太原市水资源问题及其可持续利用对策

太原市地处黄土高原干旱区，2000年人均水资源占有量不足200m³，约为全国平均水平的1/12，远低于国际公认的人均1600m³，的缺水警戒线。由于地下水资源严重超采，晋祠难老泉在1998年干枯，兰村泉在1996年彻底断流。当水量危机不断加剧时，水环境质量更加恶化。太原市可持续发展的关键在开源节流，采取引黄入晋、蓄积雨季水等措施，建立完善的水资源综合管理体系，从而逐步改善水资源状况。     

邢台市水资源问题及可持续利用对策

对邢台市的水资源现状进行分析。认为邢台市属于资源型缺水地区,存在供需矛盾突出,地下水超采严重,水环境日趋恶化等一系列问题。按现状用水结构、灌水方法、节水水平和用水利用效率计算,邢台市的用水满足率可以达到81%,缺水量为35460万m³。提出水资源可持续利用的对策：实行全面节水,建设节水型社会,实现地下水的采补平衡,优化水资源配置,防治水污染。      

面向供水对象转型的引大入秦工程水资源优化配置研究

引大入秦工程（以下简称引大工程）建成初期主要以秦王川农业供水为主,但随着兰州新区的建设发展,其供水对象开始向城市生活用水和工业用水转型,如何实现有限水资源的合理配置是目前研究的重点问题。基于此,依据引大工程供水区（以下简称引大供水区）可持续发展要求,构建以实现经济、社会、生态效益最大化为目标函数,可供水量、输水能力、用户需水量、排水系统排水量与变量非负为约束条件的多目标水资源优化配置模型,使用遗传算法进行求解。结果表明：2025年引大供水区不同用水部门配水量（保证率P=50%、P=75%）分别为生活用水8 323.85×10⁴、8 322.49×10⁴ m³,农业用水15 001.95×10⁴、15 631.53×10⁴ m³,工业用水11 111.00×10⁴、11 100.00×10⁴ m³,生态用水946.88×10⁴、947.02×10⁴ m³,各部门总配水量与优化前供水量4.23×10⁸ m³相比,达到供需平衡;2030年引大供水区不同用水部门配水量（保证率P=50%、P=75%）分别为生活用水12 650.51×10⁴、12 666.53×10⁴ m³,农业用水16 397.77×10⁴、17 019.70×10⁴ m³,工业用水20 498.00×10⁴、20 508.00×10⁴ m³,生态用水948.00×10⁴、948.88×10⁴ m³,不同保证率下各部门总体缺水率分别为12.27%、13.38%。2025—2030年引大供水区的非农业用水结构将大幅提升,农业灌溉用水量降低。研究结果可为引大供水区优化水资源配置决策提供参考依据。     

基于数字遥感影像的呼伦湖水量平衡分析

利用多源、多时相的数字遥感影像和呼伦湖周边地区水文气象资料,采用基于卷积神经网络的高分辨率图像重构方法研究了1999—2019年呼伦湖面积、库容变化情况。结果表明:2003—2012年呼伦湖的面积逐年减小,湖泊水量逐年下降,2003—2012年补给呼伦湖的乌尔逊河与克鲁伦河的多年平均径流量分别为1.30亿m³与1.41亿m³,分别只有1991年以前多年平均径流量的21%与24%;而2003—2012年呼伦湖平均水面年蒸发量为17.5亿m³,平均年湖面降水量为3.25亿m³;地下水补给呼伦湖的年平均水量为5.3亿m³,主要来自新生代玄武岩地下水,哈拉哈河源头火山玄武岩地下水通过熔岩管道集中外泄,据此推断补给呼伦湖的地下水来自跨流域的外源水。     

