广义水资源合理配置研究(Ⅰ)——理论

本文探讨了广义水资源合理配置的理论内涵、配置系统、配置目标及协调与冲突、研究框架、调控机制、全口径供需平衡分析方法和后效性评价体系。广义水资源含义是指把狭义的径流性水资源拓展为包括土壤水和降水，合理配置是以此广义水资源为配置水源，以自然-人工复合系统为配置对象，以宏观经济分析为总控，以水循环模拟为基础，通过水量水质统一配置，实现水资源在经济社会和生态系统中高效配置，维持经济社会的健康发展，保障生态与环境的稳定，以水资源的可持续利用保障经济社会的可持续发展。     

分布式水资源配置模型DTVGM-WEAR的开发及应用

构建了一个系统描述自然及人类活动作用下水循环路径的分布式水资源系统配置模型。通过将水文及其伴随过程与水资源配置过程进行"在线"或"离线"形式的耦合,基于抽象概化规则框架的规则集合进行水资源配置模拟,形成较为通用的水文-水质-水生态-水资源系统配置模型。该模型能够较好地反映不同配置规则下的水资源分配过程,实现水量、水质、水生态要求的水资源综合配置。实例证明,模型能够根据区域供用水结构特征及用水需求灵活地调整配置规则,为水资源系统合理配置提供较为可靠的模拟结果。     

基于广义ET的水资源与水环境综合规划研究Ⅱ:模型

在所提出的广义ET区域水资源综合规划的理念和研究框架基础上,本文构建了基于广义ET的区域水资源与水环境综合模拟模型,该模型由分布式水文SWAT模型、人工水平衡AWB模型及分布式地下水MODFLOW模型耦合而成,实现了地表水和地下水、天然水循环和人工水循环、水量和水质联合模拟。该模型可作为区域水资源与水环境综合规划的工具。以天津市为例,从地表水径流、地表水水质、地下水以及模型模拟ET结果等方面对模型进行了校验,校验结果表明模型可进行不同节水、水资源配置、点源和非点源水污染控制、水生态修复规划方案的情景模拟,为区域水资源与水环境规划提供支撑。     

广义水资源高效利用理论与实践

提出了广义水资源高效利用的概念内涵,指出广义水资源高效利用应以区域水资源-经济-生态复合大系统为研究对象,以水循环模拟为基础,广义水资源合理配置为手段,围绕广义水资源在经济和生态系统的服务功能与过程、在遵循有效性、公平性和可持续性原则的基础上,对广义水资源利用模式进行科学调控,实现广义水资源高效利用的目的。在广义水资源理论分析基础上,构建了广义水资源利用效率和效益的核算指标体系,提出了广义水资源高效利用调控框架。选择宁夏平原区作为研究案例,进行了现状广义水资源高效利用分析,模拟分析了区域渠系衬砌的广义水资源利用效率和效益变化,构建了广义水资源高效利用综合方案集,通过多方案的优化调控,选择了宁夏平原区广义水资源高效利用方案。     

广义水资源合理配置研究(Ⅲ)—应用实例

本文将广义水资源合理配置理论与方法应用于我国宁夏自治区，制订了广义水资源配置方案，分析了2010水平年方案集配置结果，并进行生态、经济、环境和水循环响应的量化研究。从一系列方案中优选出合理的推荐方案，通过推荐方案的全口径供需平衡分析，研究不同口径的宁夏区域水资源供需平衡状况。结果表明，该方案能够实现宁夏区域农业用水向工业和生活转移的目标，支撑区域经济系统和生态系统的协调发展。     

宁夏经济生态系统水资源合理配置研究

干旱地区经济发展与生态保护对水资源具有强烈的依赖作用，水资源的合理配置是缓解资源、经济与生态矛盾的根本途径。“宁夏经济生态系统水资源合理配置研究”项目正是基于干旱地区缺水的实际，针对其特有的水资源特点，提出了面向经济生态系统的水资源合理配置研究框架，开发建立了平原区分布式水循环模型、广义水资源合理配置模型等多个独创性模型，得出了对地区经济发展和水资源合理利用具有重要现实意义的战略结论。     

基于ET的水资源与水环境综合规划研究（Ⅱ）- 模型

本文根据基于ET的区域水资源综合规划的理念、研究框架、目标及调控体系，构建了基于ET的区域水资源与水环境综合模拟模型（WQQCM），该模型由分布式水文SWAT模型、人工水平衡AWB模型及分布式地下水MODFLOW模型耦合而成，实现地表水和地下水、天然水循环和人工水循环、水量和水质联合模拟，作为区域水资源与水环境综合规划的工具。本文以天津市为例对模型从地表水径流、地表水水质、地下水以及模型模拟ET结果等方面进行了校验，校验结果表明模型可支撑不同节水、水资源配置、点源和非点源水污染控制、水生态修复规划方案的情景模拟，为区域水资源与水环境规划提供数据支撑。     

流域水生态承载力及其概念模型

通过对人类主导下的流域社会-经济-河湖复合生态系统基本特征的理论分析,在对水环境和水资源承载力等概念辨析的基础上,揭示了流域水生态承载力的"分区、分期、分级"属性以及"量、质、序"递进综合约束作用等基本内涵,并提出其广义和狭义的概念。在以二元水循环为驱动的"水资源-水环境-水生态-社会经济"互动机制基础上,建立了流域社会-经济-河湖复合生态系统概念模型和流域水生态承载力分区耦合概念模型,并以"人水和谐"思想为核心提出了水生态承载力承载度的综合评价基本思想,及其"分区、分期、强化耦合"的系统动力学模拟评价模型的实现思想。以太子河流域为例,进行了实例应用。     

