融合ET管理理念的黄河流域水资源综合管理技术体系研究

结合ET管理的水资源管理新理念,在深入分析和探讨黄河流域现行地表水资源管理体系所需补充完善之处的基础上,从区域水量平衡基本方程出发,构建了一个融合ET管理理念的包括地表水资源管理体系、ET管理体系、地下水资源管理体系在内的黄河流域水资源综合管理技术体系,并对建立和完善ET管理体系所需解决的问题及其可能的途径进行了探讨。

黄河流域典型区域目标ET计算及水资源调配方案评估

为了解决在黄河流域基于径流-蒸散发(runoff-evapotranspiration,R-ET)的水资源管理模式中,区域目标蒸散发(evapotranspiration,ET)的合理确定问题,该文先梳理了目标ET的计算步骤,确定了各分项ET的计算方法,建立了目标ET的评估指标体系,通过研究实例进行验证。目标ET具体的计算步骤和方法为:第一步,根据当地的水资源情况制定方案集;第二步,针对不同的分项目标ET,分别采用分布式水文模型、遥感估算模型及用水定额法等方法进行计算;第三步,通过计算各方案的评估指标体系,进行可持续性、公平性和高效性的评估,确定最优方案。以黄河流域鄂尔多斯地区为研究实例,制定了5个计算方案,经过计算方案1为现状用水方案,目标ET值为468.79 mm;方案2为扩大引黄水方案,目标ET为450.89 mm;方案3为压采地下水方案,目标ET为432.95 mm;方案4为减少引黄水方案,目标ET为406.11 mm;方案5为节水方案,其目标ET为383.27 mm。通过综合评估可知方案5为最优方案。通过实例验证认为,该方法对于区域目标ET的确定是一种适用的、较准确的方法,也会为下一步黄河流域实施基于R-ET的水资源管理模式提供数据基础和技术支撑。

黄河干流水资源量可再生能力的评判和调控

本文根据水资源量可再生能力的评判条件,提出了水资源量再生能力评判系数及计算方法,并在水库合理调度和水资源优化配置的基础上,建立了黄河干流水资源再生能力的评判和调控模型。模型对不同需水水平年黄河干流水资源量再生能力进行了评判,并从维持水资源可再生性角度,考虑了南水北调及降低需水水平对黄河水资源可再生能力的调控作用。研究结果表明,该方法为黄河干流水资源可再生能力的评判及水资源可持续利用提供了合理控制阈值的科学依据。

黄河三门峡以下水资源供需分析

黄河三门峡以下河段高含沙水质,给下游水资源的开发利用带来极大的不便,造成水资源供需紧张。通过水库模拟调配,研究黄河三门峡以下流域在不同状况下水资源的供需形势。研究结果表明:①三门峡和小浪底两水库的运行,极大地改善了三门峡以下水资源的供需状况,但在来水较枯的年份,水资源供给仍然紧张;②小浪底水库采用多年泥沙调节的运用方式既保证了下游输沙生态用水、减少了泥沙的淤积,又提高了水资源的利用效率;③由黄河下游向外流域调水,可引用的水量既少又不稳定,因此在枯水期过多地引水只能加重黄河下游自身水资源的供需矛盾。

煤矿开采项目水资源论证中取水影响论证方法研究

煤矿开采项目水资源论证是控制采煤引起河川径流量锐减、加强水资源可持续利用管理的重要抓手。针对煤矿开采对黄河河川径流量及区域水资源影响的机理,从野外补充观测及数据采集、地表沉陷对地表水的影响论证、导水裂隙带发育对地表水及潜水影响论证、采煤对地表水及地下水影响论证四个方面,提出了煤矿开采项目水资源论证中取水影响论证的总体框架和论证方法,可为煤矿开采项目水资源论证报告书编制及审查提供参考。

转变下游引黄灌溉模式合理利用黄河水资源

为了促进黄河水资源的合理、高效开发利用 ,通过分析黄河下游引黄灌区现状灌溉模式存在的主要问题及日益短缺的黄河水资源供需形势 ,提出了引黄灌溉的发展方向和应采取的主要措施 ,如 :建立和完善科学合理的水价形成机制 ;建立“准水权市场” ,促进水权有偿转让和流动等。

