滦河流域水生态承载力评估研究

滦河流域是我国重要生态保障地区,亟需开展水生态承载力评估,识别承载力限制因素,以指导流域生态文明建设。针对滦河流域水资源矛盾突出、水生态系统服务功能退化等问题,采用WaREES框架从"水资源-水环境-水生态-水安全"4个维度构建承载力评估和指标贡献量化方法,对滦河流域进行水生态承载力评估研究。结果表明:滦河流域水生态承载力指数(HECCI)介于43. 8～53. 8之间,总体呈临界超载状态;水环境呈安全承载状态(均分为61. 3),水安全和水生态均为临界超载状态,而水资源呈超载状态(均分为22. 9);水资源禀赋弱和开发强度大是限制流域承载力的关键短板,水资源禀赋和水资源利用指数对流域HECCI的贡献率分别为6. 4%和5. 5%;水生生境质量、生物完整性和水文调节功能是水生态和水安全临界承载的主要控制因素。提出的水生态承载力评估技术方法具有科学性和实用性,对流域/区域水生态环境管理具有参考价值。     

太子河流域不同生态分区的水生态承载力年内变化研究

为实现太子河流域水生态系统的分区、分期保护,并达到太子河流域的水生态环境与社会经济协调发展的目标,采用系统动力学和隶属度相结合的方法,从分析流域的人口、社会经济、水资源、水环境、水生态系统之间的相互关系入手,考虑到各分区之间的水流、水质交替关系,建立了基于水生态分区的太子河流域水生态承载力大系统动力学仿真模型和量化模型。对其8个水生态分区的水生态承载力指标的年内变化情况进行模拟,并量化各分区12个月的水生态承载力值,最终确定各水生态分区的水生态承载力最小值出现的月份,为更好的实施流域可持续发展战略提供科学依据。     

流域水生态承载力及其概念模型

通过对人类主导下的流域社会-经济-河湖复合生态系统基本特征的理论分析,在对水环境和水资源承载力等概念辨析的基础上,揭示了流域水生态承载力的"分区、分期、分级"属性以及"量、质、序"递进综合约束作用等基本内涵,并提出其广义和狭义的概念。在以二元水循环为驱动的"水资源-水环境-水生态-社会经济"互动机制基础上,建立了流域社会-经济-河湖复合生态系统概念模型和流域水生态承载力分区耦合概念模型,并以"人水和谐"思想为核心提出了水生态承载力承载度的综合评价基本思想,及其"分区、分期、强化耦合"的系统动力学模拟评价模型的实现思想。以太子河流域为例,进行了实例应用。     

资源性缺水地区流域水环境承载力评价模型及其应用

在深入探讨水环境承载力理论体系的基础上,构建了基于水环境容量和生态环境需水量的水环境承载力评价预测模型,形成了适用于我国西北干旱区资源性缺水地区的水环境承载力研究体系。以陕西渭河段为例,通过建立河流水环境容量模型、生态需水量模型,应用系统动力学法并结合层次分析法模拟了流域水环境系统的动态变化,并且预测了2010-2020年不同方案下的水环境承载能力。结果表明:将开源、节流、治污等结合的综合方案可有效提高渭河流域水环境承载能力,所建模型对西北干旱区水环境承载力评价具有很好的适用性。     

基于物元分析模型的岩溶地区县域“二元”水生态承载力演变过程研究

水生态承载力兼顾了水资源承载力和水环境承载力的内涵,并将社会经济发展与水生态系统有机结合起来,是实现水生态系统综合管理的基础研究之一,它的动态演变过程反映了水生态系统与社会经济系统之间的动态平衡。以岩溶地区贫困县威宁县为例,基于物元分析模型,选取凸显岩溶地区"二元三维"结构的水生态承载力指标,构建岩溶地区县域尺度的"二元"水生态承载力评价指标体系,演绎2006—2017年威宁县的"二元"水生态承载力动态演变过程。研究表明:2006—2017年威宁县"二元"水生态承载力等级不断提升,呈现了良好的发展趋势,科学技术的进步以及人们对水生态环境的日益重视是水生态承载力不断提升的重要原因;2006—2017年威宁"二元"水生态承载力主要集中在"可承载"等级,但在2006、2011年呈现为"弱承载"水平,说明"可承载"水平不稳定,容易受到极端气候变化的制约,仍需要进一步巩固已取得的成果;水库蓄水动态变化量、湖泊水质等级、工业用水重复利用率、人均水资源量、人均综合用水量、供水普及率等指标是威宁县今后需要关注的问题。此研究可为岩溶地区的水资源安全、生态安全以及环境建设提供有益的参考。     

