基于实际耗水的固原地区马铃薯生产水足迹研究

通过水足迹理论准确评估固原地区马铃薯生产的水资源利用效率情况,为当地马铃薯产业发展提供理论依据。采用基于实际耗水的水足迹计算原理、Mann-Kendall检验、Sen斜率法、LMDI模型,研究了固原地区马铃薯生产水足迹的变化趋势和主要影响因素。研究结果表明：1981-2017年固原市马铃薯生产水足迹均值为1.48 m³/kg,下辖县(区)均值在1.17~2.04 m³/kg之间,全市和各县(区)马铃薯生产水足迹均呈显著减小趋势,全市年均变幅为-0.04 m³/(kg·a);固原市单位面积绿水消耗量和单产量均值分别为2 778.4 m³/ hm²和2.18 t/hm²,下辖县(区)分别在2 622.2~3 401.3 m³/hm²和1.65~3.19 t/hm²之间,各县(区)单产量均呈显著增加趋势,从西北到东南单产量和单位面积绿水消耗量增大,水足迹减少;固原市单产量全时段贡献率为80.8%,贡献量在0~-2.30 m³/kg之间,单位面积绿水消耗量贡献率为19.2%,各县(区)单产量贡献率为76.3%~84.0%,单位面积绿水消耗量贡献率为16.0%~23.7%。水足迹计算方法中考虑了实际耗水条件,比充分灌溉条件更能反映实际情况。固原地区马铃薯水足迹显著下降主要是由于单产量增加,单产量作为主要驱动因子仍有提升潜力,今后应该加强农业现代化发展,提高水资源利用效率。     

协调公平与效率的“四水四定”研究Ⅱ：应用

宁夏干旱缺水且发展不均衡,以水定需是必然选择。本文针对宁夏水资源条件和经济社会特征,构建协调公平与效率的“四水四定”优化模型,开展全区“四水四定”方案分析。模型以用水总量红线指标为水资源刚性约束,根据区域发展战略确定刚性保障需求,通过水与“四定”协调关系分析得出经济社会发展和用水效率可行变化范围。以2019年为现状、2025年为目标年,采用模型协调优化得出“四定”规模控制目标,以及分行业和区县的用水总量控制指标。结果表明,在全区73.27亿m³用水总量和41.5亿m³耗水约束下,满足全面小康的“四定”规模为750万人、5481亿元GDP、84.7万hm²灌溉面积和791 km²建成区面积。通过对比分析方案的公平性和效率提升状况,揭示了不同行业、区域的水量流转方向,表明约束设置对结果有显著影响,可为区域经济社会发展和水资源管控决策提供参考。     

基于熵权-TOPSIS的滴灌春玉米灌水定额研究

为准确得到适宜于北疆地区滴灌春玉米的灌水定额,设置了W₁(225 m³/hm²)、W₂ (300 m³/hm²)、W₃ (375 m³/hm²)、W₄ (450 m³/hm²)、W₅ (525 m³/hm²)、W₆ (600 m³/hm²) 6个水平的灌水定额,研究灌水定额对春玉米生长发育和产量的影响。选取部分生长指标、产量指标、节水指标作为评价指标,结合耗水规律和指标显著性进行分析,并采用熵权-TOPSIS综合评价法,优选适宜于北疆地区滴灌春玉米的灌水定额。结果表明：滴灌春玉米的关键生育期为抽雄散粉期,该生育期最优灌水定额为525 m³/hm²;耗水量和耗水强度的增长速率在灌水定额大于525 m³/hm²后明显下降;通过各指标显著性分析得出,灌水定额为450~525 m³/hm²时,较适宜北疆春玉米的生长;熵权-TOPSIS综合评价结果显示,灌水定额为525 m³/hm²时,贴近度最高,评价结果最好,此时玉米产量为16 178.71 kg/hm²。综上所述,北疆滴灌春玉米的最优灌水定额为525 m³/hm²。     