黄河中游水沙变化关系不确定性的时间尺度特征研究

针对河川径流与泥沙变化所具有的复杂多时间尺度性和其间变化关系的复杂不确定性，为深入研究黄河中游水沙变化关系在不同时间尺度上的表现，以三门峡水文站为例，首先应用EMD方法对该站1919～1995年的年径流量和年输沙量时序分别进行多时间尺度分解，得到一系列相应的具有不同周期的波动分量，在此基础上，运用SPA方法对基于不同分解水平和时间尺度而得到的集对进行了分析。结果表明，黄河中游年径流量和年输沙量时序之间变化关系的不确定性具有显著的时间尺度特征，即二者之间的同、异、反特性在不同的时间尺度上具有明显的差异。

黄河流域区域目标ET的优化配置及调控措施实例研究

针对黄河流域R-ET水资源管理模式中目标ET的优化配置问题,基于多目标遗传算法,构建了水资源总量控制、ET总量控制、粮食用水保障和生态生活用水保障,共4个目标函数及约束条件,设计了遗传算法的相关参数,从而对目标ET的优化配置进行求解。以鄂尔多斯地区为研究实例,对2015年5个方案的目标ET进行优化配置,其中灌溉耕地目标ETIta占到总目标ETta的36%左右;居工地ETJta占到20%左右,不可控目标ETNta占到50%左右。各分项实际ET的分布比例为:不可控ETN为实际ET总值的64.4%,灌溉耕地ETI为33.6%和城乡居工地ETJ为2%,经过对比认为要达到目标ET,削减和调控的重点在不可控ET和耕地ET。根据研究区的实际情况,提出了各分项目标ET的调控重点和相关措施,为下一步实施黄河流域的R-ET水资源管理奠定了必要的基础。

基于后果逆向扩散法的黄河堤防生态安全评价指标体系研究

针对黄河堤防的生态安全评价,提出了基于后果逆向扩散法进行堤防生态安全影响因子的识别;即:根据黄河堤防生态安全的主要问题,逆向思维,反向扩散,寻根溯源,寻找问题产生的主要因素,并从主要因素扩散到具体的影响因子。然后对识别出的生态安全影响因子进行了归类和提取,分析了影响因子的内容,并构建黄河堤防生态安全评价可选指标集和指标体系,为下一步开展黄河堤防生态工程的安全评价奠定了坚实的基础。

最严格水资源管理制度对工业用水效率的影响

近年来最严格水资源管理制度在促进水资源管理方面的作用越来越显著,万元工业增加值用水量为用水效率控制红线的重要指标,体现了工业用水效率的高低。研究最严格水资源管理制度对万元工业增加值用水量的影响,对推动各地落实最严格水资源管理制度、支撑水资源管理工作具有重要的意义。以浙江省为典型案例,通过MK-P检验法分析2005-2017年万元工业增加值用水量的变化规律,并建立指标评价体系,利用改进层次分析法定量化地描述各指标的重要性,根据案例的实际情况对评价模型进行多目标决策评价。结果表明:最严格水资源管理制度实施后,指标下降明显,建立的评价体系合理,相关工作的影响权重达到了71%,工业用水效率提高,成效影响显著。

黄河流域典型区域实际ET计算案例研究

针对黄河流域典型区域的实际ET(蒸散发量)计算问题,基于SWAT分布式水文模型,提出了相应的计算方法,对所需资料、数据处理和方法验证进行了设计,以黄河流域鄂尔多斯地区为研究实例,通过计算和分析可知,该区域1990—1999年平均降水量为268 mm,区域实际ET有天然ET(由陆地ET和水域ET构成)、耕地ET、城乡居工地ET组成,其中平均天然ET为246 mm,耕地ET为133 mm,城乡居工地ET为0.547 mm。1990—1999年,鄂尔多斯地区平均实际ET为379.5 mm。对区域实际ET计算方法的研究和验证,可为进一步探索黄河流域水资源管理模式奠定基础。

流域和区域相结合,有效实施水资源消耗总量控制管理

习近平总书记在党的十八届五中全会规划建议书说明中指出＂实施能源和水资源消耗、建设用地等总量和强度双控行动,就是一项硬措施。这就是说,既要控制总量,也要控制单位国内生产总值的能源消耗、水资源消耗、建设用地的强度。这项工作做好了,既能节约能源和水土资源,从源头上减少污染物排放,

基于CEEMDAN的黄河源区年径流量多时间尺度变化特征研究

基于EMD、EEMD和互补EEMD方法的不足之处,将CEEMDAN方法应用于黄河源区唐乃亥水文站1956—2015年的年径流量序列多时间尺度分析,采用纳什效率系数定量评价了各阶模态的重构信号对年径流量序列模拟精度的贡献程度,指出了提高年径流量预测精度的工作方向,揭示了黄河源区水文水资源系统变化的复杂年际特征,解释了20世纪90年代至21世纪初黄河连续枯水时段的成因。

