天门市水资源承载力评价与适应性分析

为评价天门市水资源承载力情况,采用主成分分析法选取主要指标构成能较全面地代表天门市水资源承载力的简化指标体系,采用熵权法和主成分分析法对天门市2010—2014年水资源承载力进行评价,得到其水资源承载力综合评分,从而为天门市水资源可持续利用提供依据。研究结果表明:天门市水资源承载力主要受地表水资源量、用水量以及生活水平的影响并呈不断优化趋势,但综合天门市主要自然灾害为旱灾的现实情况来看,天门市对于旱季水资源量紧缺的情况缺少有效应对方法,这也极大影响了天门市的水资源承载力;在水资源承载力评价的基础上,对天门市水资源承载力适应性进行评价,认为其主要处于一般不适应和均衡状态。

武汉市城市化进程中河湖水系的时空演变特征

在城市化进程中,人类活动对河湖水系的改造日益加剧,破坏了原有的河湖水生态平衡。针对由此引起的洪涝与水环境问题,以“百湖之城”武汉市为例,以2000年、2005年、2010年3期的LandsatTM遥感影像解译数据为基础,分析了城市化进程中下垫面的变化特征;选取2000年、2005年、2010年的1∶50000地形图进行了水系提取,借鉴景观生态学方法,从水系斑块水平层面上,选取了能表征水系数量特征、形态结构和复杂度的水系格局指标,分析了武汉市2000—2010年的水系格局时空演变特征。结果表明:①2000—2010年,城镇用地面积增加了673.39 km2;前5 a城市化进程较为迅速,后5 a城市化进程十分显著。②河湖水系的数量逐年减少,形态结构趋于规则、简单化;复杂度中的平均斑块面积指数持续增加,10 a间总升幅为14.38%;连接度总体呈上升趋势,其主要与相关政策的出台有关。③各水利片区之间,汉口东西湖的发展速度最快;同时,汉口东西湖水利片区的河湖水系受到的影响显著高于其他3个片区的,即河湖水系受人类活动的影响程度与城市的发展程度呈正比。该研究结果可为优化、调整武汉市河湖水系的格局和功能提供理论依据,也可为实现河流生态可持续发展提供参考途径。

酸碱平衡计算软件CurTiPot在大学化学教学中的应用

介绍了酸碱平衡计算软件CurTiPot的基本功能与特点。结合大学化学在酸碱质子理论以及在此基础上延伸的教学内容,分别介绍了缓冲溶液pH的计算、酸碱滴定过程的模拟以及水中物质随pH的形态分布的计算功能的使用方法与应用实例。该软件在大学化学的课堂教学中有助于学生了解溶液各项参数对溶液pH、滴定过程及物质形态分布等的影响,提升教学质量。此外该软件也可在科研工作中替代繁杂的人工计算,提高工作效率。

山东省流域水资源安全分析

针对山东省水资源供需矛盾和水环境生态问题,利用水资源敏感性和抗压性分析方法,结合抗压性二级指标水资源开发利用率、百万方水承载人口数、水功能区达标对山东省流域水资源进行安全分析.结果表明:山东省水资源最为敏感的三级流域分别为胶东诸河、小清河、徒骇马颊河,而鲁南大部分区域水资源对气候变化敏感性较弱;各流域水资源抗压能力明显都不高,大汶河、徒骇马颊河、湖东区、湖西区、中运河区、沂沭河区、日赣区流域的水资源应对供需矛盾的抗压能力较差,而在胶东诸河、小清河流域水资源的抗压能力则相对较高.在对水资源抗压性二级指标分析中,除了胶东诸河水资源开发利用率小于50%之外,其他三级流域均大于50%,特别像徒骇马颊河、小清河等流域水资源开发利用率大于100%;山东省涉及海河和淮河承载人口驱动的水资源压力相对省内其他区域要大;各流域三级区流域水质达标率普遍较低.

