助于促进虚拟水贸易,对优化城市群水资源配置、缓解水资源压力具有重要意义。【方法】采用多区域投入产出法,解析极端缺水的京津冀城市群内外间及其内部的虚拟水流动格局与变化,并揭示其对缓解区域水压力的作用。【结果】结果表明:(1)2012—2017年京津冀城市群与外部地区的虚拟水贸易量先增加后减少,而城市群内部虚拟水自给量却先减少后增加,2015年后京津冀内部虚拟水贸易增强;(2)京津冀城市群内部虚拟水流动格局呈现明显的时空异质性,虚拟水主要由经济相对欠发达的周边城市流入经济相对发达的中心城市(北京市、天津市、石家庄市和廊坊市),且随时间的推移,流动强度和向中心城市的集中程度均不断加强;(3)虚拟水流动明显缓解了京津冀中心城市的水资源压力,其实际水压力指数比虚拟水流动后的假定水压力指数年均下降12.12%,且下降程度逐年增加,但却加重了周边城市的水资源压力。【结论】京津冀城市群虚拟水流动有效缓解了中心城市的缺水压力,但不同城市的产业结构调整、虚拟水流动格局优化仍有很大提升空间。

区域粮食虚拟水流动经济社会影响效应分析

虚拟水流动是水资源在空间上再分配的一种重要表现形式,作为虚拟水的载体,粮食贸易运输过程中伴随着虚拟水的流动。中国人口和资源与粮食生产呈现明显的空间错位,虚拟水流动格局、水土资源分布、经济社会发展情况的空间匹配度较差。在现阶段虚拟水-实体水耦合分析探究粮食虚拟水流动资源环境效应的基础上,增添其对经济社会的影响效应分析,可以进一步优化资源调配,促进区域可持续发展。本研究以中国内地31省份为研究区,以省级行政区划为研究单元,分析了1997—2021年间粮食虚拟水流动的时空演变格局;通过空间聚类分析以及虚拟水-经济社会化数据耦合分析明确了粮食虚拟水调运的空间聚类情况,解析了主要输入和输出省份粮食虚拟水的调运量与经济社会发展的相关关系;选取9个主要经济社会影响因子,将灰色关联度和集对分析方法结合探讨了经济社会影响因子对粮食虚拟水流动影响效应的空间差异。结果表明:粮食虚拟水流动总体呈现从“缺水”的北方流向“富水”的东南区域,从经济欠发达地区流向经济发达地区的趋势,且经济社会系统在一定程度上影响了粮食虚拟水的流动。根据经济社会因子对不同省份粮食虚拟水流动的影响效应,将各省份粮食虚拟水流动的经济社会关联类型划分为产业关联型、社会关联型和资源关联型。综上,促进区域间协调发展与产业结构优化将是解决我国粮食虚拟水流动伴生的自然环境与经济社会负反馈效应的重要解决途径。

“双循环”背景下中国虚拟水流动格局特征分析——基于MRIO模型

水资源是一项关系到国计民生的基础性自然资源和战略性经济资源,揭示虚拟水流动格局特征对水资源可持续发展具有重要意义。本研究通过构建多区域投入产出(MRIO)模型,利用2017年中国区域间投入产出表数据,构建区域间虚拟水资源核算体系,测算2017年中国贸易隐含虚拟水流量,从省内循环、省际循环和国际循环3个循环结构揭示中国虚拟水流动格局特征,为中国水资源管理政策制定提供有效建议。结论如下:1)中国虚拟水贸易呈现内循环占主体、国际循环占比较少的分布特征,其中内循环平均占比超过90%,省内循环平均占比超过70%,即区域间循环比重较少;2)虚拟水贸易的转移格局与中国区域水资源禀赋存在分布差异,经济较发达的丰水地区水资源最终需求呈现对外的极大依赖性,相反水资源稀缺地区对省际虚拟水流入依赖度较低。结果表明,中国应强调国内循环的主导作用,通过国内大循环推动国内国际双循环;同时依托虚拟水战略,打破省际壁垒,鼓励提高区域间循环比例,推进水资源的可持续管理。

