跨流域调水生态补偿量分担方法研究

在受水区和水源区之间如何分担水源区所需生态补偿量是决定跨流域调水生态补偿机制能否良性和持久运作的重要因素。本文针对这一问题，采用单指标法、综合指标法和离差平方法分别构建了生态补偿量分担模型。对南水北调中线陕西水源区生态补偿量进行计算，并对计算结果进行分析表明，离差平方法比较客观、全面、合理。按该法计算，水源区和受水区的分担比例应为20%和80%。     

南水北调中线工程河南水源区生态补偿标准研究

建立健全生态补偿机制是协调流域生态保护与经济社会协同发展的有效途径，补偿标准是生态补偿机制建立的核心要素。从水质水量双视角出发构建水源区生态补偿标准测算模型，以南水北调中线工程河南水源区为例进行生态补偿量测算，并对受水区各省市生态补偿量进行了分摊测算。结果表明：河南水源区对受水区水质产生正外部性影响，从水质角度受水区应向河南水源区补偿2 667.89万元；河南水源区为受水区的经济社会发展提供水资源支撑，从水量角度受水区应向河南水源区补偿21 719.55万元；以受水区用水比例和经济发展水平为权重对总补偿额24 387.43万元进行生态补偿量分摊测算，北京、天津、河北和河南分别应承担补偿量为4 755.55万、2 560.68万、7 682.04万、9 389.16万元。     

水库水源地生态补偿动态调整机制研究

以新疆海子湾水库水源地为研究对象,构建了生态补偿动态调整计算的理论模型。以2017年为例对海子湾水库水源地生态补偿动态调整标准与水源区和受水区的分担比例进行计算,可为我国水库水源地生态保护补偿提供有益借鉴。     

跨流域调水核心水源区生态补偿标准研究

建立水源区生态补偿机制是水资源有偿使用制度的重要内容之一,而生态补偿量的测算与分配是建立补偿机制的重要保障。针对南水北调中线工程核心水源区,从生态保护建设的直接成本和发展机会损失的间接成本出发,结合生态服务功能价值、静态累积、间接计算等多种测算方法,得出:基于水源区生态保护建设和水环境保护治理的直接成本,水源区应获补偿金额为4.4亿元/a;基于发展机会损失的间接成本,水源区应获补偿金额总计为2.8亿元。在此基础上,引入反映地区支付意愿的发展阶段系数和分水比例,共同确定受水区补偿量分配权重系数,计算得到2011年河南省、河北省对十堰市应各补偿1.30亿元,北京市、天津市受水区对十堰市应分别补偿0.50亿元、0.29亿元。     

南水北调中线水源与受水区降水丰枯遭遇分析

利用南水北调中线水源区和受水区40余站1954~1998年的降水资料,计算分析了汉江水源区,唐白河、淮河、海河南北受水区降水统计特征及水源区与受水区丰枯遭遇特征。结论为汉江水源区年降水量大于各受水区,水源区降水年内分配较受水区均匀、降水年际变化比受水区小。水源区与各受水区同丰、同枯遭遇概率较小,能正常发挥调水效益的丰枯遭遇概率在67%~82%,从南至北增大,各区连续枯水年时段不多。     

南水北调中线水源区与受水区降水丰枯遭遇分析

利用南水北调中线水源区和受水区40余站1954～1998年的降水资料,计算分析了汉江水源区,唐白河、淮河、海河南北受水区降水统计特征及水源区与受水区丰枯遭遇特征.结论为汉江水源区年降水量大于各受水区,水源区降水年内分配较受水区均匀、降水年际变化比受水区小.水源区与各受水区同丰、同枯遭遇概率较小,能正常发挥调水效益的丰枯遭遇概率在67%～82%,从南至北增大,各区连续枯水年时段不多.     

引汉济渭工程水源区与受水区丰枯遭遇分析

对于引汉济渭工程来说,其水源区和受水区的丰枯遭遇对工程调度方案的制定有重要影响。利用Copula函数法和统计法对水源区与受水区的降水丰枯遭遇进行统计,为制定调度方案提供参考依据。统计结果的对比分析显示,Copula函数法和统计方法统计结果基本一致,水源区和受水区丰枯组合中对调水有利的概率均大于70%,但在样本序列较短时统计法存在局限性,Copula函数法可以弥补统计方法的不足。计算结果还表明,工程可以保证调水效益的正常发挥。     

