Efficiency and mechanism of pretreatment on water supply in reservoirs of Yellow River by subsurface constructed wetlands

In order to improve the source water quality of drinking water and mitigate the load of drinking water treatment plant,a pilot test was conducted with integrated horizontal flow constructed wetlands to pretreat the water supply in the reservoirs of Yellow River.Results show that under the hydraulic loading rate of 4 m3/(m2·d),the average removal rates of chemical oxygen demand (COD),total nitrogen (TN),ammonium nitrogen(NH4+-N),nitrate nitrogen (NO3--N),nitrite-nitrogen (NO2--N) and total phosphorus (TP) in the horizontal flow constructed wetlands are 49.68%,53.01%,48.48%,53.61%,62.57% and 49.56%,respectively.The study on purifying mechanism of the constructed wetlands indicates that the disposal of contamination by subsurface wetlands is the combined actions of physical chemistry,plants and microorganism.

Site Selection of Waste Slag Yard and Design of Protective Measures in Water Supply Project of Drawing from the Songhua River in Central Cities of Jilin

Water supply project of drawing from the Songhua River in central cities of Jilin is taken as research object.On the basis of analyzing project characteristics and natural conditions of the project area,site selection of waste slag yard of water diversion project and design of water and soil conservation measures are discussed.Rationality of site selection of waste slag yard and pertinence of prevention and control measures of water and soil loss in waste slag yard are analyzed,and comprehensive utilization of waste slag in large-scale production and construction projects is explored.

水网布局下黄河流域应对极端枯水的关键科学问题

变化环境下极端气象水文事件频发,长江、黄河面临同枯风险。在国家水网建设背景下,为提高长江、黄河同枯的极端不利情景下黄河流域水资源安全保障能力,本文分析了长江、黄河两大流域水资源安全面临的现实问题,识别了变化环境下大型流域枯水遭遇—水危机形成—跨流域调水潜力—多线路成网互济—极端枯水下水资源安全保障中亟需破解的关键科学问题,构建了水网布局下黄河流域应对极端枯水的总体研究框架,提出该领域重点研究方向包括:变化环境下长江、黄河极端枯水遭遇规律与空间变异机制,水危机风险多链路传导与复合影响定量评估,极端枯水下跨流域调水挖潜增供,长江和黄河跨流域联合调配与多线路互济精细化调控、极端枯水下流域水资源韧性提升优化调控等。

基于时序Sentinel-2影像的引黄灌区作物结构提取和供需水分析

在黄河流域用水指标严格控制的背景下,以山东省东营市垦利区引黄灌区为例,利用2022年时序Sentinel-2遥感影像构建作物生育期的NDVI时间序列,采用决策树分类方法提取灌区作物种植结构,基于垦利站气象资料和Penman-Monteith公式,分析了1973—2022年各作物的需水特性,利用遥感影像解译的各作物种植面积,计算了2022年灌区作物在不同降水保证率(5%、25%、50%、75%、95%)条件下的灌溉总需水量,结合2023年分配给灌区作物的灌溉水指标探究了灌溉水资源供需之间的平衡。结果表明:基于NDVI时间序列构建决策树分类方法可有效提取作物的种植结构,总体分类精度为85.07%,Kappa系数为0.819,能够满足作物灌溉需水量的研究。作物净灌溉需水量年际波动较大,水稻和冬小麦补充灌溉水量在所有作物中位列前两位,均值分别为913 mm和410 mm;处于雨季生长的夏玉米、夏大豆补充灌溉水量较小且灌溉需求均值较小。研究区2023年分配的灌溉水指标在降水保证率为50%时研究区灌溉水亏缺量为235.5万m^(3),在降水保证率为75%和95%时灌溉水亏缺量分别为1 754.5万m^(3)和2 261.5万m^(3)。

