社会水循环通量演变及驱动力分析——以保定市为例

社会水循环是自然-人工二元水循环的重要环节,社会水循环通量作为社会水循环的基本研究内容之一,在水资源短缺的背景下,把握其演变规律,揭示使其演变的驱动因子,对水资源的规划、利用和管理具有重要意义。基于2000—2015年保定市的气象数据和社会经济数据,采用信息熵法对保定市的用水结构进行分析,结果表明保定市的用水结构趋向均衡的方向发展;有效降水的演变没有明显规律,随降水的丰枯变化。从自然环境和社会经济两方面选取了20个驱动因子,采用灰色关联分析法定量分析,结果显示:第一产业产值比重和有效降水与社会水循环通量的灰色关联度分别为0.748和0.705,表明这两个因子对社会水循环通量演变的驱动力最大;自然环境因子和农业用水因子与社会水循环通量的关联度数值均处于较高水平,表明这两类因子对社会水循环通量演变的驱动力较强。     

社会水循环理论基础探析Ⅱ:科学问题与学科前沿

探讨社会水循环研究的基本要素、内容 （过程、结构、通量与调控）、分类及其相互之间的科学关系,阐述评介社会水循环研究的国内外进展,对人水和谐的用水配置、用水零增长、蓝水-绿水-虚拟水与粮食安全、水生态与水环境安全、节水减排与循环经济问题等当前备受关注的社会水循环热点科学问题进行深入分析,认为社会水循环与自然水循环的耦合与作用机制、社会水循环系统及其水量水质的演变机制和社会水循环调控与需求管理的决策机制,是社会水循环研究的三大基础性关键科学问题,社会水循环研究的前沿领域包括自然水循环系统与社会水循环系统之间的耦合机理及平衡-约束机制、经济社会发展规律的科学认知与社会水循环之虚拟水流动机理、社会水循环系统的水量水质演变过程、社会水循环系统描述的模型技术与方法和社会水循环系统的评价与调控等,从而与文献[1共同构成社会水循环研究的理论基础和科学框架。     

寒区水循环与寒区水资源演变

阐述了寒区水循环与寒区水资源演变在变化环境的研究中的意义及作用。分别从国内外的研究中综述了变化环境下寒区水循环与寒区水资源演变研究现状与进展,并归纳了寒区水文模型在寒区水循环研究中研究进展。此外,还分析了寒区水循环和寒区水资源演变研究中的难题和局限,强调了应用水文模型在研究寒区水循环与寒区水资源演变的进展。认为完善寒区水循环物理机制的研究,开发基于寒区水循环机制的分布式水文模型以及寒区水循环和水资源演变的归因分析是未来寒区水循环和水资源演变研究中的发展趋势。     

南水北调西线工程水源区水资源及其演变规律

该项目研究以南水北调西线工程水源区为研究区域，在“自然-人工”二元水循环演变理论指导下，提出“天地-体化”立体水资源监测方案，并构建物理机制统一的区域水循环气-陆耦合模型，实现水循环的大气过程、地表过程、土壤过程和地下过程的整体模拟和动态监测；以此为支撑，构建基于“气-陆”耦合模式的水资源评价技术．以大气水汽通量评价为基础，进行全口径、层次化、动态水资源评价。     

全国水循环通量解析及其演进研究

通过对流域水循环通量的全方位解析,摸清水资源家底,是落实水资源作为最大刚性约束的重要基础和前提。针对全国尺度的超大时空范围、复杂地貌类型、多气候类型等特点,创新研发了流域出口断面自动识别、多阈值虚拟河网融合等技术,强化高海拔区域垂向过程模拟,构建了全国分布式水循环模型WEP-CN,绘制了水循环两向水流图,对全国"自然-社会"二元水循环过程进行了多尺度分析和多元化呈现,同时基于对全国粮食和能源虚拟水的研究,实现了全国水循环实体水和虚拟水通量的解析,为全国、流域及区域等不同层面的水资源承载力评价和水资源战略配置提供基础信息,支撑水资源可持续利用。     