矿井涌水量预测方法及对比分析-以新疆东沟煤矿为例

矿井涌水量的预测对煤矿的安全生产具有重要意义。水文地质参数的准确选择、计算方法的选择对矿井涌水量的准确预测影响巨大,同时考虑到矿井开采实际,涌水量不是从开采初期就稳定不变的,而是动态变化的。为提升涌水量预测的准确度,更好地为煤矿开采服务,在分析新疆东沟煤矿地质及水文地质条件,选取准确水文地质参数的基础上,选择了2种适用于东沟煤矿的涌水量预测方法进行了对比分析。计算结果表明:①非稳定流释水-断面流法计算得到的涌水量呈现动态变化特征,采掘强度稳定后,变化幅度变小,最后趋于稳定;②采用大井法、非稳定流释水-断面流法计算得到的预测涌水量分别为3396、599.87~612.9 m^(3)/d与实际涌水量480 m^(3)/d分别相差607.5%>24.97%~27.69%;③根据矿井实际开采产生的涌水量数据验证分析,采用非稳定流释水-断面流法计算得到的涌水量与实际开采产生的涌水量基本吻合,涌水量预测结果的准确度依次为非稳定流释水-断面流法>大井法;④在资料充足、参数准确的情况下,建议优先选择非稳定流释水-断面流法计算涌水量,在补水边界条件差且符合大井法要求的条件下建议首先选用大井法。本次计算结果一方面充分验证了非稳定流释水-断面流法的准确度,另一方面为煤矿矿井涌水量计算提供了借鉴,同时也为东沟煤矿的安全生产提供了数据支撑。

受水库回水及洪水影响的水位流量关系探讨

受水库回水及洪水涨落影响下的水位流量(Z~Q)关系是一种复杂的关系。本文以郁江支流沙坪河沙坪水文站测流成果为依托,通过虚拟水文监测点,测流时涨差、沙坪与虚拟水位差、沙坪站水位等多要素为参数构建沙坪站水位流量关系,并用于开展2023年洪水期、平陆运河建设期该河段的预警预报服务。此方法可为众多同时受水库回水顶托和洪水涨落影响的水文站构建水位流量关系提供方法参考和借鉴。

新发展格局下虚拟水流动对区域粮食安全的影响

选取2012—2020年中国31个省(自治区、直辖市)的面板数据,基于彭曼公式估算稻谷、小麦、玉米、大豆四大粮食作物的虚拟水含量和贸易流量,通过固定效应回归模型分析虚拟水流动对区域粮食安全的影响。结果表明:粮食作物的虚拟水含量在品种、空间上存在明显的差别,虚拟水从北方流向南且流动量逐年增加;虚拟水净调出量与区域粮食安全呈显著的倒“U”形关系,说明虚拟水在区域间的转移应存在一定限度;播种面积、人均水资源量、农业机械化水平和城镇化水平等因素对区域粮食安全均具有显著的影响。为此,提出了筑牢水利保障、优化种植结构、发展节水农业、提升粮食综合生产能力等保障区域粮食安全的对策建议。

长三角地区农业虚拟水流动格局研究——基于水资源拓展的多地区投入产出分析

研究农业虚拟水跨域流动格局,可以揭示贸易与区域水资源短缺问题之间更深层次的关系,对保障粮食安全,优化水资源配置,促进区域高质量发展有重要意义。作为我国最大的城市群,长三角地区内部资源要素流动频繁,且与国内其他地区间农产品贸易往来密切;但同时也面临着水资源短缺等风险。以长三角地区为例,构建水资源拓展的投入产出模型对农业虚拟水流动量进行计算,并结合虚拟水平衡状态和水资源压力状态探究国内城市群农产品贸易所驱动的虚拟水流动关系的影响。结果发现:从区域水资源状态来看,长三角地区水资源压力状态整体偏高,用水矛盾突出;虚拟水平衡状态表现为高度依赖区域外农业虚拟水流入。从时间维度看,自经济新常态以来,长三角地区始终表现为农业虚拟水净输入状态,虚拟水资源输入量总体呈现上升趋势,而虚拟水的自给率呈现先下降后上升的趋势;农业供给侧结构性改革前后,长三角内部农业虚拟水流动结构出现变动,江苏省替代安徽省成为上海市最重要的虚拟水来源。从空间维度看,长三角内部虚拟水流动呈现“安徽-江苏-浙江-上海”的链状结构;长三角和全国其他地区间呈现出“北方单向流入,南方双向互动”的虚拟水流动特征。最后,基于虚拟水战略实施视角,从引导区域内资源要素有序流动、健全生态产品价值实现机制、完善区域间贸易结构等视角提出相关政策建议,以期为调整优化区域农产品生产及贸易格局,促进人水和谐的城市群建设提供参考。