黔中调水工程降雨丰枯遭遇分析

对于黔中调水工程来说,其水源区和受水区的降雨丰枯遭遇问题对工程调水方案的制定有重要的影响。以概率统计分析方法为基础,采用统计法和G-H copula函数对水源区和受水区的降雨进行丰枯遭遇分析。研究结果表明,Copula函数法和统计法计算结果基本一致,水源区和各受水区调水有利概率均在68.7%以上,并且在汛期最大,非汛期最小,为调度方案的制定有一定的参考价值;较高的调水有利概率,有利于保证工程效益的发挥。同时,应充分利用不同受水区之间的丰枯异步性,进行协调相机补水,提高黔中工程的调水效率。     

南水北调中线水源区和受水区干旱遭遇风险评估

基于 1961—2019 年气象观测数据和 CMIP6 模式数据,利用标准化降水蒸散指数（standardized?precipitation evapotranspiration?index,SPEI）计算南水北调中线水源区和受水区的干旱指数,并利用经验正交分析法、主成分分 析法和 Copula 函数法,对水源区与受水区的干旱演变规律进行分析,揭示干旱遭遇的联合概率分布,并对未来干 旱遭遇进行预估。研究结果表明：水源区和受水区干旱事件遭遇频繁,1965—1971 年和 1987—2005 年均出现较 为严重的干旱遭遇事件,同时在 1970 年代中后期至 1985 年前后,出现了长期明显的区域差异性;水源区和受水区 中旱和重旱的联合重现期分别约为 18 年一遇（5.51%）和 123 年一遇（0.81%）,两地同时出现极端干旱的重现期约 为 323 年一遇（0.31%）;不同气候情景下以年尺度 SPEI 指数,对南水北调中线水源区和受水区的未来干旱事件预 估表明,未来水源区和受水区在 SSP1-2.6 情景下干旱遭遇次数相对较少,而在 SSP2-4.5 情景下的 2034—2036 年、 2044—2045 年以及在 SSP5-8.5 情景下的 2032—2033 年、2068—2070 年,将有可能发生较严重的干旱遭遇事 件。     

水源区生态补偿机制理论框架研究

建立和完善水源区生态补偿机制,对保护水源区生态环境以及地区之间的协调可持续发展至关重要。在总结前人研究成果的基础上,从生态保护成本(或效益)外部性问题内部化,依据"公平、公开、公正"和"谁受益谁补偿、谁破坏谁治理"的原则,提出了水源区生态补偿概念;从生态补偿主客体的划分,补偿标准,补偿模式与补偿方式,补偿保障措施等方面提出了水源区生态补偿机制理论框架,为建立和完善水源区生态补偿机制提供理论参考。     

引江补汉工程引江规模初步分析

引江补汉工程是南水北调中线工程的后续工程,其引水规模的确定涉及到长江三峡水库水源区、汉江流域以及中线工程受水区等,具有分析范围广、影响因素多、边界条件复杂等特点。在预测中线工程受水区2030年水平年需水量的基础上,构建了长江三峡水库、丹江口水库以及中线工程受水区的水资源联合调度模型,通过长系列水资源联合调节计算的方式来确定引江补汉工程的引水规模,并对各个方案的引水效果进行初步分析。分析过程中所采用的方法和思路可为其他调水工程的规模论证提供参考。     

南水北调中线商洛水源地生态安全评价

随着南水北调中线工程全面展开,水源地生态环境所承受压力也将增大,如何协调好水源地发展和生态安全是关键。陕西省商洛水源地6个县中,5个为国家级贫困县,1个为省级贫困县,因此,研究该水源地的发展和生态安全协调具有典型意义。基于"压力-状态-响应"概念模型构建了商洛水源地生态安全评价指标体系,采用均方差赋权法确定权重,通过计算生态安全指数评价了2004~2014年当地生态安全的态势。结果表明:商洛水源地生态安全综合指数由2004年的0.258(Ⅰ级)发展到2014年的0.718(Ⅳ级);2009年是生态安全变化的主要转折点,2010年后迅速进入较为安全状态,整体生态安全状态呈现良好的发展态势。分析认为,商洛水源地生态安全状态良好主要得益于生态经济的发展。     