基于生态需水的黄河中游水平衡分析--以沁河流域为例

为推动黄河流域生态保护及高质量发展,解决地表水资源供需矛盾,亟需开展水平衡分析,建立水平衡模型,为水资源合理分配提供参考依据。作为黄河的重要支流,沁河流域位于黄河中游末端,由于近年来上游调水政策的施行以及流域内生活、生产用水的增加,用水矛盾突出,出现了河道断流、入黄水量偏枯等问题。为保障河流生态环境健康,优化引沁入汾跨流域提水工程实施后的流域水资源供需平衡,以2021年为现状年,在“自然-人工”二元水循环研究理论的指导下,运用水平衡分析理论与方法,以河道内生态需水为保障基础,对沁河流域水资源需求、供水能力与供需平衡进行了分析与讨论。结果表明:(1)沁河流域水资源供给和需求在空间分布上具有分异性,上游山西省境内各河段河道内均能够保障适宜的生态需水量,下游河南省境内,仅可满足最小生态需水量;(2)沁河流域可供给水资源总量为10.04×10^(8)m^(3),河道外生产、生活及生态用水总量为8.89×10^(8)m^(3),剩余河道内水量仅为1.15×10^(8)m^(3),仅可满足河流最小生态需水;(3)推算至2030年,流域内工业生产及生活取用地表水量将达到6.98×10^(8)m^(3),河道外用水总量将达到9.81×10^(8)m^(3),剩余水量无法满足最小生态需水。建议采用降低工业用水量、提高农田灌溉用水利用率、推广使用高效节水技术,进一步增强水资源的有效利用,改善流域生态环境。研究结果可为合理规划沁河流域水资源调度提供参考,也可为黄河中游水平衡分析提供范例。

甘肃中部生态移民扶贫开发供水工程设计

以甘肃中部生态移民扶贫开发供水工程为例,分析了工程水文地质条件和工程规模,统筹考虑新建工程与兴电灌区既有工程,提出了供水工程总体布置,尤其是泵站及调蓄水池设计的详细方案,可为类似水资源匮乏地区拉动经济、拓展农业结构、改善人居环境提供重要参考。

甘肃中部生态移民扶贫开发供水工程水文计算分析

为提高农业灌溉效率,巩固区域脱贫攻坚成果,提供水资源保障,开展甘肃中部生态移民扶贫开发供水工程建设。为满足工程规划设计需要,对黄河干流设计断面开展水文、水利计算。通过对黄河干流、沿线沟道布置以及对水文基础数据进行整编,结合流域大型工程设计历史成果,选定安宁渡水文站、兰州水文站为主要参证站,考虑龙羊峡水库、刘家峡水库联合调度运用方式和区域产汇流特征,通过插补延长、还原计算、采用兴电工程经验公式等方法,得到黄河干流及沟道径流、洪水和泥沙成果,为工程规划与设计提供了技术依据。

基于HHO的跨流域调水工程受水区水资源优化配置研究

跨流域调水工程是解决我国水资源时空分布不均和缓解水资源供需矛盾的重要措施。山东省黄水东调工程、引黄济青工程和胶东调水工程是缓解胶东地区潍坊、青岛、烟台、威海四市水资源紧缺问题的重要跨流域调水工程。为充分发挥调水工程社会和经济效益,在考虑受水区缺水量、工程输水能力及沿途分水口门设计流量等基础上,以受水区四市综合缺水率最小和调水工程经济效益最大为双目标,构建了胶东地区跨流域调水工程水资源优化配置模型,采用哈里斯鹰优化算法(HHO)求得现状水平年和规划水平年在50%、75%和95%频率时3种不同目标协调机制(以综合缺水率最小为主导、以调水工程经济效益最大为主导及两目标均衡)16个分水口门的调水方案。结果表明:(1)通过调水工程调引黄河水和长江水,使四市缺水量大幅减少;(2)当经济效益目标所占比重越大时,计量水价越高的分水口门供水量越大;(3)从三个调水工程利用程度来看,黄水东调工程利用程度最高,其次为引黄济青工程和胶东调水工程。本文为山东省胶东地区跨流域调水工程的水资源配置提供了决策支持。

引黄灌区水资源承载力多目标决策模型

开展灌区水资源承载力多目标决策研究,探究灌区水资源、社会经济以及生态环境三者之间的互动关系,对可持续性灌区建设具有重要意义。以赵口引黄灌区二期工程为研究对象,以灌区经济效益最大、缺水率最小、承载人口总量最多、污染物排放量最小以及粮食产量最大为目标,综合考虑灌区供需水能力、灌溉面积、污染物排放等多维临界约束,构建了赵口引黄灌区二期工程水资源承载力多目标决策模型,运用第3代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)进行求解,获得Pareto最优解集,并依据不同的目标偏好和熵权法从中选取多套决策方案。研究结果表明:文中经济效益最大、社会效益最大、生态效益最大、人口总量最大以及粮食产量最大5个目标相互制约,Pareto非劣解侧重于追求其中一方效益最优的同时,必然会引起其他目标值(至少一个)变劣。因此,文中得到的多种决策方案可为灌区未来水资源承载力的提升提供科学理论指导。