甘州区社会经济系统水循环研究

研究甘州区社会经济系统水循环,为该区节水提供合理的政策建议,这对干旱区及全国节水型社会建设具有现实指导意义。构建甘州区"水资源投入产出表"形成甘州区社会经济水循环网络,并用上升性理论对其进行宏观分析,结果表明:上升性(A)从1997年80755.52万m3·bit增加到2006年121173.81万m3·bit,系统总吞吐量(T)从1997年97014.20万m3增加到2006年184605.02万m3,而平均相互信息(I)从1997年的0.83bit降到2000年以后为0.65bit左右。这表明甘州区对水资源的利用还处于初级阶段,主要靠增加用水量而不是优化用水结构为经济发展做贡献,对水资源的利用不可持续。基于上述分析,提出以下建议:提高用水效率,改变产业结构,调整种植业结构,延长产业链条等。     

变化中的流域“自然-社会”二元水循环理论与研究方法

在人类活动和气候变化影响下,流域水循环发生了深刻变化。水多、水少、水脏、水浑等流域水问题背后的科学基础是"自然-社会"二元驱动力作用下的流域水循环及其伴生的水环境、水生态过程的演变机理,有效解决这些水问题需要一套流域"自然-社会"二元水循环理论来支撑。本文在简述二元水循环研究历程的基础上,从水循环的驱动力、结构、功能属性和演变效应等方面,对比分析了自然水循环和"自然-社会"二元水循环的不同特征,阐述了变化中的流域"自然-社会"二元水循环的基本原理,包括学科范式、科学问题、研究内容与研究方法等。文章还讨论了二元水循环研究面临的机遇与挑战,如水资源的数量-质量-效率统一度量与转化问题及解决方法等,并进行了研究总结。     

水资源综合模拟与调配模型WAS（Ⅱ）：应用

针对自然-社会水循环系统特点以及水资源管理实践需求,建立一种断面流量过程、断面特征频率径流总量、区域水资源配置总量多指标模型校验方法,并以甘肃省庆阳市为例开展WAS模型(Water Allocation and Simu?lation Model)构建与应用。模型在雨落坪站水文断面调参期(1967—1985年)年径流模拟的相关系数R2为0.89,Nash系数为0.79,校验期(1986—2000年)年径流模拟的相关系数R2为0.88,Nash系数为0.76;区域多年平均水资源总量模拟与实测误差为4.1%,25%、50%、75%和90%频率年误差分别为5.0%、1.1%、5.9%和4.2%;全市水资源配置总量误差为0.35%。在此基础上,提出庆阳市各水资源分区和行政分区的水资源配置方案以及全市自然-人工水资源循环转化图;分析表明,WAS模型在描述自然-社会水循环系统动态反馈方面具有一定优势,模型可以支撑水资源精细化评价和管理需求。     

气候变化和人类活动对水文循环影响研究进展

气候变化和人类活动是影响流域水文循环过程和水资源演变规律的两大驱动因素,所引起的水文效应已成为当前全球变化研究领域的焦点问题。水循环系统是气候系统的重要组成部分,气候变化对水循环要素的影响必然导致流域水资源的时空变化。同时,人类活动对流域水循环的影响也日益显著,主要表现为土地利用/覆被变化、修建大型水利工程等引起的流域下垫面条件变化,进而影响流域内的产汇流机制。针对气候变化和人类活动对流域水循环要素的影响机制,从水文要素时空变化检测与归因的角度对主要研究结果进行回顾,探讨了变化环境下水循环要素变化的检测与归因分析研究方法,并总结了定量区分气候变化和人类活动对水循环过程影响研究中的主要问题和不足,提出了未来需要重点加强气候变化和人类活动对水循环要素变异的驱动机理及贡献分解研究、加强水循环要素时空变异特征的诊断以及模型评价技术和不确定性量化研究等。     

