大型灌区骨干水库分期旱限水位研究

水库作为常见的重要水利工程设施,在区域水资源承载力水量、水质、水生态和水流更新等要素调控中具有举足轻重的地位和作用,在降水径流减少的枯水季节显得尤其重要。旱限水位是水库在低水位调度运行的控制性特征水位,其合理设置与科学运用对区域水资源高效利用意义重大。为此以淠史杭灌区梅山水库的来水特性和用户需水特性为基础,首先采用Hausdorff维数分形方法划分了梅山水库入库径流干旱预警时段,进而通过不同水平年各预警期内来水、供水调节计算了初始旱限水位:旱警水位和旱枯水位,并以水库灌区水资源系统长系列模拟模型及优化模型为依托,优化确定了梅山水库不同预警期的旱限水位,最后分别从水库运行、灌区灌溉、生产生活供水、生态用水以及水力发电等多角度评估了旱限水位的合理性,为水利部门指导水库灌区抗旱运行,制订相应抗旱预案提供技术参考。     

基于模糊集对分析的灌区水库旱限水位及供水策略优化研究

随着经济社会发展和气候条件改变,我国区域干旱问题日益突出,水库在抗旱减灾过程中的作用越来越凸显,旱限水位的提出与应用对有效发挥大中型水库在抗旱中的调控作用、缓解流域旱情具有重要意义。针对旱限水位研究现状,本文以史河灌区梅山水库为例,首先考虑城乡供水、农业灌溉、水力发电和生态环境等诸多因素,构建基于模糊集对分析法的水库灌区水资源系统运行效果综合评价模型,并以水资源系统综合运行等级最优为目标,以分期分级旱限水位、灌溉限供措施(基于水库来水特征和作物生长特性)为优化变量,运用免疫遗传算法进行系统优化求解,最后对比有无旱限水位下水库水资源系统综合运行效果,并分析了不同控制方式下水库供水变化和灌区作物因旱减产风险。结果显示：该优化方法相较于以水库供水经济效益为目标旱限水位确定方法,多项年均指标都有较大改善,其中梅山水库经济效益提高了46万元,充反调节水库水量增加了555万m³,而水库弃水量减少了566万m³;史河灌区塘坝供水量增加了253万m³,而作物减产率下降了3.32%,同时作物因旱减产风险降低了3.15%。可见,运用系统综合...     

京津冀水资源-粮食-能源-生态协同调控研究Ⅰ：方法与模型

京津冀是我国重要的粮食、能源消费地,但水资源已经成为制约区域粮食、能源和生态可持续发展的关键要素。为优化水-粮-能-生系统间关系,实现水-粮-能-生关联视角下多水源协同调控,本文以GWAS模型为基础,通过改进水资源调配模块,添加粮食生产、能源消耗和层次化需水预测模块,构建了实现各系统关键要素传递和互馈的水-粮-能-生协同调控模型。根据京津冀水-粮-能-生系统紧密耦合的特征,建立保障水安全、粮食安全、低碳发展路径和生态健康的协同发展目标,提出了基于NSGA-Ⅱ和耦合协调度的协同优化算法与综合协同指数,以实现水-粮-能-生耦合系统协同调控方案优化求解。     

山东省水-能源-粮食系统耦合协调关系变化研究

山东省地处黄河下游,是粮食生产和能源消耗大省,水资源供需矛盾突出,为实现区域资源可持续发展,采用耦合协调评价模型,分析山东省2000—2020年水-能源-粮食系统耦合协调发展变化特征。结果表明：山东省水-能源-粮食系统整体发展趋势较为稳定,处于初级协调阶段;各子系统间离散程度相对较低、相互影响程度高,大多数年份水-能源-粮食系统处于初级协调阶段;干旱导致水资源短缺、能源供需矛盾等问题,对系统耦合协调程度影响较大,提升抗旱减灾和能源保障能力可促进山东省水-能源-粮食系统协调可持续发展。     

基于宽浅式破坏原则的水库旱限水位优化方法EI北大核心CSCD

针对旱限水位计算过程中干旱期需水多采用经验性调整系数确定存在主观性较强、合理性不足等问题,基于宽浅式破坏原则,以枯水年内月缺水率均值及其标准差最小为目标优化干旱期分行业需水,提出了水库旱限水位优化方法。以汾河水库与汾河二库为例进行优化效果分析,验证方法的合理性和可行性,结果表明:以优化后的旱限水位指导水库调度,可降低枯水年内的月缺水率均值及标准差;以50%作为严重缺水率阈值,优化后的旱限水位能够有效降低严重缺水月数;在连枯水年内,优化后旱限水位控制水库调度效果明显优于未优化的旱限水位,优化后旱限水位能够降低严重缺水情况的发生频率,符合枯水年内宽浅式破坏要求;旱限水位的设置保障了枯水年内各行业的用水安全,可减少极端缺水情况的发生,为旱灾防御指挥决策提供依据。     