南水北调中线供水区水域面积变化遥感分析

为更好地研究调水对供水区域水域面积的影响,利用遥感技术研究了南水北调中线工程调水前后供水区及其下游四季的水域面积变化情况及其动因。研究表明:在调水工程实施之后,汉江中下游区域出现了水域面积大幅度下降的情况,汉江流域水域面积从2011年到2015年整体减少,尤其是春夏季水域面积减少最多,春季减少52.6km^(2),夏季减少65.8km^(2),减少比例达到17.3%,秋季和冬季水域面积减少幅度较小,秋季水域面积减少23.4km^(2),冬季水域面积减少最少,为4.2km^(2)。

甘南黄河水源补给区生态保护与建设成效遥感分析

甘南黄河水源补给区是黄河流域重要水源补给生态功能区,也是青藏高原生态屏障的重要组成部分,具有十分重要的生态系统服务功能。长期以来,受自然因素和人为因素的共同作用,生态系统经历了不同程度的退化,并导致水源涵养功能有所减弱。自2000年以来,国家在此开展了一系列生态保护工程建设,生态环境得到恢复和改善。通过对生态系统现状及变化特征的监测,可实现对生态工程实施成效的评价和主要生态问题的识别,有助于提升生态保护规划建设及管护决策的科学性。本研究以多源遥感数据为信息源,在提取2000—2020年生态系统类型与质量参数的基础上,系统分析甘南黄河水源补给区生态系统结构、质量现状和变化特征。结果表明,近20年甘南黄河水源补给区生态系统整体以高盖度植被为主,生态系统状况良好。整体上生态系统结构和质量的多年变化幅度均较小,生态系统基本稳定,生态保护和建设工程取得了明显成效。但局部地区草原退化、沙化和沼泽面积萎缩等生态问题依然存在,生态保护与建设仍处于关键阶段,建议针对生态系统退化区域加大力度实施生态保护和建设工程。

宿迁市黄河故道水资源跨区统一配置研究

黄河故道是宿迁市境内主要河道,既是行洪通道,也是沿线灌溉供水的主要河道,对宿迁市民生保障、产业发展及生态建设发挥重要作用。但是,黄河故道目前依然存在部分突出问题,如水资源供给不足、水系连通不畅及输配水分布不均等。本文对黄河故道进行水资源供需平衡分析,根据供需平衡缺口,通过现有补水工程合理调配,实现水资源供需基本平衡的配置目标,为推动宿迁市黄河故道生态富民廊道建设、经济社会高质量发展提供水资源保障。

不同水源特征水库中溶解性有机物的光学特性对比

为考察A水库(“引黄工程”水源水库)与B水库(普通类型水库)的溶解性有机物(DOM)在相对分子质量大小、组成特征及来源方面的差异,采用紫外-可见光谱技术以及三维荧光光谱技术结合平行因子分析法,针对A水库和B水库水体中DOM的吸收参数特征和荧光特征进行了研究。结果显示:A水库和B水库的DOM均有较强的自生源特征,但两水库的DOM在组成特征和来源上存在一定差异。B水库样本中存在长波类腐殖质C1(E_(x)=350 nm,E_(m)=454 nm)、类色氨酸物质C2(E_(x)=300 nm,E_(m)=361 nm)和类色氨酸C3(E_(x)=220 nm/250 nm,E_(m)=347 nm)3个荧光组分,而A水库样本中存在长波类腐殖质C1、类色氨酸物质C2两个荧光组分,说明A水库的组成特征相对更加简单。DOM吸收参数特征分析显示,A水库水质状况良好,其DOM相对分子质量较大,主要来自自生源;而B水库处于富营养状态,其DOM相对分子质量较小,富里酸成分和水体芳香性较高,水生环境中维管束植物输入较为丰富,主要来自入库河流和自生源。光谱指标差异性分析显示,A水库DOM外源输入比例小于B水库,同时A水库的水质污染源更多以陆源输入为主。研究揭示了水库中DOM的光学特性,可反映水库的环境污染程度和富营养化程度,为进一步探究DOM在不同水源特征水库的环境行为特征及水库水质保护等提供参考。

黄河下游引黄供水管理存在的问题及对策

分析黄河下游引黄供水管理存在的问题及原因,并建立科学合理的水价体系,完善水费征收各项规章制度;拓展供水产业链条,提高非农业用水所占比例等方面提出合理建议。

引黄入冀补淀省界水质监测现状与问题对策分析

探讨了引黄入冀补淀工程的水质监测现状,分析了省界断面水质监测数据,指出了存在的问题,并提出了相应的对策。通过优化水质监测站点布局及监测频次、加强沿线监督检查、提升生活污水处理能力、建立健全协调机制、强化法律法规和政策支持等措施,以期提高水质监测的准确性和及时性,为进一步实施水资源管理提供理论依据和实践指导。