基于水资源综合模拟与调配一体化模型的北京市水资源模拟分析

在探讨2007—2018年北京市水资源供需平衡情况的基础上,利用WAS模型对1980—2018年北京市水资源进行动态模拟研究,分析区域自然-社会水循环转化模式,探讨社会水循环与自然水循环的转化机理。结果表明：2007—2018年北京市年均需水量（实部、虚部）呈上升趋势,年均蓝水供水量36.85亿m3,绿水供水量16.90亿m3;需水缺口呈显著增大趋势,年均水资源缺口为165.20亿m3;1982—2010年北京市多年平均及25%、50%和75%径流总量特征频率年模拟与实测误差率分别为7.0%、4.8%、1.2%和0,模型精度较高;各计算单元自然水循环下出流量由东北部向西南部递增,自然-社会水循环下实际出流量有所下降。     

基于系统动力学的江苏省水资源承载力的仿真与控制

为了研究江苏省水资源承载力,运用系统动力学方法,构建了江苏省水资源承载力系统动力学模型,并设计4种方案模拟2013-2020年江苏省水资源承载力水平,选取供需差和COD排放总量作为评价指标评价江苏省水资源承载力。结果表明:江苏省水资源承载力在近几年不能满足社会经济发展需求,方案4可以有效解决江苏省水资源供需矛盾问题,并提出解决江苏省水资源承载力不足问题的对策,即应充分应用科学技术,综合考虑开源、节流、产业结构调整和水污染控制。     

Integration of seawater and grey water reuse to maximize alternative water resource for coastal areas: the case of the Hong Kong International Airport

Development, population growth and climate change have pressurized water stress in the world. Being an urbanized coastal city, Hong Kong has adopted a dual water supply system since the 1950s for seawater toilet flushing for 80% of its 7 million inhabitants. Despite its success in saving 750,000 m(3)/day of freshwater, the saline sewage (consisting of about 20-30% of seawater) appears to have sacrificed the urban water cycle in terms of wastewater reuse and recycling. Can seawater toilet flushing be applied without affecting the urban water cycle with respect to sustainable water resource management? To address this issue, we examined the entire urban water cycle and developed an innovative water resource management system by integrating freshwater, seawater and reclaimed grey water into a sustainable, low-freshwater demand, low-energy consumption, and low-cost triple water supply (TWS) system. The applicability of this novel system has been demonstrated at the Hong Kong International Airport which reduced 52% of its freshwater demand.     

用水变化动态结构分解分析模型研究Ⅱ:应用

根据前文提出的用水变化动态结构分解分析(SDA)模型,本文以1997—2007年中国用水为例,编制了中国15个部门水资源投入产出系列表,并对行业用水变化进行结构分解。验证参数和路径结果表明,该模型满足唯一性要求,各因子时间路径模拟效果很好,确保了结果的可靠性。模型成功分解较长期的(11年)用水变化过程并获得了动态化结果。分析结果表明,消费水平是各行业用水增长最重要的驱动力,而节水技术水平和最终需求结构对用水增长具有较强的抑制作用。三者在2002年前后的总体影响比例范围分别为:43.9%~44.2%、32.0%~39.1%和9.2%~18.6%。消费水平与最终需求结构的拉动作用促使第三产业用水增量最大。人口规模和经济系统效率对用水的影响相对较弱。实例研究表明,该模型能有效分解分析部门用水的长期变化,具有良好的适用性。     

区域节水潜力评估

针对我国稳步推进的节水工作需求,基于自然-社会二元水循环基本规律,分析京津冀地区各行业用水过程及影响因素,从取用节水和资源节水两方面计算存量用水的极限节水潜力。结果表明:京津冀地区取用节水潜力和资源节水潜力分别为11.44亿和6.36亿m~3,分别占区域总用水量的5.4%和3.0%,节水潜力有限;由分行业分析可知,农业取用节水量和资源节水量分别占总节水量的51.0%和59.3%,农业仍为区域节水重点;提出的极限节水潜力计算方法能够科学准确地测算区域或流域存量用户节水潜力,计算明晰节水目标,为区域水资源管理提供借鉴。     