Water and the Configuration of Social Worlds: An Anthropological Perspective

From an anthropological perspective, water is not only the sine qua non of life in general, it is also seen to configure societies in particular ways, and to generate particular values. This will be substantiated in four moves. First, the hydrological cycle and other elementals of water will be discussed. Second, we shall zoom in on rivers, transforming natural resources and social communities as they bend and twist. Third, we shall discuss artificially established canals, emulating natural flows, but having their own long-term social and political implications. Fourth, we shall focus on wells, providing nodal points of social life and potential conflict. The article ends with some observations on water as a theory-machine.

黄河流域粮食虚拟水流动对水资源空间均衡性的影响

采用引力模型、彭曼公式测算黄河流域省区间粮食虚拟水流动量,基于环境、经济、社会维度,通过比较虚拟水流动存在与否情景下的基尼系数,分析黄河流域粮食虚拟水流动对水资源空间均衡性的影响。结果表明:在2018年黄河流域省区间粮食虚拟水流动中,山东、河南、陕西、内蒙古的粮食虚拟水、虚拟蓝水呈净流出;山西、甘肃、宁夏、青海的粮食虚拟水、虚拟蓝水则呈净流入;黄河流域省区间粮食虚拟水流动在环境、经济、社会维度下均一定程度上促进了水资源空间均衡,其中环境维度下的促进作用较为微弱。

基于MRIO与GTWR的中国水资源流动格局驱动因素分析

本文基于水足迹视角,利用多区域投入产出模型(MRIO)分析2002—2017年中国省际各产业水资源流动格局,运用时空地理加权回归模型(GTWR),综合考虑了自然、社会经济和科技共20个指标,分别探讨影响中国省际流入与流出虚拟水的驱动因素。结果表明:(1)在研究期间,各产业流入与流出虚拟水占比有所变化,农业始终占据较大的比重,工业呈不断下降的趋势,服务业的占比逐渐增加,到2017年仅次于农业;(2)在流动格局中,东部绝大部分地区各产业流入虚拟水高于流出虚拟水,中部和西部绝大部分地区各产业流出虚拟水高于流入虚拟水;(3)流入虚拟水时空变化的驱动因素中,产业影响力、人口总数和水资源承载力等因素的增长对流入虚拟水的增加具有显著的促进作用,而耕地灌溉面积比例和R&D经费投资总额的增长会抑制流入虚拟水的增加;(4)人口总数、交通密度和单位GDP耗水等因素的增长会促进流出虚拟水的增加,而单位GDP耗能、产业影响力和R&D经费投资总额等因素的增长则会对流出虚拟水的增加起阻碍作用。

关于中国水足迹研究综述

当前中国水资源供需矛盾突出,粮食安全问题日显重要。全面分析水足迹情况,是通过虚拟水战略实现可持续发展的前提。从研究区域、时空尺度、对象、定量研究方法、内容等多角度比较国内外研究,总结关于我国水足迹研究的不足。包括对南方或经济尚不发达地区的研究不足;缺乏较大范围内进行较小空间尺度的分析及科学的时间维度划分,且对区域的分析无统一口径;有关工业和第三产业的研究较少;缺乏适合我国实情的先进定量研究方法;关于虚拟水流动、水足迹时空差异、"灰水"的研究以及相关评价分析方面均有待完善。在关于我国水足迹的进一步研究中,要加强对南方及落后区域、工业和第三产业的水足迹研究;科学借鉴国外先进的分析方法并予以创新;统一分析口径;加强统计资料管理;同时注意完善相关研究内容,如识别虚拟水流动的起始国(或区域)和终点国(或区域)、基于水足迹分析系统评价水资源承载能力等。