黄河下游洪水淹没风险实时动态仿真关键技术

正黄河下游洪水淹没风险区包含黄河大堤内的滩区和堤外的防洪保护区,涉及河南、山东、河北、安徽、江苏5省110县12余万km~2,区域面积大,河湖水系众多且构筑物复杂。黄河下游洪水淹没风险既受复杂来水来沙过程的影响,又受大范围淹没区内复杂构筑物和河湖水系的影响,洪水演进和淹没区内构筑物之间还存在复杂的互馈关系,     

陕北黄土高原退耕还林还草工程产水效应

以陕北黄土高原为研究区,利用InVEST产水量模型,基于水量平衡和水文过程原理,通过对降水、蒸散发、土壤、植被等自然因子和土地利用/覆被变化因子进行空间叠加与模拟计算,定量评价了研究区退耕还林还草工程的产水效应。结果表明：2000-2010年研究区林地、灌丛、草地面积分别增加了122.7、285.2和3 204.0 km²,耕地面积减少了3 984.5 km²,退耕还林还草工程土地覆被变化显著;2000-2010年研究区产水能力整体下降,延安市境内总产水量减少了8.9×10⁸ m³,榆林市境内总产水量减少了7.2×10⁸ m³,空间分布与退耕还林还草工程实施区域高度一致;土地利用类型转化致使研究区产水量整体减少了11 665.4×10⁴ m³,其中,耕地向林灌草的转化导致研究区产水量减少最为明显,共减少了11 254.2×10⁴ m³,占总减少量的96.5%。通过产水量重要性分级和空间分区,可为生态系统及流域的科学管理、退耕还林还草工程的科学实施提供参考和指导。     

长江流域水系统生态服务价值评价方法

为完善人类活动影响下的生态系统评价体系、实现对生态关键要素的价值识别与评估。本文通过将生态系统服务价值(ESV)评价与改进的水资源综合模拟与调配模型(WAS)耦合，量化识别“自然-社会”二元水循环对区域生态系统功能的支撑作用，提出水系统生态服务价值(ESV-W)评价方法。将该方法应用于2005—2020年长江流域水系统的生态服务价值评价中，研究结果表明：2005—2020年长江流域水系统生态服务价值(ESV)由31.04万亿增长到42.08万亿，高价值区域(>30万元/hm²)集中在长江中下游及两湖地区;水系统的生态服务价值(ESV-W)分项来看，单方水的生态效益从19.20元/m³提高到24.98元/m³，其中2020年的农业灌溉、生态补水和自然水循环的效益分别为8.21元/m³、194.93元/m³、43.13元/m³。     

乌裕尔河1951-2015年径流量变化对扎龙盐沼演替的影响

使用Mann-Kendall和滑动t检验方法探讨了乌裕尔河流域径流量的变化对扎龙湿地演替的影响。结果表明：扎龙湿地迅速退化与乌裕尔河流域径流量的变化密切相关。乌裕尔河中下游的径流量自20世纪80年代初显著性减少。上游来水进入湿地的径流量从20世纪60年代的8×10⁸ m³迅速减少至21世纪的不足3×10⁸ m³,最低年份不足1×10⁸ m³。径流减少导致扎龙湿地持续干旱缺水,并使湿地水质迅速恶化和大面积沼泽退化消失。1979年扎龙湿地盐渍土面积为150 km²,到2014盐渍土面积增加到245 km²以上。扎龙湿地大部分水体属于富营养化水体,部分区域达到极富营养化程度,并且整体上呈现恶化的趋势。长期干旱的胁迫将削弱扎龙湿地的生态功能,甚至影响整个松嫩平原西部的生态安全。     

