二元水循环理论浅析

水循环研究是解决水资源相关问题的基础,长期以来。人们大都采用将自然水循环“还原”人类影响的方法研究水循环,但这种方法存在诸多弊端,往往不能全面准确地反映水循环过程。本文在对二元水循环理论进行分析研究的同时,叙述了二元水循环理论研究的现状,对自然水循环、社会水循环进行了分析比较,并提出了一些建议。     

“海河流域二元水循环模式与水资源演变机理”成果通过鉴定

2011年3月23日,水利部国际合作与科技司在北京组织召开了由中国水利水电科学研究院等单位完成的海河流域二元水循环模式与水资源演变机理科技成果鉴定会。会议由水利部科技推广中心许平副主任主持,清华大学王光谦院士担     

基于二元水循环模式的水资源评价理论方法

国内外流域水资源评价方法是随着水资源稀缺性的逐渐增强而不断发展的。时至今日,传统的水资源评价方法在描述人类活动干扰和满足不同层次水资源规划要求方面面临严峻挑战。本文提出了水资源全口径层次化动态评价方法,即以降水为资源评价的全口径通量,遵照有效性、可控性和可再生性原则对降水的资源结构进行解析,实现广义水资源、狭义水资源、径流性水资源和国民经济可利用量的层次化评价。在手段上,构建了由分布式水循环模拟模型与集总式水资源调配模型耦合而成的二元水资源评价模型,并将下垫面变化和人工取用水作为模型变量以实现动态评价。     

城市耗水的“自然-社会”二元属性及季节性特征研究——以北京市为例

城市水耗散过程具有明显的"自然-社会"二元属性,对于我国北方城市,耗水还具有明显的季节差异。为了准确计算城市耗水和水循环通量,需要定量化开展区分自然侧和社会侧耗水的研究,同时考虑季节性的差异。本文将城镇建设用地划分为绿地、水面、土壤、建筑物、硬化地面五类耗水类型,提出了城市"自然-社会"二元耗水的分析框架,构建了城市二元耗水计算模型。以北京市为例,计算2015年各区城镇建设用地春、夏、秋、冬四个季节的自然侧和社会侧耗水强度,得出城六区的耗水强度都超过700 mm,其中西城区的年耗水强度达1008 mm,其他城区的耗水强度分布在350～505 mm之间。城六区的社会侧耗水比例分布在45.33%～65.92%,其他城区的自然侧耗水占比分布在74.38%～87.33%。北京市城镇建设用地在春、夏、秋、冬季的耗水强度之比是1.76∶5.68∶3.78∶1。研究表明:随着城市化水平不断提高,城镇建设用地的综合耗水强度增大,社会侧耗水占比也增大,人口密度和建筑密度是影响城市社会侧耗水强度的主要因素。城市耗水强度的季节性差异明显,夏秋季节是自然侧耗水占主体,冬春季节则是社会侧耗水占主体,城市化水平提...     

基于二元水循环及系统熵理论的城市用水配置

基于二元水循环理论,在分析城市水资源配置系统结构基础上,构建了考虑水资源质、量均衡的城市用水优化配置模型,并运用多目标求解方法获得水资源分配的可行方案;对信息熵进行改进,构建了系统熵,并将其应用于可行方案的评价中。对昆明市水资源的优化配置计算结果表明,当重视生态效益或者综合考虑生产、生活、环境及生态效益时,系统熵值较小,这将有利于水资源系统的长期健康运行;该方法不仅能对城市用水系统进行简洁有效的分析评价,亦能对用水系统的结构调整、系统发展提供参考意见。     