基于地下水安全的井渠结合灌区节水潜力分析——以永定河流域张家口段为例

农业节水潜力是确定节水灌溉发展方向以及解决水资源短缺问题的关键参量。为探究永定河流域张家口段井渠结合灌区的节水潜力,将农业节水潜力分为管理节水潜力与工程节水潜力两类,通过引入地下水安全性检验方法,避免井渠结合灌区实现节水潜力后存在地下水超采风险,建立了满足地下水安全的井渠结合灌区节水潜力分析方法。结果表明：永定河流域张家口段大中型灌区现状灌溉用水总量为1.62×10⁸ m³,以常规方法估算的地表水节水潜力为0.805 9×10⁸ m³,考虑地下水安全的地表水节水潜力修正为0.795 4×10⁸ m³,其中管理节水潜力和工程节水潜力分别为 0.610 5×10⁸和0.185 0×10⁸ m³,分别占比76.7%和23.3%,管理节水潜力所占比重较大。永定河流域张家口段大中型灌区的管理必须改变以往重工程建设轻灌溉管理的理念,才能更大程度地挖掘管理节水潜力。研究结果可以在保证井渠结合灌区地下水安全的前提下,对灌区的管理节水潜力与工程节水潜力的占比进行科学评价,对未来灌区灌溉工程规划和建设等方面具有现实的参考意义。     

沙颍河干流与地下水水量交换研究

以沙颍河干流界首至阜阳段为研究区,建立河流与地下水水量交换的数值模型,研究其主要河流与地下水之间的水量交换关系。在研究中发现：排泄河流是地下水的主要排泄方式之一,地下水与地表水的水量交换主要表现为地下水补给地表水。河流与地下水的交换水量与河流水力传导系数C直接相关,基本呈指数关系。当C值为100 m²/d,沙颍河干流高洪水位期间,河流对地下水的补给强度为4.77×10^-6m³/（s·km）,在距离河流小于1000 m范围内的潜水水位受补给影响明显;在枯水季节,地下水对河流平均补给强度为7.26×10^-3m³/（s·km）。枯水季节地下水对河流的补给强度较大,过度开采可能引起地下水对沙颍河的补给量减少,对枯水季节沙颍河河道流量产生重大负面影响。     

海河平原区地下水累计可恢复超采量评价

地下水累计可恢复超采量评价对于地下水超采态势评判和超采综合治理实施都具有重要意义。本文以海河平原区为研究对象，提出超采量评价方法，旨在客观准确评价地下水累计可恢复超采量。针对浅层地下水超采量，提出生态临界水位作为传统“水位动态法”评价浅层地下水超采量的临界水位，据此得到研究区1959-2019年累计浅层超采量为869亿m³；针对深层地下水超采量，提出“不可恢复超采量”评价指标，采用地面沉降体积法评价深层地下水超采量，根据地面沉降体积计算深层承压含水层系统压密释水量体积，据此估算1970-2019年深层累计超采量为756亿m³；通过建立的一维非线性压密释水数值模型，模拟了深层承压含水层系统压密释水过程，计算得到非弹性压密释水量，评估研究区累计不可恢复超采量为558亿m³。因此本文认为，自1960年代以来，海河平原区地下水浅层和深层累计超采量1625亿m³，其中可恢复的超采量仅为1067亿m³。该研究结果可为未来地下水回补水量和南水北调规划调水量的确定提供参考。     

基于SD模型的张掖盆地水资源生态足迹核算与预测

根据水资源生态足迹模型,通过构建张掖盆地水资源利用SD模型,设计5类不同情景来核算和预测现状（2000—2020年）和未来（2021—2050年）张掖盆地水资源生态足迹和生态承载力。结果表明：对于现状,人均水资源生态足迹、生态承载力和生态盈亏均值分别为3.517、0.272和-3.245 hm²/人,水资源生态压力指数和生态足迹强度均值分别为12.969和2.822 hm²/10⁴元;农业用水在张掖盆地水资源生态足迹核算中占绝对优势但占比在下降,农业领域是节水的重点且潜能较大;水资源生态足迹强度明显下降（降幅90.21%）,证明了张掖盆地用水效率的上升;张掖盆地的水资源利用压力较大。平均而言,预测期内张掖盆地不同情景中人均水资源生态足迹均大于人均水资源生态承载力,由此导致人均水资源生态亏损的出现;各情景下水资源生态压力指数和生态足迹强度均值分别为12.932、13.483、10.055、12.698和9.846及0.281、0.206、0.201、0.281和0.196 hm²/10⁴元,未来时间里张掖盆地的水资源利用仍然处于不安全的状态。2021—2050年张掖盆地无法有效缓解水资源利用紧张的状况,需采用经济发展与水资源保护兼顾的发展方案,推荐政府部门采用情景ZS₅。因此,张掖盆地未来水资源利用需要全社会、各部门的通力合作,不断提高水资源利用效率,大力推进节约用水措施和技术的普及与应用,才能确保水资源的可持续利用。     