黄河流域地级市水-能源-粮食系统耦合及空间关联研究

黄河流域水资源匮乏,但肩负国家能源和粮食生产的重任。在资源有限、需求不断扩张的背景下,探究水-能源-粮食资源的空间错配给黄河流域可持续发展带来的压力和挑战,可为流域高质量发展及国家区域协调发展战略提供科学依据和参考。基于中观尺度,构建黄河流域地级市水-能源-粮食系统综合评价框架,分析了流域内各地级市的水-能源-粮食系统耦合协调发展水平及空间关联特征。结果表明：2000-2018年,流域内各地级市的水-能源-粮食系统耦合协调度整体由初级协调阶段过度到中级协调阶段,但协调发展稳定性不足,至2018年,系统耦合协调度呈现下降态势;多数年份系统耦合协调度表现出显著的空间关联特征。从地级市视角出发对水-能源-粮食系统进行研究更具地区针对性,更易凸显中观尺度下系统发展的个性特征。应进一步探究黄河流域水-能源-粮食系统的空间关联影响机制,并解构黄河流域水-能源-粮食系统动态耦合协调发展模式。     

基于水足迹与水-能源-粮食关联关系的提水灌溉系统种植结构优化

灌溉系统是农业生产与用水的关键载体,其水-能源-粮食关联关系的协调性对区域可持续发展有重要影响。相较于传统的灌溉水高效分配研究,水足迹理论明晰了农业生产水资源消耗总量及其利用类型。针对提水灌溉系统水资源、能源供需配置不紧密及其生态影响考虑不全面的问题,联合水足迹理论与水-能源-粮食关联关系,统筹社会、资源、生态和经济多维系统,构建了考虑水资源调配、农业生产用水及粮食生产转移全过程的提水灌溉区种植结构多目标优化评价模型。将该模型应用于涟水灌溉区,通过调整粮食作物(水稻、小麦、玉米和大豆)的种植结构,运用Topsis方法对比评价了现状和优化配置情况的相对贴近度。优化结果表明：在保障粮食安全的基本前提下,应增大玉米的播种面积,减少大豆的播种面积;相较于现状,优化后的年均粮食单方水经济净效益提升4.0%,作物碳足迹在农作物种植基线改变时呈现下降态势,且2018年优化后的碳足迹降低79.5 kg。优化方案的相对贴近度均大于现状,对促进提水灌溉系统资源高效利用和农业可持续性具有可靠的支撑作用。     

流域水资源供需双侧调控模型及应用

针对水资源常规配置中供需分离、配置与调度结合不紧密,难以支撑流域水资源严格管理的问题,提出流域水资源供需双侧调控模型。在需水侧,通过建立供水量和效益函数关系,并考虑水土资源等约束条件,构建农业种植结构与灌溉制度优化模型;在供水侧,采用模拟与优化、配置与调度相结合的两阶段建模路径,构建多水源配置与水库群优化调度模型;通过来源于需水侧模型的"需水过程"与来源于供水侧模型的"可供水过程"的分解与耦合,实现供需双侧的联合调控,综合集成构建流域水资源供需双侧调控模型。将该模型应用于南四湖流域,提出了南四湖上级湖、下级湖等大型湖库工程的优化调度图与不同年型下农业种植结构和水资源配置方案,验证了模型的有效性。通过供需双侧协调优化,南四湖流域供需缺口缩小,农业种植效益增加,枯水年水分生产效益提高了0.70元/m~3、平水年水分生产效益提高了0.63元/m~3;生活和工业供水保证率稳定在95%,生态和农业供水保证率明显提升,分别由53%提高到71%、由67%提高到75%。     

2000-2019年新疆水-能源-粮食系统耦合协调发展研究

水、能源和粮食是区域可持续发展的关键要素。以新疆维吾尔自治区为研究区,构建水-能源-粮食（W-E-F）系统综合评价指标体系,利用耦合协调度模型和灰色GM（1,1）模型,分析新疆2000-2019年W-E-F系统耦合协调发展水平,并对2020-2031年的耦合协调度进行预测。结果表明：2000-2019年新疆W-E-F系统的综合评价指数由0.39增大至0.61,整体上呈现上升趋势;耦合协调度从0.59增大至0.77,3个子系统之间存在着密切的联系,目前整体表现为中级协调发展水平,并预测在2025年将过渡为高级协调发展阶段。水资源子系统仍是制约W-E-F系统协调发展的关键,农业用水占比过大,导致新疆总体上结构型缺水严重。未来应积极调整用水结构,提高水资源利用效率,优化粮食消费结构,以提升系统内部的协调性。     

