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. Resuhs show that under the hydraulic loading rate of 4 m^3/（ m^2 · 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%, re- spectively. 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.

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)。

黄河下游灌区引黄涵闸引水能力变化原因分析

黄河下游引黄涵闸受河床下切、河势变化等因素共同影响,引水条件与设计情况相比发生了变化,造成部分河段涵闸引水困难,影响农业适时灌溉和生产。为给应对引黄涵闸引水能力下降问题提供参考,基于黄河下游2000—2016年引黄涵闸引水水位和河道断面实测数据,分析引黄涵闸引水水位变化、河槽冲刷、引黄渠道淤积变化等因素对引黄涵闸引水能力产生的影响。结果表明:1)2016年黄河来水300~900 m^(3)/s时,黄河下游引黄涵闸实际引水能力仅为设计引水能力的13.63%~39.43%,引黄涵闸引水能力明显下降;2)相较2000年,2016年的引黄涵闸设计值对应黄河流量的水位,高村以上河段下降了2.95~3.35 m,高村以下河段下降了1.55~2.95 m;3)从河段河床平均冲刷厚度看,花园口—夹河滩、夹河滩—高村、高村—孙口、孙口—艾山、艾山—泺口、泺口—利津河段的冲刷厚度分别为3.88、3.06、1.84、1.88、1.88、2.02 m,河槽连续冲刷导致同流量水位明显降低,严重影响河南和山东段引黄涵闸正常引水;4)涵闸前后引、输水渠道淤积会导致引黄涵闸引水能力降低。

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。

现行黄河口分汊河道的分流特征及其影响机制

自2013年黄河尾闾河道出汊形成双槽入海的河口汊道,控制了河口流量的分配,但其分流特征及其影响机制尚不清楚。本文基于Delft3D构建了黄河口汊道的水动力三维数值模型,模拟了不同工况下河口汊道的分流特征,揭示了其影响机制。结果表明:河口汊道的分流不对称性随流量的增加而减小,流量增加加大了东汊与北汊河道的水位梯度差,使得从东汊河道的流量增量较北汊河道大,河流流量的分配更加均匀。潮汐作用增强了河口汊道的流量不对称性,而随着径流量的增加,潮汐的增强作用逐渐减弱。这主要由于在半日潮的作用下,东汊和北汊河道水位梯度的差异,形成河口潮汐的“东阻北促”效应,增强了河口汊道的分流不对称性。

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。

白龙江引水工程延安段相关问题初探

介绍白龙江引水工程概况,通过对延安市受水区缺水现状、解决缺水问题思路、白龙江引水工程向延安延伸供水可能性等问题分析,拟定延安段总体布局方案,工程技术方案合理、经济和社会效益良好,实施后可为革命老区脱贫攻坚和经济社会高质量发展奠定坚实的基础。

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。

调水调沙影响下黄河山东段鱼类群落格局及多样性

文章于2019—2021年调水调沙前后利用多种网具对黄河山东段4个站位开展鱼类资源调查,研究了黄河山东段鱼类群落的种类组成、生态类型、优势种、生物多样性及环境影响因子等。结果表明,山东段共采集鱼类59种,隶属于10目20科,调水前优势种为鲫(Carassius auratus)、鳊(Parabramis pekinensis)、鲤(Cyprinus carpio)、赤眼鳟(Squaliobarbus curriculus)、翘嘴鲌(Culter alburnus)、草鱼(Ctenopharyngodon idellus)、鲻(Mugil cephalus)、鮻(Liza haematocheilus),调水后优势种为鲫、鳊、鲤、赤眼鳟。多样性指数方面ShannonWiener指数、丰富度指数差异较显著(0.01<P<0.05),均匀度指数差异不显著(P>0.05)。聚类分析表明,调水调沙前后黄河山东段鱼类群落结构在相似水平为45%时可以划分为2组,调水调沙后东阿断面(AH2)与其他断面相比具有较强的差异性;相似水平为60%时可以划分为4组,分别为A组群(AH3、BH3和BH2)、B组群(AH1和BH1)、C组群(AH4和BH4)、D组群(AH2)。SIMPER分析显示,A组群平均相似率为60.66%,特征种包括鳊、翘嘴鲌、赤眼鳟、鮻、似鳊(Pseudobrama simoni)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix),B组群平均相似率为66.38%,特征种包括鳊、鲫、鲇(Silurus asotus)、鲤、(Hemiculter leucisculus),C组群平均相似率为68.48%,特征种包括鲤、鲫、翘嘴鲌、鳊、鮻。RDA分析表明径流量、总磷是影响群落结构的主要因子。基于以上结果,研究对比黄河各河段鱼类群落结构特征,分析调水调沙对黄河山东段鱼类群落格局及多样性的影响,发现庞口湾作为鱼类栖息地的重要性并提出保护建议。研究可为黄河山东段渔业资源保护和可持续发展提供理论依据和技术支撑。