利益相关者的水资源配置博弈

水资源的准公共产品属性及其在开发利用中存在的外部性使河流自然流态受到严重的扰动,本文基于非合作博弈博弈论,建立主从关系的用户博弈模型分析河流水资源分配,基于个体效益不能达到帕累托最优状态,采用合作博弈方法,建立水资源用户合作博弈模型。合作博弈增加了总效益,但使得上游用户的效益比非合作时减少,有必要对上游用户进行效益补偿:引入微观经济学的无差异曲线与合作联盟形成的条件构建合作效益分配的可行解集,并提出基于边际贡献的效益分配方法在可行解集中挑选唯一的效益分配解。研究结果表明,合作博弈总效益大于非合作博弈的总效益,达到帕累托最优状态;通过合作效益分配,处于先动优势的上游用户的分配效益大于非合作的效益,有利于行动占先者加入合作联盟。

长湖纳污能力及水产养殖污染负荷估算

以CODMn、NH3-N、TN、TP作为污染指标,采用湖库均匀混合模型、狄龙模型和合田健模型对长湖纳污能力进行计算,并针对目前长湖水产养殖污染较重的特点,采用排污系数法、污染负荷率法对长湖水产养殖污染负荷进行估算。结果表明:长湖CODMn、NH3-N、TN、TP的纳污能力分别为8 523.15 t/a、1 495.57 t/a、1 932.70 t/a、96.64 t/a,长湖水产养殖所产生的COD、NH3-N、TN、TP污染负荷量分别为3 724.10 t/a、51.98 t/a、279.96 t/a、26.42 t/a。水产养殖对于长湖COD、TP的污染贡献较大是导致长湖有机污染和富营养化的一个重要污染源。

汉江中下游河道基本生态需水与生径比分析

生态需水量的确定关系到河流生态恢复及地区经济与环境协调发展,是维系生态系统平衡的保障。为降低单一计算方法带来的误差,利用7Q10法、NGPRP法及Texas法等9种水文学方法对汉江中下游基本生态需水量进行了计算,并对其结果统一用蒙大拿法进行归类,得出基于蒙大拿法的合理生态需水量。同时,从众多生态需水概念中提出了表征生态需水动态特性的生径比概念,并用蒙大拿法、Texas法、逐月频率计算法、月保证率设定法及其改进法计算了汉江中下游汛期与非汛期的生径比。

水电站实时经济运行振动区回避策略研究

避开机组振动区是水电站实时经济运行中所需要考虑的重要因素,针对于此,构建了具振动区回避策略的水电站实时经济运行模型,并建立了水电站机组组合优化的耗水量最小模型("以电定水"模式)和发电量最大模型("以水定电"模式),采用动态规划算法进行模型求解。以天生桥一级水电站为例,验证了上述模型和方法的实用性。

淮河流域降雨时空变异与信息熵分析

基于淮河流域蚌埠闸以上173个雨量站1956-1997年共41年的日降雨资料，采用 Hurst 系数法和信息熵方法分析了淮河-沙颍河流域降雨时空变化规律。结果表明：淮河干流与沙颍河中上游大部分地区的 Hurst 系数都小于0．5，而涡河流域则大于0．5，淮河-沙颍河流域与涡河流域降雨存在一定的地区差异性；在流域南部，各站的年降水在时间上具有比较强的随机性，降水量的大小也比较接近，该规律在流域北部不明显；全流域与1号、2号和3号子区域的空间熵的变化有较高的相似性，与4号、5号和6号子区域的相似性则比较小，主要原因是4号～6号子区域同属涡河流域，与淮河-沙颍河流域存在一定的差异性，这与基于 Hurst 系数方法得到的结果类似。

淮河水量水质联合调度风险分析

为了对淮河流域水质水量联合调度方案进行风险分析,模拟了10个调度方案,包括实时调度方案、人机交互方案和优化调度方案,选取淮河流域2个主要污染物指标CODMn和NH3-N,分别计算各方案下2种水质指标超标风险率和超标程度;同时,进一步考虑调度过程中可能产生的防洪风险和供水风险,采用多目标模糊综合决策的方法,分别考虑上述2种水质6个指标,以水质监测断面界首、鲁台子和蚌埠闸为决策断面,计算得到7种情景下各方案的优劣排序。结果表明,实时调度方案在各种情境下风险最小,为最优调度方案,人机交互方案(方案3、方案4和方案5)在各种情景下风险均比较大,为最劣方案。

考虑非一致性的渭河流域设计洪水过程线研究

本文选取渭河华县站1951~2011年间年最大日流量以及年最大3日、5日和7日洪量资料作为研究对象,首先引入基于皮尔逊III型分布的时变矩模型分析了洪水序列的趋势性,然后以前期影响雨量和水土保持面积作为解释变量,建立洪水序列分布参数与解释变量的函数关系,结果发现洪水序列都存在明显下降的趋势并且与这两个解释变量是显著相关的。在Pettitt变点检验的基础上,以基于皮尔逊III型分布的时变矩模型推求四组洪水序列时变的概率分布,通过同频率放大得出变点前后两个时期10,50,100,500和1000年一遇的典型洪水过程线。结果发现,四组洪水序列均在1985年发生明显的突变,序列的均值在变点之后有显著的下降,由此造成相同重现期对应设计洪水的量级在变点之后大大减小,设计洪水过程线也明显坦化。