基于生态足迹法的汾河流域水资源可持续利用研究

基于水生态足迹模型,结合水生态赤字、万元GDP水生态足迹、水生态压力与水资源可持续指数等指标,分析2006-2016年汾河流域水生态足迹变化趋势指数和水资源可持续利用状况。结果表明,11年间,汾河流域水生态足迹总体呈上升趋势,而且水生态承载力远小于水生态足迹,导致水资源生态匮乏,出现生态赤字,汾河流域水资源开发利用处于不可持续的状态。但是根据万元GDP等指标的计算结果来看,流域水资源的不可持续发展正在改善。     

山西省 7 条河的流域水生态承载力评估

为科学研判山西省 7 条河的流域水生态承载现状和存在问题，有效提升河流水生态承载力，构建 7 条河的 流域水生态承载力评估指标体系，应用模糊综合评价法定级评估 7 条河的流域水生态承载力，使用差分自回归移 动平均（autoregressive?integrated?moving?average,?ARIMA）模型和长短期记忆（long?short-term?memory,?LSTM）模型对 比预测水生态承载力变化趋势。结果表明，2011—2021 年，7 条河的流域水生态承载力总体为一般超载等级。其 中，汾河流域水生态承载力呈基本承载，其他流域为一般超载，水环境指数和水资源指数对 7 条河的流域水生态 承载力影响较大。ARIMA-LSTM 模型预测表明：2022—2031 年汾河水生态承载力变化呈上升趋势，涑水河、沁 （丹）河流域水生态承载力未来趋势存在较大不确定性，其他流域水生态承载力呈不同幅度波动趋势；2031 年左右， 各流域水生态承载力将得到提升。建议通过提升流域水资源利用率以及加强 7 条河的流域绿色生态走廊建设来 推进流域水生态保护工作。     

三生空间视角下大夏河流域水生态安全评价与预测

为了解三生空间视角下甘肃省大夏河流域水生态安全现状及其变化趋势,建立基于压力-状态-响应(PSR)模型的三生空间理念水生态安全评价指标体系。在运用熵值法和综合指数法评价水生态安全的基础上,进一步采用灰色GM(1,1)模型预测未来大夏河流域水生态安全状况。结果表明：2007—2012年水生态安全等级处于Ⅳ级(风险级),2013—2018年水生态安全等级处于Ⅲ级(敏感级),2019年水生态安全等级处于Ⅱ级(良好级),总体呈现稳定上升趋势。三生空间中生产空间对大夏河流域水生态安全的影响程度最大,其次是生态空间和生活空间;压力指数变化呈现“V”字型,状态指数变化呈波动上升趋势,响应指数变化趋势较不稳定;预测在2023年水生态安全水平将进入安全级,并保持逐年上升趋势。     

水资源承载力内涵的新认识

本文概要总结了当前水资源承载力认识所存在的主要问题，认为可持续发展的内涵未能与水资源承载力有效地结合。依据生态系统服务理论和水生态系统承载的效用与价值，对水资源——人类系统做了简要的生态经济分析，认为应将水生态系统作为水资源承载力中的承载主体，并以水生态系统的整体性和全部生态经济服务为基础开展研究。根据可持续发展理论的可持续原则、可持续性和发展概念等，较详细地探讨了水资源承载力在生态、技术、社会经济和时空等方面的内涵，并给出了基于这些内涵的水资源承载力定义及相应的模型。     