超采区浅层地下水数值模拟及预测分析

超采区的地下水变化趋势分析对于区域水资源可持续管理具有重要意义。本文以大同盆地浅层地下水超采区为研究对象,分析了含水层结构和地下水的补给、径流、排泄条件,明确了潜水含水层为影响地下水变化的主要区域。基于GMS与MODFLOW软件,建立了大同盆地潜水含水层各向同性非均质二维非稳定流模型,利用实测地下水流场对模型进行了验证,开展了未来不同场景条件下地下水位预测模拟与分析。结果表明,大同盆地2010—2019年平均地下水开采量(6.0861亿m³)大于2001—2016年平均地下水补给量(5.6254亿m³),地下水位下降趋势明显。若地下水开采量下降至2019年开采量的85%,至2035年平均地下水位可回升11.6 m,恢复速度约0.68 m/a;若综合考虑未来水源替换工程,至2035年地下水位可显著回升,恢复速率可达1.4 m/a。本文研究成果可为大同盆地地下水管控提供科学依据,同时对于我国北方类似地下水超采区的水资源管理和评价具有一定参考价值。     

大连市建立节水型城市成果浅析

介绍了大连市在2004～2006年作为节水型社会建设试点期间，以提高水安全保障程度和用水效率效益为目标，以实现水资源整体优化配置为核心，通过试点建设，全市万元地区生产总值和万元工业增加值取用水量年均下降9.8％和6.4％，试点末期分别降至44.6m³／万元和26.4m³／万元，均位居全省和全国前列水平。农业节水灌溉面积工程比例达到90％，灌溉水利用系数提升到0.50～0.65。工业用水重复利用率提高到84.4％，其中间接冷却水循环利用率更是提高到97％。公共供水管网漏失率降低至18％以下，城区和县市节水器具普及率分别提高了28％和25％。     

水资源刚性约束下新余市水资源承载力系统动力学仿真分析

加强水资源刚性约束可有效提升区域水资源对社会经济的支撑能力。以新余市为例,充分考虑工业产业特色,建立面向水资源刚性约束要求的系统动力学仿真模型,预测2020-2035年现状延续型、经济发展型、资源节约型和刚性约束型4种方案下当地水资源承载力变化。结果表明：在落实水资源刚性约束制度下,刚性约束型方案更注重工业用水的高效利用,尤其是钢铁、光伏等高污染、高耗水等工业。该方案下2035年水资源供需比β₂₀₃₅为1.03,COD污染比α¹₂₀₃₅和氨氮污染比α²₂₀₃₅均大于1,可承载总人口数为130.2×10⁴,可承载GDP规模为5 578.6×10⁸元。本文运用系统动力学模型,同时考虑用水效率高效利用和社会经济合理发展的刚性约束型方案,可获得区域水资源供需平衡并达到较大的承载能力,以期为新余市有效落实水资源刚性约束制度提供技术支撑。     