中国粮食贸易中的虚拟水流动格局与成因分析——兼论“虚拟水战略”在我国的适用性

本文从资源禀赋、资源优化配置、经济价值以及自然属性等角度对粮食虚拟水流动格局的驱动成因进行探讨,利用改进的数据包络分析法对中国各地区农业资源利用相对效率测算的,结果表明,中国农业资源利用效率具有很大的提高潜力。对"虚拟水战略"在我国实施的适用性进行分析,针对以上结果提出了保障国家粮食安全与水安全方面的相关建议。

河套灌区粮食水足迹与虚拟水净输出时空演变

为了正确评价灌区内水资源使用对改善现有水资源管理的影响,文中引入水足迹与虚拟水概念,同时考虑降雨和灌溉用水,计算了1960—2008年内蒙古河套灌区粮食水足迹与虚拟水净输出量的时空变化,进一步评价了灌区水资源在区域内和区域间的分配.结果表明:1960—2008年河套灌区粮食水足迹由3.534×109m3减小为1.634×109m3,自2000年灌区粮食虚拟水净输出量呈下降态势,两者构成均以蓝水为主(90%);空间分布上,河套灌区中部地区(杭后、临河和五原)的粮食水足迹和虚拟水净输出量较大,而其他地区(磴口和前旗)较小;1960—2008年,粮食生产用水在灌区用水总量中所占比例呈显著下降趋势,年均下降1.07%.粮食生产用水的大部分以虚拟形式输送到灌区外部,该比例近年有所降低,但2008年仍高达76.22%.未来河套灌区应注重绿水和蓝水资源利用效率的提高.该研究为灌区水资源管理宏观政策的制定和可持续发展的实现提供理论依据.

农产品贸易中虚拟水流的驱动因素研究

经济发展中的虚拟水贸易实施受到多种要素的影响与制约。在回顾当前虚拟水研究进展的基础上,从自然、经济、社会、生态、技术和政策六个维度系统分析了以农产品为主要载体的虚拟水贸易实施的影响因素,进而收集32个典型的虚拟水贸易实施国家的横截面数据,利用多元逐步回归的方法,以虚拟水对外依赖程度为因变量,对部分影响因素进行了实证检验,并根据实证结果从资源优化配置与区域经济贡献的角度解释了国内学者研究得出的我国区际间农产品虚拟水的流动格局。研究表明:耕地资源及水资源的稀缺程度、区域经济发展水平、社会调适能力是虚拟水进口的正向驱动因素,而农业用水效率则是虚拟水进口的逆向驱动因素。

中国省际间农畜产品虚拟水流动合理性评价与调控研究

为探究区域虚拟水流动适宜性与流动现状之间的匹配度,提高我国水资源配置效率,优化农畜产品生产空间布局,从水资源、土地资源、农业发展基础、社会经济发展水平和生态环境5个方面构建了中国各省农畜产品虚拟水资源流动适宜性评价指标体系,运用综合加权求和方法,计算农畜产品虚拟水资源流动适宜性。并在此基础上,结合农畜产品虚拟水流动现状,提出农畜产品虚拟水流动合理性的概念,构建定量评价模型,计算中国省际间农畜产品虚拟水资源流动合理性指数。结果表明:农畜产品虚拟水适宜输出地较适宜输入地多,且多位于内陆,西藏、黑龙江、内蒙古农畜产品虚拟水输出适宜性指数大,北京、天津、上海农畜产品虚拟水输入适宜性指数位居前三;影响各省农畜产品虚拟水流动适宜性指数大小的原因各异;全国各省农畜产品虚拟水流动合理性整体水平不高,合理性指数小于1的仅有14个省,虚拟水流动较合理的有上海、山西、吉林等省,其合理性指数分别为0.16、0.21、0.23,最不合理的为贵州,其合理性指数高达4.84,其次是河南、宁夏,其合理性指数分别为4.18、4.04;合理性的分布没有明显地域规律,不同程度的合理性杂乱分布,没有明显的南北分异或东西分异。最后,根据各省农畜产品虚拟水流动适宜性以及流动现状,提出农畜产品虚拟水流动调整策略,调整类型大致分为控制输出型、鼓励输出型、控制输入型、鼓励输入型、转换输入型和转换输出型6种。宁夏、内蒙古、新疆、黑龙江、河南和吉林属于控制输出型,西藏、青海、安徽应增加其虚拟水输出量,福建、浙江、重庆、广州应减少其虚拟水输入量。上海、北京、天津、山西、江苏和陕西6省市农畜产品虚拟水输入现状水平低于其输入适宜性水平,应该增加其虚拟水输入量。