基于物理栖息地模拟的河道内生态流量研究

结合物理栖息地模拟模型的水力学与栖息地模型,以黄河干流兰州-石嘴山河段为研究样区及该河段的关键鱼种黄河鲤鱼为对象物种,以流速及水深二水力学因子进行研究,推求该研究样区兰州、安宁渡、下河沿、青铜峡和石嘴山五断面对象物种的流量与权重可使用面积的关系。通过对上述各断面1975-1985年汛前共11年生态、水文及断面资料的分析计算,归纳出研究断面汛前适合的生态流量分别为195、220、220、220、175 m3/s,计算结果在Tennant法界定的生态流量范围之内。

黄河中游汛期水沙联合分布模型及其应用

为在宏观上对黄河中游水沙运动的变化规律从随机过程的角度予以揭示,以黄河中游潼关水文站1952—1998年期间流量超过6 000 m3/s的次洪过程中的洪峰流量和相应的沙峰含沙量系列为基础,运用Copula函数方法构建了黄河中游汛期水沙联合分布模型并对其应用进行了探讨。结果表明:在水沙丰枯同步频率中,同丰的频率略大于同枯的频率,同平的频率最小,分别为25.61%、24.14%和8.61%;在水沙丰枯异步频率中,水平(枯)沙枯(平)的频率为8.93%,水丰(平)沙平(丰)的频率为7.46%,水丰(枯)沙枯(丰)的频率最小,为4.43%;同一重现期可以对应不同的水沙组合事件。水沙联合分布模型的构建实现了对次洪过程中水沙变量的耦合度量与综合评价。

黄河干流水生态系统关键物种的识别

关键物种的保护是维持黄河健康的重要措施之一。以黄河干流不同年代生物调查资料为依据,首先根据黄河干流各个河段水生生态系统的食物结构,计算水生生态系统中各类种群的关键性指数,比较各类种群的关键性指数的大小,识别出关键种群;然后计算种群中物种保护的次序,优先保护的物种就是关键物种。研究结果表明,鱼、北方铜鱼、黄河鲤鱼及花斑裸鲤是黄河干流水生态系统中关键物种。

灌区降水量与参考作物腾发量的联合分布模型研究

为从系统和风险的新角度描述灌溉系统的两个基本变量,在分析参考作物腾发量研究现状的基础上,以宁夏卫宁灌区为例,基于灌区降水量和参考作物腾发量之间具有的天然相关性,首先应用P-III曲线法推求得到二者的频率分布曲线,再运用Copula函数方法构建了降水量和参考作物腾发量年际联合分布模型,给出了降水量和参考作物腾发量的重现期等值线图,为灌溉系统的规划和风险评价提供了新的技术支撑。

额济纳地区绿洲恢复生态需水量研究

在现有研究的基础上,再度明确了生态需水量的涵义;通过对干旱地区植被生态需水量现有计算方法的分析,考虑植被盖度对生态需水量的影响,提出了计算干旱地区天然植被生态需水量的新方法;在对额济纳绿洲现状分布特点分析的基础上,综合考虑绿洲恢复规模和生态功能之间的关系,提出了额济纳绿洲恢复的若干方案,应用所提出的生态需水量计算方法对各方案生态需水量进行计算,并以研究区未来可利用水资源总量为约束,确定了额济纳绿洲未来的恢复方案。

基于GH Copula的渭河与汾河径流丰枯遭遇频率研究

在分析现有的常用二维理论联合分布模型不足之处的基础上,应用GH Copula函数方法构建了渭河与汾河之间年径流量的二维联合分布模型;然后,基于该联合分布模型,应用频率分析法对二者之间的径流丰枯遭遇频率进行了深入研究。研究获得了渭河与汾河年径流量之间变化的基本规律,其结果对黄河中下游水资源的开发利用和防洪减灾工作具有一定参考价值。

2000年以来我国用水效率指标变化趋势研究

针对实行最严格水资源管理制度中用水效率的万元国内生产总值用水量指标和万元工业增加值用水量指标,将2000—2015年的这两个指标换算成不变价研究其变化趋势,利用Mann-Kendall-Pettitt突变点检测方法和经济学趋势模型对指标变化趋势进行分析,探索用水效率变化机理,建立预测模型模拟未来几年的用水效率主要指标变化情况,结果表明:在现有经济、节水措施、工艺技术等平稳发展条件下,进一步强化工业节水工作,可以实现2020年全国万元国内生产总值用水量和万元工业增加值用水量的控制目标。