水足迹视角下辽宁省春玉米生育期水土资源匹配特征研究

随着气候变化及种植结构调整,农业水土资源配置状况发生改变,研究农业水土资源匹配特征对农业可持续发展具有重要意义。基于作物生产水足迹视角,采用广义农业水土资源匹配系数的计算方法,对 1985—2018年辽宁省春玉米生育期的水土资源匹配特征进行分析。结果表明：1985—2018 年间辽宁省春玉米农业水土资源匹配系数变化波动明显,总体以 14 m³/（hm²·a）增长,多年平均农业水土资源匹配系数值为 5733 m³/hm²。同时,1985—2018 年间辽宁省春玉米农业水土资源匹配状况呈现向好趋势,东部农业水土资源匹配良好的地区增多,西北部农业水土资源匹配较差的范围缩小。未来辽宁省玉米种植结构调整,应立足各地区农业水土资源匹配特征,构建水土资源空间均衡的农业生产体系。     

基于水足迹的湿地生态需水保障对策

采用定额法核算白洋淀流域2003年、2007年和2011年的水足迹,重点分析白洋淀流域内农业、工业和第三产业的水足迹结构。结果表明,白洋淀流域的虚拟水足迹从2003年的83.86亿m³增加到2007年的95.87亿m³, 2011年的108.21亿m³。从消费比例来看,农业用水所占比例最大,平均值达到69%;第二产业用水占24%左右,第三产业用水占7%左右。 提出解决白洋淀流域不同类型湿地生态需水的策略:调整流域种植结构,减少高污染、高耗水部门,提高农业灌溉效率和水资源重复利用率等,每年可节约5.95亿m³的水量,可以保障白羊淀流域湿地生态系统基本的生态需水。     

北京市大中型水库下游河道行洪能力分析——以怀柔水库为例

大中型水库在发生超标准洪水时，下游河道及两岸保护区会面临巨大的洪水风险。为保障河道行洪安全，需要对河道行洪能力进行分析，确定其过流能力及阻水建筑物对行洪的影响。以怀柔水库下游主河道怀河为例，利用一二维水动力模型，阐述了如何构建数值模型，设置合适的模拟方案并分析方案结果。结果显示了怀河的具体行洪能力，并针对怀河上阻水建筑物的影响做了进一步的研究，结果表明阻水建筑物会对河道水位及漫堤后的淹没范围造成不利影响，壅高水位并增大淹没面积，为保障行洪安全应尽量减少阻水建筑物，避免不利影响。     

永定新河河口风暴潮对其右堤防洪保护区洪水风险影响分析

依托全国重点地区洪水风险图编制工作,以永定新河右堤防洪保护区为研究对象,采用MIKE 21/3 Coupled Model FM软件建立风暴潮模型进行洪水演进计算,分别对防洪保护区内遭遇100年一遇、200年一遇风暴潮情景下的淹没水深、范围、流速、历时等洪水风险要素进行分析,估算了由此产生的居民财产、农林牧渔、工商企业、交通运输、水利设施等方面的直接损失。结果显示,永定新河河口遭遇100年一遇风暴潮时,洪水淹没面积20.69 km~2,其中耕地淹没面积0.41 km~2,居民地淹没面积7.46 km~2,受影响人口2.05万人,受影响GDP达235.13亿元。永定新河河口遭遇200年一遇风暴潮时,洪水淹没面积增加17.79 km~2,耕地淹没面积增加1.66 km~2,居民地淹没面积增加3.77 km~2,受影响人口4.18万人,受影响GDP达630.10亿元。各方案洪水损失估算中,工业产值损失所占比重最大,约占65%,其次是商贸业主营收入,约占24%,其余指标在总损失中所占比例均较小。研究成果能够为区域洪水风险管理、防灾避险预案制定及防洪(潮)调度决策提供技术参考。     

基于流域洪水危险分析的社工坑整治方案

为优化位于广州市白云新机场配套综合开发区范围内的社工坑整治方案,采用MIKEFLOOD耦合一维MIKE11和二维MIKE21水动力模型对铁山河流域进行洪水危险分析,模拟流域遭遇不同重现期洪水时的淹没状况。洪水危险分析结果表明,当遭遇20年一遇设计洪水时,社工坑流域淹没面积达4.03 km2,最大淹没水深达0. 93 m,淹没区域主要位于开发强度较大的中下游地区,而干流铁山河下游段尚有一定行洪能力;提出新建两条支涌将社工坑中下游洪水引入铁山河下游的整治方案。     