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。     

“双碳”战略下水循环响应与需水情势变化

通过对相关文献的研究梳理，基于“双碳”战略任务要求与实施路径，对“双碳”战略下水循环响应与需水情 势变化等进行深入探析。研究表明，水、碳循环在自然界通过植物光合作用和蒸散发紧密相连，在经济社会中通 过水资源与能源的供-用-耗-排过程密切相关。“双碳”战略实施对水资源供、需两端均产生一定影响，供给端主 要表现在降水、径流的时空分布变化，需求端主要表现在产业结构、布局的调整以及伴生的需水变化。针对“双 碳”战略下的水-碳天然循环变化及其影响应进一步加强研究并制定适应性措施，同时加强经济社会领域水资源 与能源供-用-耗-排过程的主动调节，为“双碳”目标实现和经济社会高质量发展提供支撑。     

“自然-社会”递进式地表水文模拟方法及应用（Ⅲ）——跨流域调水开发模式研究

本文以引汶补源入济工程为例,根据＂自然—社会＂递进式地表水文模拟模型的模拟结果,确立了琵琶山坝断面跨流域引水控制原则,并拟定不同情景,从调水量角度,探讨了琵琶山坝断面跨流域调水的地表水资源开发模式。为缓解济宁市水资源供需矛盾,促进流域经济社会和生态环境健康、协调、可持续发展提供了技术支撑。     

“自然-社会”递进式地表水文模拟方法及应用

本文在基于GIS的分布式水文模型的基础上,充分考虑了水利工程措施（如蓄、引、提、灌等取用水工程）的影响,并结合最严格水资源管理制度等非工程措施,构建了一套较为完整的总量控制格局下基于GIS的“自然-社会”递进式地表水文模拟模式。     

“自然-社会”递进式地表水文模拟方法及应用

本文在基于GIS的分布式水文模型的基础上,充分考虑了水利工程措施(如蓄、引、提、灌等取用水工程)的影响,并结合最严格水资源管理制度等非工程措施,构建了一套较为完整的总量控制格局下基于GIS的"自然-社会"递进式地表水文模拟模式。     

城市水循环演变及对策分析

全球气候变化和快速城市化改变了自然水循环过程,使水循环呈现"自然-社会"二元特征.城市是二元水循环耦合程度最深的区域,城市水循环的驱动力、结构与过程呈现复杂化,由此引发的城市水问题越来越突出,未来城市水循环面临严峻挑战.本文在识别城市水循环的演变历程和机理的基础上,解析了城市水问题的产生根源.以城市水问题以及未来城市水...     

流域生态环境需水与缺水的快速评估（I）：理论

为识别生态环境缺水严重的区域和合理评价生态环境用水的配置效果,本文提出了一种新的流域生态环境需水与生态环境缺水快速评估方法。将流域的生态环境需水满足程度定义为,流域“实际生态环境用水”与流域在未受或少受人类活动干扰时的“自然状态条件下的生态环境用水”的接近程度。以土地利用资料为基础,运用层次分析法构建流域生态环境需水特征指标来表征流域生态环境用水的相对大小;借鉴水体生物快速评估法的思想,通过流域单元划分、参照单元选择、参照组构建、参照组匹配、观测值与期望值的比较计算等步骤,可以对不同级别流域的生态环境缺水问题进行深入分析,从而快速识别生态缺水严重区域、预测其生态缺水动态变化,并对生态环境用水配置效果进行评价。     

流域生态环境需水与缺水的快速评估(Ⅰ)：理论

为识别生态环境缺水严重的区域,合理评价生态环境用水的配置效果,本文提出了一种新的流域生态环境需水与生态环境缺水快速评估方法。将流域的生态环境需水满足程度定义为,流域"实际生态环境用水"与流域在未受或少受人类活动干扰时的"自然状态条件下的生态环境用水"的接近程度。以土地利用资料为基础,运用层次分析法构建流域生态环境需水特征指标来表征流域生态环境用水的相对大小;借鉴水体生物快速评估法的思想,通过流域单元划分、参照单元选择、参照组构建、参照组匹配、观测值与期望值的比较计算等步骤,可以对不同级别流域的生态环境缺水问题进行深入分析,从而快速识别生态环境缺水严重区域、预测其生态环境缺水动态变化,并对生态环境用水配置效果进行评价。     

我国重要江河湖泊水功能区划特征

全国重要江河湖泊水功能区划在统筹协调水资源开发利用、保护以及经济社会发展要求的同时,也充分考虑了所在流域水资源的自然条件和属性.基于国务院批复的区划成果,分析了不同类型功能区及其水质目标在全国十大水资源一级区的分布状况,并针对不同水资源一级区的自然环境、水资源条件和经济社会发展状况,进一步分析了各水资源一级区重要江河湖泊水功能区划成果和主要特征.     