长江上游水库群提前蓄水联合优化调度研究

综述水库群汛末提前蓄水调度的研究进展和存在的问题。通过解析复杂串并联水库群的空间分区解耦原理,研究分区控制的动态蓄水理论和方法。以变化环境下的水库群最优蓄水时机选择为切入点,建立水库群多目标联合蓄水调度模型并求解。制定基于分区控制的长江上游控制性水库蓄水方案及评价指标体系。溪洛渡、向家坝和三峡梯级水库的模拟调度结果表明,在确保防洪安全和满足其他约束条件的前提下,提前蓄水的年均发电量可增加30.44亿kW·h（增幅4.89%）,并显著地提高了水库群的汛末蓄满率及水资源利用率。

DEM分辨率对小流域设计洪峰推求误差的影响

推理公式法在小流域设计洪水的计算中被广泛应用,DEM数据分辨率对公式中的流域地形参数取值存在重要影响,甚至会造成设计洪峰流量的计算误差。以深圳石岩流域作为研究区域,分别采用分辨率为30,60,90,120,150 m的DEM数据进行流域地形参数的提取及比较分析,并针对推理公式中的3个流域地形参数进行敏感性分析。研究结果表明:随着DEM分辨率的增大,分析的流域面积有增大趋势,主河道坡降则反之,而干流河长随DEM分辨率呈无规律变化;3个流域地形参数中,流域面积取值误差对设计洪峰计算精度影响最大,其次为干流河长,主河道坡降影响较小。综合考虑参数重要性,以及DEM数据分辨率及集水面积阈值对参数取值的影响,选用90 m分辨率的DEM数据,并设置集水面积阈值为390~500 hm^2来提取石岩流域的地形参数,推理公式计算所得设计洪峰误差是可接受的。研究结果可为类似的小流域设计洪水计算提供一定参考。

基于稳定碳同位素比的植物水分利用效率分析——以鄱阳湖湿地为例

植物水分利用效率是表征植物生长状态的一个综合性生理生态指标,对植物水分利用效率的研究有助于揭示变化条件下植物对环境的适应能力。通过在鄱阳湖湿地上布设的3个断面,测定了典型植物样品的稳定碳同位素比δ^(13)C以及断面土壤组成,探究了植物水分利用效率的变化规律。研究结果表明:鄱阳湖湿地植物的δ^(13)C值差异较为明显,变化范围为-14.302‰^-33.134‰,δ^(13)C值的大小可以作为鄱阳湖湿地植物水分利用效率的表征指标;植物类型和土壤水分含量是影响植物水分利用效率的重要因素;鄱阳湖湿地内南荻的δ^(13)C值最大,属C4植物,具有较高的水分利用效率,在水分胁迫条件下更容易生存下来,从而发育为鄱阳湖地区的优势植物种群。研究结论对变化环境下鄱阳湖湿地植被的演变趋势研究具有一定的参考价值。

基于互信息的湖泊日水位预测——以西洞庭湖为例

鉴于传统的湖泊水位预测在输入因子选择时具有一定的盲目性,以西洞庭湖为例,利用基于互信息的输入因子选择法建立了日水位预测模型。按河流生态功能将水文年划分为枯水期、汛前涨水期、汛期、汛后退水期4个时期,然后分期计算影响湖泊日水位的自变量与日水位的互信息,并引入广义相关系数将互信息归一化,选出各时期互信息最大的自变量因子作为模型的输入变量。经过模型计算与数据分析可得:F检验结果显著,回归值与实测值的相关度高,剩余标准差小。由此证明用互信息筛选出的因子作为模型的输入变量能取得较好的精度并在实际中易于操作。

水库防洪调度规则的参数优化研究

针对水库运用常规防洪调度进行洪水调度时,因对规则的合理性描述不足而限制了其应用的问题,根据水库不同防洪对象的精细程度要求,结合预见期内水库预报最大洪水和实时水位,拟定分级防洪预报调度规则,建立带有惩罚机制的防洪调度规则参数优化模型,并提出改进遗传算法求解该模型,即通过混沌算法、混沌变异操作与适应度差值进化改善初始种群质量、提高算法局部与全局搜索能力,实现参数控制的防洪预报调度规则。实例应用表明,综合改进遗传算法较其他遗传算法优化性能有一定提高,防洪预报调度优化规则的调度结果优于常规调度规则,为防洪调度规则的合理应用提供了一种有效方法。