三江平原典型区河水与地下水水量交换的时空变化规律分析

地下水与河水之间的水量交换具有复杂的过程,受地形地貌、水文及水文地质条件等的影响。以松花江、黑龙江、挠力河及乌苏里江4条河流作为边界的三江平原典型区为例,通过补充水文地质勘察,结合2000—2018年河水位及地下水位动态的空间分布,对该地区河流代表性河段河水与地下水水量交换的时空变化规律进行深入分析。结果表明：三江平原典型区四周河流代表段的河水与地下水的水力联系较强,研究期内50%以上的年份两者的水位变化呈显著或高度相关,其中松花江富锦段地下水位与河水位相关性最强,挠力河菜咀子段和乌苏里江海青段次之,黑龙江勤得利段最弱;多年平均背景下,挠力河菜咀子段为地表水补给地下水,松花江富锦段、乌苏里江海青段及黑龙江勤得利段皆为地下水补给地表水;松花江富锦段多年平均地表水地下水单宽交换量为10^-2m³/（d·m）量级,黑龙江勤得利段为10^-5m³/（d·m）量级,挠力河菜咀子段为10^-3m³/（d·m）量级,乌苏里江海青段为10^-3m³/（d·m）量级;相关系数与地表水地下水单宽交换量大小存在正相关,相关系数越大,单宽交换量越大,MK趋势检验结果表明,各河流代表性河段单宽交换量均存在减小趋势,其中乌苏里江海青段趋势显著,松花江富锦段趋势最小;松花江富锦段单宽交换量年际和年内波动强烈且均占主导地位,年内尺度下仅6月份为显著减小趋势,未构成年际尺度下显著减小的整体趋势,水量交换变化频繁、规律性较弱;黑龙江勤得利段年际及年内尺度波动均占主导地位,与松花江情况类似但波动程度较弱,年内尺度下不存在显著变化趋势,因此未构成显著减小的整体趋势;挠力河菜咀子段主要以年际尺度波动,1—5月存在显著减小趋势,但未增大年内尺度波动,且未构成显著减小的整体趋势;乌苏里江海青段主要为年内尺度波动,6—9月及12月的显著减小趋势增大了年内波动,且构成了显著减小的整体趋势。研究结果可为三江平原典型区水资源评价提供科学依据,为该地区水资源的科学开发利用提供理论参考。     

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。     

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。     

通辽市节水型社会建设的水资源问题

节水型社会建设是通辽市经济社会发展的必然要求，在节水型社会建设中，应实施“人与洪水协调共处的防洪减灾战略”、“以建设节水高效现代灌溉农业和现代旱地农业相结合为目标的农业用水战略”、“节流优先，治污为本，多渠道开源”的城镇水资源可持续利用和保护战略。通辽市在保证生态用水前提下，水资源开发利用的权限指标为占水资源总量的61％，耗用极限量为33亿m³。在用水结构、经济结构不断趋于合理的前提下，2001年通辽市水资源可承载937.5亿GDP的用水需求，2020年可承载1875亿～3750亿GDP的用水需求。通辽市水资源有条件支持通辽市经济社会可持续发展。     

“三水”综合利用是缓解闻喜水危机的有效措施

闻喜县人均水资源206．28m^3，亩均水资源88．13m^3，都少于全国、全省、全区的人均和亩均水资源量，但开发利用浪费很大，水资源污染严重，地下不过渡超采。面对闻喜县水资源严重缺乏的现实，必须采取合理利用地下水，科学利用地表水，充分利用天上水的“三水”综合利用有效措施，才能使闻喜水资源可持续利用，从而支持闻喜经济可持续发展。     

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。     

基于1960-2018年实测径流与水文学方法的开都河生态流量分析

为科学地确定河流生态流量,保障流域水安全与生态环境健康,基于开都河大山口水文站1960-2018年的实测径流数据,采用Tennant法、典型水文频率年法、最枯月平均流量法和Q_p法等4种水文学方法计算了河流的生态流量,通过对比分析确定基于Tennant法的计算结果最为适宜。计算结果表明：开都河大山口水文站10-翌年3月的平均生态流量应不小于15.60 m³/s,对应最小生态环境需水量为 2.47×10⁸ m³;4-9月的平均生态流量应不小于46.15 m³/s,对应最小生态环境需水量为7.30×10⁸ 　m³,全年生态流量平均不小于30.88 m³/s,对应最小生态环境需水量为9.77×10⁸ 　m³。该生态流量目标可满足开都河大山口至博斯腾湖河段的河道径流损失,保证河流基本生态功能与水生态安全。计算分析结果可为开都河河流生态流量管理提供支撑。     

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。