流域/区域水资源配置模拟模型研究

针对当前水资源配置模型实用性不强等问题,通过构建基于水量水质的联合配置的水资源模拟系统,进行流域/区域水资源合理配置模拟模型研究,并且对模拟模型进行实例验证,模拟结果与实际情况大体相符,可为提高水资源配置方案的合理性和实用性提供参考。     

广义水资源高效利用研究——（Ⅰ）理论

针对目前我国水资源短缺、用水浪费现象比较严重的现状，结合国内外水资源高效利用研究进展及不足，拓展了水资源高效利用研究层次和内涵，提出水资源高效利用的科学概念，指出水资源高效利用应以区域水资源—经济—生态复合大系统为研究对象，注重研究水资源在经济系统和生态系统的服务过程，以水循环模拟为基础，广义水资源合理配置为手段，综合考虑区域/流域内部各种水资源调配及相应情景下的横向和纵向水力循环转化联系，并在遵循有效性性、公平性和可持续性原则的基础上，对区域水资源利用方式进行科学调控，才能切实达到实现水资源高效利用的目的。     

城市化地区水资源承载力研究

本文探讨了城市化地区水资源承载力的内涵和特性。通过分析城市化对地区水循环、社会经济和生态与环境的影响，以“自然-人工”水循环为基础，以可持续发展作为控制目标，采用目标综合分析与多级灰关联评价相结合的方法，建立了一个城市化地区水资源承载力模型。通过对北京市通州区实例研究表明，该方法可为解决城市化地区水资源和生态与环境问题、指导水资源合理配置，对可持续发展战略的实施提供理论依据和技术支持。     

流域水资源合理配置评价理论及评价指标体系研究

以可持续发展理论、水资源二元承载力理论为配置评价的理论基础,针对黑河流域实际特点,建立了流域水资源配置评价指标体系,所构建的评价指标体系包括了分区指标与全局指标两个层次,涵盖了社会合理性、经济合理性、生态合理性、资源合理性、效率合理性与发展协调性六大类的多维评价指标.     

基于协同学原理的流域水资源合理配置模型和方法

本文在分析水资源配置系统协同特征基础上,根据协同学理论中有序度概念和支配原理,分别对水资源配置系统中社会、经济和生态环境子系统设置序参量,并结合信息熵原理,构建了一种基于协同学原理的流域水资源配置模型,一定程度上有效解决了水资源合理配置系统中多目标、多维数求解问题,并将此理论运用于我国南方丰水地区——东江流域水资源合理配置,得出了满意结果。     

基于二元水循环的水量-水质-水效联合调控模型开发与应用

为将我国最严格水资源管理制度的实践与二元水循环理论相结合，提高“三条红线”控制指标的科学性与合理性，本文以SWAT模型为基础，通过改进子流域划分方法、添加经济社会模块和人工用水模块，对其人工侧支循环模拟进行了系统的完善，开发了基于SWAT的水量-水质-水效联合调控模型SWAT_WAQER。以广西南流江流域为例，从国民经济用水量、河道径流与水质等方面对模型进行校验，并在此基础上划分了2030年“三条红线”控制指标。结果表明：该模型性能良好，能够用于不同节水情景下的国民经济用水量、污染物排放量、水功能区水质达标结果分析，可以作为科学制定“三条红线”控制指标的有力支撑工具。     

A Dissipative Hydrological Model for the Hotan Oasis (DHMHO)

Various hydrological models have been designed to simulate moisture transformation in the water-cycle system between atmospheric water, surface water, soil water and groundwater. But few have been designed specially for oases in arid desert areas where the ecology and the environment are vulnerable because of unwise water-land resources utilization. In order to analyze the moisture transformation in the Hotan Oasis in the Taklimakan Desert in China, and hence to provide scientific references for the rational exploitation and allocation of the limited water-land resources, for the purpose of ensuring that the vulnerable ecology and environment there can be gradually improved and the social economy there can develop sustainably, a dissipative hydrological model for the Hotan Oasis (DHMHO) was developed. It was an outcome of years of systematic study on the moisture transformation in arid areas and on the water–land conditions in the Hotan Oasis. Based on statistics, DHMHO introduces two empirical equations whereby we dynamically calibrated model parameters with monthly data from year 1971 to 1995. Then the calibrated parameters were used to model the moisture movement from 1996 to 2003 and thereafter rationality check and error analysis were conducted. The error analysis results show that the absolute relative errors between simulated and observed groundwater depth values are almost (11 of 12 points) within 20%, and those in annual watershed outflow simulation are mostly (six of eight points) within 20% with an average annual Nash–Sutcliffe Efficiency Coefficient (NSEC) of 0.80. With DHMHO and IPCC assessment, we also simulated the moisture transformation and dissipation in the Hotan Oasis from the year 2011 to 2020. Results show details of the water resources in the Hotan Oasis in the next decade and hence are expected to provide scientific references for establishing rational exploitation and allocation policies on the local water–land resources in the future.     

灌区水资源实时优化调度

根据实时调度原理及农业水资源配置特点，建立了分层耦合的水资源实时优化调度模型，该模型包括供需水中长期预测、中长期优化配置、供需水实时预报、短期渠系配水和基于模糊识别的实时修正5个模块，应用该模型可实现对预报、决策、实施、修正的滚动向前调度。在中长期优化调度模块中提出了利用模糊聚类和马尔科夫时间序列的预测方法对有效降水量进行预测，并根据预测的年型计算作物需水量和地下水可开采量。实例计算表明，应用该模型实行的实时优化调度与各种供水已知情况下的理想最优调度方案偏差较小。