海河流域水资源演变与驱动机制

海河流域含京津冀及周边三省,是我国水资源短缺和用水矛盾最突出的地区。中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心团队围绕不断加剧的水资源短缺,研究了流域水资源演变的关键驱动机制:山区径流变化、农业需水和虚拟水外输,分析了流域水资源演变的主要原因,并对未来的可能调控提出了建议。研究首先选取海河流域的八大山区子流域,分析了20世纪60年代以来的径流变化,确认70年代开始山区来水逐渐减少,径流减少的关键时期是1978—1985年,推断农业用水增加是径流减少的核心驱动因素;其次,基于作物模型、作物系数法和遥感等手段,量化了海河平原农业用水的时空格局和区域水量平衡,通过对比农业耗水量、地下水水位变化和南水北调中线供水量,确立了山前平原区南水北调实施后为实现水量平衡需控制用水的进一步扩大、低平原区仍然亏缺的未来水资源态势;最后,通过粮食贸易的虚拟水分析,指出本地区外输虚拟水达90亿m^3,是造成水资源短缺的重要原因,减缓虚拟水外输或输入一定虚拟水是缓解区域水资源压力的可选方案。

虚拟水研究文献综述

对虚拟水的国际研究进程和在国内发展的情况进行分类、整理,并分别对未来国际、国内研究动向进行分析。

中国农产品虚拟水流动格局的形成机理与维持机制研究

从国际和区际两个层面上对我国农产品贸易导致的虚拟水流动量进行计算,结果显示我国国际农产品虚拟水净进口量由2000年的117.1亿m3扩大到2008年的798.5亿m3,主要原因在于近年来国际大豆进口量的剧增;区际农产品虚拟水流动格局表明,我国北方地区通过农产品贸易向南方地区净调出的虚拟水由2000年的163亿m3增加到2008年的313.5亿m3。其中,黄淮海和东北地区是我国虚拟水最主要的调出区,而华南、东南地区则是最主要的调入区。我国农产品虚拟水流动格局的形成受多重因素的综合影响,从耕地资源、人口、经济驱动、国家政策和技术进步五个因素对其形成机理展开研究。最后,从完善农业生态补偿机制、农业水资源援助战略、跨流域调水及发展节水高效现代农业四个方面对我国农产品虚拟水流动格局的维持机制提供政策启示。

基于BP-DEMATEL模型的农产品虚拟水流动影响因素分析

虚拟水已经成为水资源和水安全研究领域的热点之一.如何预测和调控虚拟水流动格局成为实施具有中国特色虚拟水战略的重要前提,识别虚拟水流动格局的关键影响因素显得尤为重要.通过估算2008-2010年区际间主要农产品虚拟水流量关系矩阵表明,我国主要农产品的虚拟水流动趋势仍然是由贫水的北方流向富水的南方地区.为定量研究虚拟水流动格局的影响因素,采用影响因素识别领域常用的决策与试验评价实验室法(DEMATEL),并引入可代替专家打分求得直接关联矩阵的BP神经网络法,构建BP-DEMATEL模型,从人口、农业资源、农业生态环境、经济、技术及交通和物流6个方面对我国主要农产品虚拟水流动格局的影响因素进行分析.结果表明:人口、农业资源和技术是最主要影响因素;化肥施用量为强驱动型因素,第一产业增加值占地区生产总值的比重为强特征型因素.为使虚拟水流动格局持续稳定,提出优化调整人口结构、强化惠农政策,转变农业发展方式、发展循环农业,提高农业技术水平、发展高效农业等对策和建议.