2000—2014年中国粮食主产区植被水分利用效率时空演变特征研究

【目的】实现在气候变化背景下对粮食产区农业水资源的优化配置和水分的高效利用。【方法】利用Python、ArcGIS软件和MODIS遥感估算的MOD17和MOD16数据产品,研究了中国粮食主产区(东北、内蒙古、华北、南部)2000—2014年植被生态系统水分利用效率(water use efficiency,WUE)的时空分布规律。【结果】①年WUE(以碳计,下同)整体呈上升趋势,增速为0.013 g/(mm·m2·a)(P<0.01),2个转折点分别出现在2003、2010年;②年内WUE的变化主要呈M型的双峰模式,峰值出现在4—5月、9—10月,而季节尺度上WUE的变化具有显著差异;③不同时间尺度的WUE空间分布上具有明显的异质性;④2000—2014年来全区年WUE整体呈上升趋势,其中呈上升趋势的面积占84.01%,但上升幅度以轻度、中度为主;⑤各季WUE整体呈上升趋势,但是不同季节WUE发生上升的区域位置、面积和显著性的大小都不同。【结论】在气候变化背景下,2000—2014年中国粮食主产区植被生态系统WUE呈上升趋势,且年内呈M型的双峰结构,季节和空间尺度上的分布具有显著差异。

水库群系统发电调度的合作博弈研究

水资源的竞争性和非排他性导致水库管理者基于个体利益进行发电调度,使得水库在满足个体利益的同时往往忽略了系统的整体效益。为了在保证个体利益的基础上实现系统总效益的最大化,建立了梯级水库群发电调度合作博弈模型;采用改进后的水循环算法对模型进行分层求解。以金沙江两库与三峡梯级构成的梯级水库群为研究对象,选取典型年进行实例计算。计算结果表明:梯级水库群发电调度的合作博弈模型在获得系统最大效益的同时使得个体利益达到Pareto最优状态,实现水库群总效益和单库个体效益的双赢,既优于联合优化调度模型又优于单库优化调度模型。该合作博弈模型及其新解法可为水库群调度决策分析开创一种新思路。

澜沧江流域径流演变规律研究

根据澜沧江小湾水库和糯扎渡水库1953-2014年的年均径流量资料,采用年内分配完全调节系数、年内集中度进行年内分配特征分析,运用累积距平法、Kendall非参数秩次相关检验法分析了澜沧江流域年均径流的趋势性变化;运用Mann-Kendall法进行了澜沧江流域年均径流的突变性分析;最后采用小波分析方法分析了年均径流的周期性变化,最终得出了澜沧江流域径流演变规律。结果表明：1）澜沧江流域1953年~2014年小湾站和糯扎渡站的年均径流存在着较明显的丰枯季变化,年内分配不均匀程度多年来变化不大;2）澜沧江流域多年来年均流量整体变化趋势不明显,局部存在着一些上升或下降的波动;3）1981年为小湾站和糯扎渡站年均径流的可能突变开始点;4）小湾站和糯扎渡站的年均径流主要存在19a显著变化周期。

碳酸钙含量对砂型土壤水分特征曲线的影响研究

本文使用高速冷冻离心机对含量为0%、10%、30%、50%碳酸钙的砂型土试样进行了水分特征曲线测试,并测定了混合试样的容重、孔隙度、饱和导水率和田间持水量.由于土壤颗粒微观结构是影响土壤持水能力的主要因素之一,为了进一步分析试验结果,用扫描电子显微镜(SEM)观测混合试样的微观结构,最后对试验结果用VG(Van Genuchten)模型进行拟合.结果表明:随着土壤中碳酸钙含量的增加,土壤水分特征曲线左移,即在相同土壤吸力下,土壤含水率下降,土壤容重增大,孔隙度减小,饱和导水率减小,田间持水量减小,土壤持水能力降低.扫描电子显微镜观察表明,土壤中碳酸钙含量增加后,碳酸钙与土粒聚集形成团粒结构,小孔隙减少,大孔隙增多,导致土壤在相同吸力下,持水能力减弱,通气能力增强,这应该是导致岩溶土水土保持能力弱的原因之一.