系统动力学模型在成都市水生态承载力评估方面的应用

基于成都市水生态现状,为提高其水生态承载力,促进经济发展和提高人民生活水平,运用系统动力学(SD)的方法,建立了成都市水生态-经济-人口-水资源-水环境的耦合系统,模拟了现状延续型、节约用水型、污染防治型和综合协调型四种情景模式。模拟结果显示:在模拟年限内(2014年-2020年),现状延续型和污染防治型未能有效降低水生态承载限制系数,水生态问题将进一步加剧;节约用水型和综合防治型都可以降低水生态承载限制系数,但节约用水型不能显著减低该系数,只有通过节约用水和污染防治相结合的综合防治型,才可以更加有效的减低该系数,该情景模式是提高水生态承载力的最佳模式;到2020年,该情景模式下成都市的水生态承载限制系数下降为0.297,与2010年的相比,下降了59.4%。研究结果可为成都市水生态保护提供技术依据。     

基于耗水视角的水资源承载能力及其支撑流域调水规模研究

为科学地评价流域水资源承载能力,提出耗水视角下水资源支撑的最大经济规模和最大人口规模指标,构建了考虑流域节水、调水的水资源承载能力评判模型。以汉江流域为例,分别对流域不同水平年、不同调水规模情景下的水资源承载能力进行综合评判。结果表明:2020年、2030年规划水平年,流域在实施南水北调中线工程一期调出水量95亿m³、引汉济渭工程调出水量10亿m³ 后,流域水资源不仅仍能维持本流域发展,还能向外流域调出的最大水量分别为19.7亿m³和15.6亿m³。然而,2030年加大调水规模,实施南水北调中线工程调出水量130亿m³后,流域水资源不足以维持流域内社会经济的可持续发展,需要考虑外流域补水。在此基础上,基于协同学理论,构建考虑耗水因素的水资源承载系统序参量,建立协调度评估模型,以汉江流域襄阳地区为例从宏观层面评估水资源支撑流域社会经济发展态势。结果表明,襄阳地区水资源承载能力协调态势在2011—2017年间由较不协调逐步发展为基本协调,在考虑节水情况下水资源承载能力整体趋于良性发展。研究成果可为汉江流域远景跨流域引调水规模研究和确定长江补水规模提供科学依据和技术支撑。     

湖北汉江流域水资源承载力研究

以湖北汉江流域为研究区域,构建了区域水资源承载力评价指标体系,并运用动态因子分析法对该流域9个湖北城市的2006年-2010年水资源承载力进行了定量评价研究。结果显示:研究期内,湖北汉江流域水资源承载力呈现较明显的区域差异特征:武汉市的水资源承载力的综合水平在区域内处于领先地位;神农架林区、襄阳市、孝感市和仙桃市平均综合排名相对靠前,均为正值;荆门市、天门市、十堰市和潜江市平均综合得分均为负值,排名较靠后。总体上,湖北汉江流域水资源承载力发展态势不容乐观,应积极采取相应措施提高各地区及整体的水资源承载力状况,从而促使水资源、社会、经济可持续稳定发展。     

黄河重点河段水环境承载能力及其合理利用

在界定水环境承载能力内涵及其影响因素的基础上,结合黄河重点河段水资源特征、水环境和排污状况,分析黄河重点河段水环境承载能力的特点,提出以水功能区管理为依据、总量控制为手段、水污染防治为根本的思路,通过工程、非工程措施来提高黄河水环境承载能力,以达到保护黄河水资源,实现流域社会经济增长和水资源保护相协调的可持续发展目的。     

