人水关系学的学科体系及发展布局

人水关系是人类与自然界关系中最重要的关系之一,也是人类一出现就始终存在且复杂程度不断加深的一类关系。在对人水关系分析总结的基础上,提出了人水关系学的概念和思考,论述了人水关系学的提出背景和重要意义;构建了人水关系学的学科体系框架,阐述了人水关系学的主要内容,包括人水关系学的理论基础、方法论、应用实践;在分析学科发展趋势的基础上,对人水关系学未来全面、系统的研究进行了展望,并从科学研究、学科建设、学术交流与国际合作3个方面对人水关系学的发展进行战略布局。为进一步研究人水关系、丰富人水关系学内容、发展人水关系学学科体系及制定学科发展战略提供参考。     

基于WRF的郑州市暴雨中心最大时降雨过程模拟分析

为探究WRF模式对郑州市暴雨中心雨量最大时降雨过程的模拟能力,选用该模式常用的5种微物理过程方案,模拟郑州市2011-2018年发生的14场短时暴雨,结合时空分布、雨型、雨峰和降雨集中度等降雨特征进行分析。结果表明：WRF模式可以模拟出对应场次的降雨,但雨区位置有所偏移;60%以上场次降雨过程时间偏差在180 min内;模式对累积雨量模拟较好,模拟的降雨过程与实际过程相关性较高,但对过程雨量的模拟有所欠缺;采用模糊识别法分析雨型发现,WRF模式对郑州市单峰雨型模拟较好,对均匀类雨型模拟较差;WRF模式对单峰类雨型模拟时,其雨峰偏差基本控制在±30%内;13场降雨模拟结果的降雨集中度与实测结果基本相同。WRF模式总体模拟结果较为理想,可为郑州市短时暴雨研究提供数值方法的支撑。     

供水安全判别准则及评价体系——以出山店水库供水区为例

为了探究水库对城市供水安全的影响,根据提出的供水安全的3个判别准则,构建包含供水水源安全、供水过程安全和用水主体安全3个准则层的供水安全评价指标体系,并基于单指标量化-多指标综合-多准则集成(SMI-P)方法定量分析了出山店水库供水区供水安全状况。研究结果表明:出山店水库供水区供水安全水平整体不高,但呈上升趋势,基本处于接近安全和较安全水平;各评价指标供水安全度存在较大差异,随着城镇化水平的提高以及基础设施的完善,出山店水库供水区的供水安全度得到有效提高。本研究提出的供水安全判别准则、评价指标及案例分析可为供水安全评价提供参考和借鉴。     

区域水资源-能源-粮食耦合系统和谐评价

针对水资源-能源-粮食耦合系统和谐可持续发展问题,筛选水资源、能源、粮食系统相关指标,并将模糊多属性决策方法与和谐量化方法相结合,提出基于和谐量化模型的水资源-能源-粮食耦合系统评价指标体系。以河南省2011—2018年水资源–能源–粮食耦合系统发展水平及其和谐程度为依据,分析各子系统与三者耦合系统的时空变化特征。结果表明:8年间全省水资源-能源-粮食耦合系统和谐程度逐年提高;各子系统发展特征不同,但均呈现上升趋势,水资源子系统和谐度提升幅度最大,粮食子系统次之,能源子系统最小;水资源子系统和谐度波动上升,粮食子系统发展水平较高且表现稳定,能源子系统发展存在波动且稳定性较差。基于模糊多属性决策的和谐量化方法不仅能够解决指标量化中的不确定性问题,而且通过耦合系统和谐评价结果,为水资源、能源、粮食综合管理提供依据。     

黄河河南段区域划分及高质量发展路径优选研究框架

立足于黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略(以下简称"黄河国家战略")实施与黄河河南段高质量发展需求,依据不同目的或研究需求,将黄河河南段空间研究范围划分为干流流经区、流域区、供水区、战略实施区以及全行政区;分析资源-生态-经济-社会复合系统耦合关系及多维目标任务,以目标为导向,以研究重点问题、核心技术、关键内容为主体,构建高质量发展路径优选研究框架;剖析亟待解决的4个重点问题和亟待突破的3个核心技术,从4个方面详细论述路径优选研究关键内容,并初步构想对应研究思路。研究成果不仅可以指导黄河流域区域尺度高质量发展路径优选,而且可以应用于其他区域高质量发展研究和路径优选实践。     