关于建立流域水资源保护与水污染防治联动机制的思考

水资源的流域特点决定了建立流域污染防治联动机制是水资源保护与水污染防治工作取得实效的关键。经过数年的探索实践,桂黔跨省(自治区)河流水资源保护与水污染防治协作机制以及南水北调中线工程水源区水资源保护和水污染防治联席会议制度已经逐步健全完善,为流域水环境改善提供了制度保障,也为其他流域的水资源保护工作提供了有益借鉴。应以流域为单元建立联动机制,同时加强法规体系建设,搭建民主决策框架,建立灵活多样的运作模式,有序扩大协调内容和范围。     

流域水资源可持续利用模式研究

从技术和管理两个角度 ,围绕指标体系、分析模型和管理体制三个方面 ,综合分析水资源可持续利用的“判别—优化—保障”模式 ,包括建立判断水资源利用状况的评价指标体系 ;提出以水资源的可持续利用支持社会经济可持续发展的水资源合理配置模型和多目标分析模型 ;在分析国外流域水资源管理经验的基础上 ,提出保障流域水资源可持续利用的管理对策 .     

基于二元水循环的流域分布式水质模型构建与应用

流域分布式水质模型是描述污染物的时空迁移转化过程的数学工具,是预测未来水质状况、研究污染物总量控制方案的技术手段。本文针对流域分布式水质模型WEQ开展研究,结合二元水循环理论,着眼于加强污染物产生、入河过程的机理,考虑水库库容变化对污染物时空变化的影响,进一步增强模型的物理机制。改进后的WEQ使农田面源由陆域产生至入河过程更具有物理机制;借助水土流失方程计算水土流失量,增强了土壤侵蚀面源污染来源的可信度;通过水质过程与二元水循环过程的耦合,实现了污染物入河过程的动态计算;将水库蓄变量作为模型变量,描述水库调蓄对污染物的影响。本文以嫩江流域为例,模拟COD、氨氮的空间分布规律及河道断面负荷变化特征。模拟结果显示,率定期:MSEQ=1.81,Re=62.3%,Pearson=0.374;验证期: MSEQ=1.45, Re=50%,Pearson= 0.692,通过产生量核算、水质模拟过程与监测数据对比以及水库调度合理性分析,确保改进的WEQ模拟误差在合理范围之内,能够反映强人类活动干扰下的水质过程,对水环境管理需求具有实际意义。     

中、美流域水资源管理机制比较

萨斯奎哈纳流域管理委员会的委员由美国联邦政府和其流域内纽约、宾夕法尼亚、马里兰三个州的代表组成。在《萨斯奎哈纳流域协议》（联邦法律）的授权下。该委员会有权处理流域内的任何水资源问题。相比之下．国内的流域机构没有流域内省（自治区、直辖市）的代表作为委员，流域水行政管理的职能还不能满足流域内社会经济发展的实际需要。因此，形成和完善以流域为单元的水资源管理法律框架是有效保护、开发和管理流域水资源的基础，建立包括流域内省（自治区、直辖市）为代表的流域管理委员会可以提供一个有代表性、长效的管理机构。流域管理委员会应着重加强流域水资源保护、开发和管理的综合规划，注重流域的公共利益和社会服务．重视水质、湿地、洄游鱼类、珍稀物种和文化遗产保护．切实担当起河流代言人和保护神的角色。