水库溃坝洪水数值模拟及下游风险评价

以锦屏二级水库为例,利用DAMBRK和一维水动力模型模拟多种组合工况下水库溃坝和洪水演进过程,并对计算得到的溃口流量及下游洪水演进结果进行分析。根据溃坝洪水模型计算获得的水库下游地区洪水淹没情况,综合考虑洪水的危险性、暴露性和易损性,利用模糊综合评价法对水库下游8个重要乡镇进行了洪水风险评价,评价结果可以为该流域进行安全应急预案制定、洪水灾害风险管理等提供技术参考。     

福建省山洪灾害风险识别与定量分析

受极端天气、复杂下垫面和人类活动多重因素影响,山洪灾害在我国频发高发,且预测预报难度较大。本文基于全国山洪灾害调查评价成果,着眼于15-20 km~2的小流域,从降雨、下垫面、社会经济、现状防洪能力、涉水工程及监测预警设施配置率6个方面,提取了54个备选指标,运用主成分分析法进行降维处理,筛选了10个核心且独立的指标,构建了风险评估指标体系,建立了风险立方体模型,并运用福建省2306场历史山洪场次数据进行了模型验证。结果表明,基于小流域的山洪灾害风险识别可有效反映灾害对降雨和下垫面的响应关系;沿海台风暴雨高发区和内陆山区短时强降雨高值区是山洪灾害高风险区,涉及小流域1151个,面积近2万km~2,人口608万。     

Hydrodynamic simulation of the operational management of a proposed flood emergency storage area at the Middle Elbe River

Emergency storage areas can be an effective structural flood protection measure. By their controlled flooding the risk of inundation for downstream areas with higher vulnerability can be reduced. In the present study, the flooding and emptying process of a proposed storage area at the Middle Elbe River is simulated. The storage area has a maximum capacity of 40 million m³ and is divided into two polder basins. It is designed for the attenuation of extreme floods of 100 years or more return period. A one‐dimensional hydrodynamic model is set up for a 20 km reach of the Elbe River, wherein the storage area is schematised by two storage cells each representing one polder basin. Flow between the storage cells and the Elbe River is controlled by adjustable gates, which operate based on the pre‐defined conditions. Four flood scenarios which differ in flood magnitude and hydrograph shape are simulated. The scenarios are derived from analyses of a 70 years discharge record. Furthermore, for each flood scenario two gate control strategies are investigated. The results show that during large floods the utilization of the storage area with controlled gate operations significantly reduces the Elbe River peak discharges. However, the magnitude of the attenuation depends on the steepness of the flood hydrograph and the applied control strategy with well‐timed gate operations. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

吉林省湿地调蓄洪水功能分析及其价值评估

湿地通过调节流量、减缓流速和蓄积水资源,在调节河川径流、补给地下水和维持区域水平衡中发挥着重要作用,吉林省湿地面积较大,分布较广,在调蓄洪水中具有重要价值。笔者通过核算吉林省湿地调蓄洪水价值及其在各区县的空间分配规律,阐明了吉林省湿地调蓄洪水价值整体特征。结果显示,吉林省调蓄洪水突出区域主要分布于中部和北部,其中中部突出区域面积为0.7万km~2,北部为1.2万km~2。吉林省湿地调蓄洪水总价值为2 910.1亿元,排序为人工湿地(1 218.72亿元)湖泊湿地(815.28亿元)沼泽湿地(510.97亿元)河流湿地(365.13亿元)。各区县调蓄洪水价值排序为白城市(798.52亿元)松原市(768.19亿元)长春市(413.46亿元)吉林市(302.08亿元)延边市(214.94亿元)通化市(175.06亿元)四平市(112.60亿元)辽源市(68.93亿元)白山市(56.32亿元)。另外,各区县单位面积调蓄洪水价值以松原市最大,白山市最小;人均占有调蓄洪水价值白城市最高,四平市最低。各种湿地类型其单位面积和人均调蓄洪水价值空间分布,各区县差异明显。     