南水北调中线水源区与海河受水区丰枯遭遇研究

基于常用的趋势检验方法,对南水北调中线水源区和海河受水区降水序列进行趋势诊断,据此对其变化趋势进行了识别;基于历史实测和未来气候模式降水数据,通过构建边缘分布模型和Copula联合分布模型,来描述降水序列的独立结构,用于定量评估气候变化对水源区和海河受水区降水丰枯遭遇的影响。研究结果表明:过去55 a水源区和海河受水区降水量呈现为不显著的下降趋势;在气候变化RCP4.5和RCP8.5情景下,水源区与海河受水区降水量的丰枯遭遇概率均呈现为增加的趋势,调水有利组合降水量遭遇概率平均分别增加了3.58%和5.80%;同枯遭遇概率均小于30%,说明工程实施调水的可能性。对气候变化影响下的丰枯遭遇开展研究,可为南水北调中线工程的正常运行和水资源调度提供理论参考。     

气候变化背景下滇中引水工程水源区与受水区 降水丰枯遭遇分析

基于历史实测降水数据与全球气候模型预估数据，使用 Morlet 小波方法分析滇中引水工程水源区与受水区 降水序列的周期变化和未来的降水趋势。同时，采用 Copula 函数计算历史时期（1960—2021 年）与未来时期 （2022—2100 年）水源区与受水区降水丰枯异步或丰枯同步的概率。结果表明：1960—2021 年降水序列存在 26~39?a、18~25?a、4~7?a 的 3 类时间尺度的周期变化，2022—2100 年降水序列存在 38~55?a、18~30?a、5~12?a 的 3 类时间尺度的周期变化，降水量呈现“多—少—多”的循环交替，预计未来 10~20?a 将持续处于降水较多的时期； 过去 62?a，水源区和受水区降水丰枯异步频率 36.4%，同期丰水年频率为 25.3%，同期枯水年频率小于 30%，水源区 和受水区具有水量互补的引水条件，两区域之间存在着水量补偿特征；与历史丰枯遭遇对比，未来降水量丰枯同 步频率均呈现减小的趋势，丰枯异步呈现增加的趋势，同枯和源枯受丰的频率减少，未来有利于调水的降水丰枯 组合概率平均增加 3.75%；在近、中、远期预估中，从 SSP1-2.6 情景过渡到 SSP5-8.5 情景，SSP5-8.5 情景下降水量 丰枯异步频率比 SSP1-2.6 情景大，说明水源区与受水区的降水区域差异变大，降水时空差异更加显著。通过对滇 中引水工程水源区与受水区降水量丰枯遭遇的综合分析、定量评估和模拟预测，为滇中引水工程水资源调度协同 一体化提供数据支撑及参考依据。     

对不同空化模型的比较研究

目前关于水工建筑物中的空蚀破坏力的研究主要采用模型试验和数值分析手段,而在数值分析中多采用空化模型进行研究,空化模型的选择对于空化流动的计算有着重要的影响。基于Rayliegh-Plesset方程的空化模型有着广泛的应用,其中比较有代表性的有SchnerrSauer、Singhal及Zwart等空化模型,文章应用这3种空化模型对方头体的空化流动现象进行了定常和非定常数值模拟,其中紊流模型采用sst k-ω模型,并结合商业软件中的UDF方法 (用户自定义函数)对其黏性进行了修正。计算表明,Zwart、SchnerrSauer模型比Singhal空化模型具有更好的鲁棒性,且可观察到明显的空泡运动;SchnerrSauer模型得到的壁面压力系数分布和实验值最为接近;而Singhal模型在非定常计算中,能够获得由质量空化源周期性变化引起的周期性相变过程。     

基于能值分析的生态供水效益量化方法

为了能够客观、真实地反映生态供水系统中供水效益的影响,弥补传统间接计算法不能全面考虑所有效益的缺点,利用能值分析方法,将生态生产系统的投入和产出转化为同一量纲,对生态供水效益进行量化研究,绘制生态生产系统能量图并建立能值分析表,计算生态供水效益分摊系数,从而计算生态供水总效益和单方水供水总效益。以南水北调东线应急供水受水区——京津冀地区为例,利用2015年的数据,计算得出该地区的生态供水效益分摊系数为4.08%,单方水供水效益为5.48元/m~3。     

基尼系数在调水水资源分配中的应用研究

跨流域调水是调整水资源空间分布,提高水资源与人口、土地、生产力布局匹配程度的有效途径。借鉴经济学中洛伦兹曲线和基尼系数的概念,提出采用水资源与耕地、GDP和人口3项匹配基尼系数指标来分析跨流域调水工程水源区与受水区的水资源空间匹配程度,并以南水北调中线工程为例进行实例计算和分析。计算结果说明了方法的有效性,研究成果可供跨流域调水决策参考。