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。

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。

山东引黄城市黄河水资源承载力保障分析

为提升黄河山东段水资源承载力,进一步推动黄河水资源对山东省经济社会发展发挥促进作用,本文在“四水四定”原则下,通过数学模型将水资源承载力数量化,得出山东省引黄城市黄河水资源承载力正在下降的结论,并提出构建评价体系以促进供需均衡、锚定节水方向完善水定额管理体系以提高水资源利用率、推动水系管理共建加强水环境保护以实现水资源可持续利用等措施来提升水资源承载力。

河南省西霞院水利枢纽输水及灌区工程

河南省西霞院水利枢纽输水及灌区工程从黄河小浪底水利枢纽的配套工程西霞院水库引水,自西向东新建1条输水总干渠,为温孟武滩区2.18万hm^(2[2])灌区提供水源,并向武嘉灌区、人民胜利渠灌区及大功灌区补水,是国务院确定的172项节水供水重大水利工程之一,同时也是河南省委、省政府实施“四水同治”战略首批推进的10项重大水利工程之一。从工程建设的必要性、工程总体布局、工程主要建设内容和规模、工程地质、工程设计以及建成后的工程效益6个方面对河南省西霞院水利枢纽输水及灌区工程进行分析。

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)。

全生命周期视角下甘南黄河水源补给区畜牧业碳足迹估算及时空格局分析

客观认知畜牧业碳动态及其时空格局是夯实区域畜牧业低碳和生态化发展的科学基础。本研究基于2000-2020年甘南黄河水源补给区县域尺度的畜牧业生产投入数据,运用全生命周期法估算畜牧业碳足迹,揭示其时空变化和结构特征,应用空间自相关分析探讨畜牧业碳足迹的空间格局。结果表明:1)甘南黄河水源补给区畜牧业碳足迹整体呈上升态势,年均增长率为1.80%,且历经快速增长-缓慢下降后回升-波动下降3个时序变化阶段。2)产中环节的牲畜肠胃发酵和粪便管理环节产生的大量CH_(4)、N_(2)O是温室气体“俱乐部”,羊、牛的CH_(4)、N_(2)O排放量不断增加且远高于其他牲畜。3)玛曲县一直是畜牧业碳足迹的超重型区,重型区演化表现出波动态势,但主要集中于碌曲县和夏河县,临夏县、积石山县、和政县畜牧业碳足迹处于轻型,合作市、卓尼县、临潭县则处于中型排放;畜牧业碳足迹总量由大到小依次为牧区>农区>半农半牧区。4)补给区畜牧业碳足迹总体空间格局呈现“北冷南热”“西热东冷”的特征;县域尺度下,玛曲县、碌曲县是高碳集聚区,合作市、和政县、康乐县呈“低碳锁定”效应。因地制宜制订差异化的区域畜牧业发展策略,有助于推动减少畜牧业碳足迹数量以实现畜牧业低碳转型。

二十世纪五六十年代黄河下游引黄灌溉失序原因重探——以人民胜利渠为中心

新中国成立后,以兴建人民胜利渠为标志拉开了黄河下游引黄灌溉的序幕。“引黄灌溉”作为一种利用黄河水资源,抵御干旱、保障农业生产的重要方式,在1949年后的黄河水资源开发利用史上具有代表性。二十世纪五六十年代,黄河下游引黄灌溉陷入“失序”状态,具体表现为:引黄工程蜂拥上马和灌区用水“大引大灌”,最终导致了严重的内涝和次生盐碱化问题。黄河下游引黄灌溉不得不按下“暂停键”。究其缘由,与完成粮棉高产指标和缺乏有效监管不无关系,根本上则暴露了黄河水权制度建设的缺陷,为开发利用黄河水资源敲响了警钟。随着黄河下游引黄工程的复灌,水权和黄河水资源管理也逐渐确立和规范起来。回顾这段历史,既是对新中国治水兴水艰辛历程的再回顾,也有助于我们理解当前黄河流域生态保护和高质量发展战略所要求的水资源集约节约利用的历史必然性。

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。