基于生态优先的渝西地区水资源配置研究

重庆市渝西地区自产水资源短缺,河流生态脆弱,水资源和水环境承载能力不足以支撑区域经济社会可持续发展,水资源配置格局亟需优化。因此,基于MIKE BASIN软件平台建立了渝西水资源配置模型,模拟对象包括区内主要水源工程、用水户和河流;然后从生态基流需水、水生生物需水、基本自净功能需水3个方面分析了河流控制断面生态环境需水量。在此基础上提出了在退还现状生产生活挤占的生态用水和区内水资源优先满足生态环境需水的前提下,以提水利用嘉陵江、长江过境水为主要解决生产生活缺水并补充河流生态环境用水的水资源配置方案。     

Urban Water Conservation Evaluation Based on Multi-grade Uncertain Comprehensive Evaluation Method

Water is not only the resource of life but also the important resource for a nation survival and development. Nowadays, the water crisis has become one of the most essential factors to restrict urban development. In this case, taking reasonable and effective method for comprehensive evaluation of urban water conservation level is helpful for promoting the construction of water-saving city. The main contribution of this paper is providing a new evaluation method for urban water saving. First, an urban water-saving evaluation index system is built. And the index system takes six water-saving standards including comprehensive water saving, domestic water saving, ecological water saving, industrial water saving, agricultural water saving and social economy as criteria. Then, the water-saving assessment model is proposed based on the Multi-grade Uncertain Comprehensive Evaluation (MUCE) Method. In this method, the important degree and the corresponding remark of each evaluation index are both considered to be uncertain variables due to the human uncertainty. The weights as well as the final evaluation result are obtained according to their uncertainty distributions and the votes of experts. At last, the comprehensive evaluation for water-saving level of Handan City located in North China is studied.     

北京市地下水资源利用现状评价

北京市迅速发展的社会经济导致了对水资源的严重依赖,尤其是对地下水资源的依赖,占到总用水量的71%。现选择了6个重要的水资源利用评价指标,采用模糊综合评价方法对北京市水资源利用现状做了综合评价。从评价结果看,北京市的地下水已经严重超采,人口的增加和经济的发展抑制了节水技术的贡献,水资源状况已经在一定程度上限制了社会经济的持续发展。     

浅谈水资源需求管理技术在黄河流域的应用

在对水资源需求管理的内涵进行探讨的基础上,针对目前黄河流域水资源可持续利用面临的主要问题,分析了黄河流域实施需求管理的必要性。从行政管理、水价制定、经济激励、节水技术推广及节水诱导等方面对黄河流域实施水资源需求管理,对实现高效用水提出了建议。     

湖北省节水农业发展的基本思路与对策思考

湖北具有水资源供给的自然优势,但降水分布的季节性及南水北调工程等因素,给湖北水资源供需平衡和生态环境带来极大压力。从农业这一用水大户的内部充分挖掘潜力,实施节约用水,便成为人们需要关注的重要问题。对此,针对湖北的实际情况,进行了深入探讨,提出了实施节水农业是未来湖北农业水资源利用的战略选择这一观点。     

湖北省节水农业发展的基本思路与对策思考

湖北具有水资源供给的自然优势,但降水分布的季节性及南水北调工程等因素,给湖北水资源供需平衡和生态环境带来极大压力.从农业这一用水大户的内部充分挖掘潜力,实施节约用水,便成为人们需要关注的重要问题.对此,针对湖北的实际情况,进行了深入探讨,提出了实施节水农业是未来湖北农业水资源利用的战略选择这一观点.