察尔森水库溃坝洪水模拟计算

采用经验公式法对察尔森水库溃坝洪水进行模拟计算,根据大坝可能出现的溃坝风险,模拟了大坝溃决后保护区内洪水的演进过程,模拟的计算结果提供了淹没水深、淹没范围等洪水风险信息,为察尔森水库防洪风险管理提供了依据。     

设计降雨特征对城市内涝模拟结果的影响分析

降雨是城市内涝的主要诱因之一,不同降雨特征对于城市内涝风险的影响也有所区别。为了进一步挖掘降雨特征对城市内涝风险的影响,采用综合流域排水模型（InfoWorks ICM）构建了我国南方某城市的内涝模型,系统分析了设计降雨的雨型和历时特征对城市内涝模拟结果的影响。在4个重现期的3种降雨雨型和3个降雨历时条件下,共计36个不同降雨情景对研究区的内涝情况进行模拟。通过对比不同模拟情景下的积水深度、积水面积以及积水量等结果发现：在相同降雨雨型和重现期条件下,降雨历时对积水深度的影响有一定的差别;在不同降雨雨型和降雨历时模拟情景中,积水点的位置基本保持一致,而积水面积受降雨雨型和降雨历时的双重影响;峰值积水量受降雨雨型影响较大,受降雨历时影响较小,而积水总量受降雨历时影响较大,受降雨雨型影响较小。研究中量化分析了不同设计降雨特征对城市内涝模拟结果的影响,旨在为合理地开展城市内涝预警以及应急管理等工作提供依据。     

水工程调度与低影响开发协同作用下典型城市片区洪涝过程模拟——以福州市为例

城市水工程调度与低影响开发措施，在应对城市暴雨洪涝中发挥了重要作用。本文以沿海城市福州主城区晋安河片区为例，构建一套综合的水文水动力模拟框架，从全域视角分析实时控制调度下的洪涝响应特征，并选择典型社区，从社区尺度下分析低影响开发措施与水工程调度协同作用下的洪涝过程。结果表明，全域尺度下，通过上游水工程联合调度可以有效控制下游内河水位，距离琴亭湖更近的晋安河主河道断面相比于下游断面，其断面水位变化受实时调度方案影响更为明显。在未考虑河道漫溢时，联合调度对河道水位的影响明显大于对内涝淹没的影响。在社区尺度下考虑河道漫溢时，低影响开发措施与水工程调度对内涝淹没的协同作用明显。在重现期为100 a、历时为2 h降雨下，协同治理前后，淹没面积由7.57 hm~2减少至4.85 hm~2;在苏迪罗台风降雨数据驱动时，协同治理前后，淹没面积由22.87 hm~2减少至9.83 hm~2。研究成果可以为城市防洪减灾应对措施提供一定的参考。     

三峡水库运行期设计洪水及汛控水位初探

考虑长江上游水库群调蓄对三峡水库设计洪水的影响,采用最可能组成法和典型年法推求干支流控制站洪水的地区组成,构建多输入单输出(MISO)系统模型模拟向家坝至三峡水库未控区间的洪水过程,研究探讨三峡水库运行期设计洪水及汛期防洪控制水位(汛控水位)。结果表明:长江上游干支流梯级水库的调蓄作用对三峡水库设计洪水影响显著;三峡运行期千年一遇设计洪峰流量为81 136 m3/s,3、7、15和30 d洪量分别为188.2、386.3、727.4和1320.9亿m3,相比建设期设计值分别削减了18.2%、23.8%、20.6%、20.2%和16.9%;在不降低防洪标准的前提下,三峡水库运行期汛控水位(155 m)比建设期汛限水位(145 m)抬高了10 m,这不仅有利于库区航运、维护库岸稳定、保护消落区生态环境,还可增发电量、减少蓄水期对洞庭湖和鄱阳湖的影响,经济社会和生态环境效益巨大。