引江补汉工程实施后的南水北调中线水源工程可调水量分析

随着新时期南水北调后续工程的高质量发展,首批建设工程引江补汉工程正式开工,为支撑未来南水北调中线水源工程与引江补汉工程的联合协调运行,根据引江补汉工程设计参数,提出多组丹江口水库与引江补汉工程联合调度方式,并模拟分析得到引江补汉工程实施后南水北调中线水源工程可调水量具有重要意义。研究结果表明:设置引江补汉工程补水水位控制线、同步优化陶岔渠首引水调度线,充分利用引江补汉工程补水来满足汉江中下游用水需求,从而置换更多坝前水量引至陶岔渠首、清泉沟等用水需求方,可在一定程度上实现丹江口水库供水与引江补汉工程补水决策的有效衔接;相比于中线一期工程现状供水调度情景,采用合适的引江补汉工程与中线水源工程联合调度方式,可在保障汉江中下游用水量需求的同时,满足下游断面最小用水量达标率至98.9%~99.2%,并提高中线受水区可供水量17.7亿~25.8亿m^(3),继而有效协调中线水源工程的中线受水区、清泉沟渠首及汉江中下游等多方用水需求。

基于黄河流域水资源均衡调配的南水北调西线一期工程水量配置

南水北调西线一期工程生效后黄河流域水量分配模式决定了黄河流域水资源配置格局重塑和南水北调西线工程供水效益评价,为国家水网构建提供重要技术支撑。考虑西线供水范围可覆盖黄河主要供水区的特点,西线调入水量应与黄河流域水资源统一配置,考虑生态优先、公平为主兼顾效率的原则,构建了流域用水分级配置方法,建立了基于流域水资源均衡调配的西线调入水量配置模式,开展了不同情景优化配置方案研究。结果表明:南水北调西线一期工程调水80亿m^(3),配置给黄河河流生态用水33.70亿m^(3),配置给流域河道外经济社会用水46.30亿m^(3),其中95%以上配置给黄河上中游地区,流域缺水率降低至7.0%~8.3%。优化配置方案体现了生态优先原则,保障了黄河河道内基本生态环境用水,均衡了河道外经济社会用水的公平和效率,有效缓解了流域缺水。

黄河流域行业供水效益评估及空间格局分布研究

为科学有效地量化流域供水效益和为流域高质量发展规划提供参考,基于能值分析理论,提出了分行业供水效益能值量化方法体系,包括水资源生态经济价值计算与供水效益计算,获取多对象分行业供水效益,在此基础上,应用MoranʹI指数和LISA指数进行空间自相关分析,解析空间供水分布规律。以黄河流域56个供水城市为研究对象,计算了黄河流域各地市工业、农业、生活和总供水效益,分析了区域间各行业供水效益的空间分布特征和关联关系。结果表明:①黄河流域分行业水资源生态经济价值在数值上表现为生活>工业>农业,空间上呈现西低东高的趋势;②黄河流域工业、农业、生活和总供水效益分别为581.29、891.63、682.66和2155.58亿元,其中,位于黄河中下游的河南省和山东省的工业供水效益较高,宁夏、内蒙古和山东省的农业供水效益在本省的各行业供水效益中较为显著;③工业、农业、生活和总供水效益的Moran′I指数分别为0.286、0.412、0.225和0.357,空间聚集性显著,“高-高”模式主要集中在中下游的河南山东段,“低-低”模式分布在上游的青海、宁夏地区,空间格局分布特征与区域经济发展水平、气候地理条件、自然资源条件、城市发展战略政策等因素相关。研究结果可为黄河流域水资源合理配置和引水结构调整提供参考。

引黄灌区水资源调配模型及和谐评估

基于引黄灌区普遍特征及存在的水资源问题,构建考虑水资源、经济社会和生态环境多维目标的水资源优化调配模型,建立引黄灌区水资源和谐评估指标体系,并将模型和评估体系应用到赵口引黄灌区二期工程。基于模型解集中选取的4种代表性优化调配方案进行水资源、经济社会、生态环境的效益分析,选定P_(4)方案为赵口二期水资源多目标优化调度方案,并基于该方案开展和谐评估和多方案调控研究。结果表明:模型优化后灌区和谐度明显提高,通过对和谐度较低的地下水开采率、农业用水比例、城镇化率、人均粮食产量、绿化覆盖率等指标调控后,和谐度可进一步提高到0.790。