安阳市平原区浅层地下水对暴雨洪水的响应

在系统分析安阳市“7·19”特大暴雨洪水事件的基础之上,探讨典型极端降雨条件下安阳市东部平原区地下水对暴雨洪水事件的响应。在利用灰色关联分析法确定安阳市东部平原区浅层地下水水位和降雨量二者之间的相关程度的基础上,提出一种基于ArcGIS软件的地下水补给量计算模型。研究结果表明：安阳市平原区浅层地下水水位与降雨量的关联系数大于0.85,地下水资源量变化受降雨补给影响显著;“7·19”事件降雨强度大,雨量集中,受大范围强降雨影响,地下水位变幅沿河道向两岸方向没有形成递减的变化趋势,水位变幅与降雨分布呈正比;此次洪水为单峰型洪水,模型计算研究区地下水补给量为5.19亿m3,洪水转化率0.8 %。该计算模型适用于资料缺乏地区地下水补给量计算和雨洪资源化定量分析,对雨洪资源利用和地下水响应分析具有一定的参考价值。     

喷头不同组合模式下水量分布和喷灌均匀度的田间试验及数值模拟

利用三次样条两次插值叠加法并结合单喷头水量分布可计算得到多喷头组合水量分布。为验证该方法的适用性及探究变间距条件下喷灌均匀度的变化情况,通过田间试验,得到ZY-2型单喷头水量分布及多喷头18 m×18 m组合形式下水量分布,计算了喷灌均匀度。利用MATLAB软件构建了喷头组合条件下水量分布的数值模拟模型,计算出不同组合模式下水量分布和组合喷灌均匀度。结果表明:模拟与实测喷灌水深的相对误差(RE)和均方根误差(RMSE)分别为8.49%和3.17 mm,组合喷灌均匀度的相对误差为1.85%,表明构建的模型能较准确地模拟不同喷头组合条件下的水量分布和组合均匀度; ZY-2型喷头在正方形21 m×21 m布置形式下,喷灌均匀度达到最高(0.873);在变喷头间距和变支管间距两种矩形布置时,喷灌均匀度整体上随着支管间距的增加而逐渐降低,但喷头间距增加时喷灌均匀度降低的幅度更大。研究结果可为优化喷头布置形式提供技术支撑。     

沙颍河流域径流过程模拟与径流组分变化特征

采用线性关系和非线性关系对沙颍河流域的地下水退水曲线进行拟合对比,基于改进的SWAT(soil and water assessment tool)模型对沙颍河流域径流过程进行模拟,并采用Nash-Sutcliffe效率系数、百分比偏差及确定系数等3个指标对模拟效果进行评价,在此基础上,分析沙颍河流域径流过程的年内和年际变化特征。结果表明:沙颍河流域地下水退水曲线非线性关系拟合比线性拟合效果好,基于此建立的模型模拟结果较好;沙颍河流域地表径流、壤中流和基流分别占径流量的55.5%、25.4%和19.1%,冬季径流主要由基流补给,径流年内分配与降水变化基本一致,具有明显的季节变化和不均匀性;1961-2014年径流量呈上升趋势,地表径流和基流的波动与径流的变化基本一致,呈上升趋势;1961-2014年壤中流呈下降趋势。     

沁蟒河流域水资源生态足迹时空变化特征及均衡性分析

沁蟒河流域作为黄河流域重要的能源、化工产业基地,水资源供需矛盾尤为突出。因此,利用生态足迹理论对沁蟒河流域水资源可持续利用状况进行评估,并对其进行均衡性分析,能够为黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的实施提供范例。采用水资源生态足迹模型计算沁蟒河流域各地级行政区水资源生态足迹,并利用泰尔指数对沁蟒河流域2010-2019年水资源生态足迹的均衡性进行分析。结果表明：沁蟒河流域5个地级行政区在水资源生态足迹方面存在一定差异,其中河南省的2个地级行政区相对较大,山西省的3个地级行政区相对较小;各地级行政区均处于“生态赤字”状态,农业生态足迹的不均衡性较大,组内差异逐渐超过组间差异成为影响沁蟒河流域水资源生态足迹均衡性的主要因素。总体而言,沁蟒河流域水资源生态状况较差。     

基于组合权重TOPSIS模型的新乡市水资源承载力评价

为了准确评价新乡市水资源承载力状况,构建了由“水资源-社会-经济-生态”组成的水资源承载力评价指标体系,采用熵值法和层次分析法相结合的组合权重赋权的TOPSIS模型对新乡市2006-2018年的水资源承载力进行综合评价,并对评价结果进行障碍度分析。结果表明：2006-2018年新乡市水资源承载力在逐年提升,中间虽有所降低,但整体上呈现逐年增强的趋势。新乡市水资源承载力发展的主要障碍因子集中在生态和水资源维度方面,生态环境用水率是阻碍水资源承载力提升的第一障碍因子;产水模数是阻碍水资源承载力提升的第二障碍因子;供水模数、引黄水量和城市污水处理率是阻碍水资源承载力提升的第三障碍因子。今后新乡市的发展需要注重生态环境的保护和引黄水量利用效率的提高,同时要促进节水产业和第三产业的发展。