汉江中下游流域污染负荷及水环境容量研究

通过调查和分析汉江中下游流域各污染源,以化学需氧量(COD)和氨氮(NH_3-N)为污染负荷指标,分析了流域污染负荷现状,确定了主要污染源。在此基础上,选择COD和NH_3-N作为计算因子,利用一维水质模型测算汉江中下游流域干流及主要支流的水环境容量。结果表明:江汉污染源主要为中心城镇生活污染源、规模化畜禽养殖污染源和工业污染源; 2015年排入汉江中下游干流河道的污染负荷量为340 572. 15 t,以COD为主;潜江段以规模畜禽养殖污染源为主,其他均以城镇生活污染源为主。根据模型计算结果可推知,汉江中下游干流河道COD的水环境容量目前尚较富足,但NH_3-N的水环境容量已接近负荷阈值;汉江中下游支流唐白河、竹皮河和天门河的COD和NH_3-N水环境容量均较小。     

基于动态模拟递推算法和向量模法的水环境承载力计算方法

为了定量分析流域内多种因素对水环境的综合影响,发展并完善了基于动态模拟递推算法和向量模法的水环境承载力计算方法,并将其应用于汉江流域中下游干流供水区水环境承载力分析。分析结果表明,该方法对于水环境承载力的论述更为合理,得到的结果也更为直观、全面;仅从水资源供给的角度,汉江流域中下游干流供水区水环境承载力在2040年存在难以承载社会经济发展的风险,但从综合角度看,水环境承载力呈现出改善的趋势。     

基于灰色预测模型的区域水资源承载力预测分析

水资源承载力研究集综合评价和预测分析为一体。以宜昌市为例,在2005—2015年宜昌市“水资源-社会经济-生态环境”复合系统承载力综合评价基础上,采用GM(1,1)灰色预测模型预测2020年、2025年、2030年水资源承载力;在分析未来水平年预测结果不确定性的基础上,结合最严格水资源管理制度和河长制,探讨4种情景假设下宜昌市社会经济发展模式的可持续性。研究结果表明,未来水平年宜昌市水资源承载力状态良好(2025年左右达到Ⅰ级),建议宜昌市社会经济与生态环境协调可持续发展。     

汉江流域水量调度协商会议制度探索与实践

为完善流域管理和区域管理相结合的水资源管理体制,推进汉江流域水量调度工作,长江水利委员会同流域内各省市相关部门建立了汉江流域水量调度协商会议制度。分析了协商会议制度建立的背景,解析了协商会议组成、主要任务及其工作机制。在此机础上,结合近年来的工作实践,对协商会议在建立工作机制、保障供水安全、改善生态环境以及加强水资源动态管控等方面取得的工作成效进行了分析。根据分析结果,提出了下一步工作建议。     

水资源承载力研究方法总结与再思考

回顾梳理了我国水资源承载力研究的发展历程,将其分成"概念提出、初步研究、逐步完善、艰难发展、开创新时代"5个阶段;在对研究方法对比分析的基础上,把水资源承载力计算方法分为经验公式法、综合评价法、系统分析法3大类,并重点介绍了基于模拟和优化的控制目标反推模型(COIM)方法及应用情况。认为未来几年水资源承载力研究的重点包括:在水资源承载力计算方法选择上,全国层面宜采用经验公式法,更详细的研究宜采用系统分析法;在研究方向上,应构建水资源承载力计算模型和预警系统平台;应着重开展变化环境下水资源动态承载力研究;应与现代治水成果、与寻找"和谐平衡"结合。     

基于补水配置情景的河流水质及环境容量研究——以汾河干流为例

汾河流域是山西省的政治文化中心和重要农业产区,也是全国的主要能源基地分布区域,该流域目前面临严重的水生态问题,而生态补水是改善水生态质量的一项重要举措。为定量评价生态补水对流域水质与水环境容量的影响,本文构建了汾河水质水量联合模拟平台,以污染源负荷和生态补水配置情景为基础,考虑2种不同补水方案,评价了汾河干流30个主要断面的水质状况与水环境容量。结果表明,现状水资源条件下汾河COD和氨氮容量分别为2.67万和0.14万t/a;生态补水方案可有效改善水质,低生态补水方案补水2.5亿m3,由于考虑了生态需水,对水环境容量影响不大;高补水方案补水3.9亿m3,可相应提高汾河干流COD8%和氨氮12%的水环境容量。