吉林省水-能源-粮食系统耦合协调度评价研究

【目的】水、能源、粮食是保障人类生存与福祉的重要物质基础,研究吉林省水-能源-粮食系统的耦合协调发展状况,以促进吉林省水、能源、粮食的可持续发展。【方法】以吉林省为研究区,建立水-能源-粮食(W-E-F)系统综合发展评价指标体系,利用耦合协调度模型定量评价2003—2020年W-E-F系统耦合协调状况,运用GM(1,1)预测2021—2030年耦合协调度。【结果】结果表明：吉林省W-E-F系统综合发展评价指数呈现波动上升趋势,由0.29增长至0.67,其中水资源系统发展指数对综合系统发展指数影响大;耦合度在0.88～0.99范围内,处于高水平耦合阶段,耦合协调关系由勉强失衡逐步发展到中级协调水平,表现出向好的趋势,预测2030年将达到高级协调,最后为促进吉林省W-E-F系统耦合协调发展提出了相关建议。【结论】耦合协调度模型能够有效定量评价吉林省水-能源-粮食系统的协调发展状况,为吉林省水-能源-粮食系统协调发展提供科学参考。     

基于供求关系和生产函数的灌区水量使用权交易模型

随着市场在资源配置中的作用日益重要,水权交易对优化水资源配置、提高用水效率、促进节水势在必行,现已成为我国最严格水资源管理制度试点建设的重要内容之一。本文运用水资源系统分析与经济学理论,建立了基于供求关系和生产函数的灌区水量使用权交易模型,该模型以交易双方各自收益最大化为目标,由C-D生产函数和供求关系确定水资源价值,以纳什均衡价格和供需水量为约束确定交易水量和交易收益。经湖北省高关水库灌区与应城市水量使用交易应用研究,结果表明:高关水库灌区随着节水深入,2013年现状、2020、2030规划水平年在50%平水年交易水量最大,分别为3 744.78万m3、4 743.51万m3、5 829.13万m3;75%、85%干旱年交易水量分别减少到1 225.28万m3~4 180.79万m3,213.65万m3~1 570.17万m3;90%特旱年则不具备交易条件。通过双方交易,可使应城市2013、2020、2030水平年50%平水年缺水情况明显缓解,75%和85%干旱年缺水率降低;还可提高高关水库灌区净收益201.73万元~7 0541.97万元,应城市净收益88.37万元~131 669.00万元。但要根本解决应城市干旱缺水问题,需要建立灌区节水量交易收益补偿投入机制,调动节水积极性,充分挖掘当地节水潜力。这对建立健全我国水权交易机制和最严格的水资源管理制度,提高水资源利用效益与效率,指导节水型社会建设,保障城乡供水安全,具有重要意义。     

基于模拟技术的灌区水资源供需平衡分析

利用系统工程的思想,建立灌区水资源需水计算的数字模拟模型,并对都江堰灌区水资源开发利用现状及灌区水资源供需平衡进行了分析。以都江堰灌区为例,将灌区分为若干子区,分析该流域的供水能力、供需现状及供需发展情况。讨论各规划水平年水源工程和解决分区内水资源紧缺问题。     

基于供应链管理模式的灌区水资源运用研究

在灌区水资源联合运用系统中引入供应链管理模式,并建立了协调机制与信息共享机制,以确保供应链管理中信息和水量的畅通。以河北省石津灌区为例进行了供应链结构设计,并建立了灌区水资源联合运用规划系统。经研究得出,供应链理论与方法在灌区水资源联合运用系统中的应用是可行的,水资源利用效率将进一步提高,并可使整体效益最大化。提出的这一管理模式是灌区水资源管理方法和思路的创新,具有重要的参考价值和实践意义。     

基于农业灌溉需水量计算的黄河三角洲作物结构优化EI北大核心CSCD

为优化黄河三角洲作物结构,以东营市垦利区为例,计算了当地主要作物各生育阶段及整个生育期内的作物需水量、有效降水量以及淋洗需水量,并对不同作物的水分盈亏情况进行了分析。结果表明:作物补充灌溉需水量从小到大依次为玉米、棉花、小麦、水稻;玉米水分亏缺程度最低,应适当增加玉米种植面积或者把冬小麦、夏玉米轮作更换为一年种植两季玉米(春玉米和夏玉米);减少棉花在中、轻度盐碱地的种植面积,对耐盐性较好的棉花改用排水回用或微咸水灌溉;兼用灌溉用水和洗盐用水种植水稻,在经水稻种植改良成轻度盐碱地的土壤上种植玉米和小麦。     

对灌区加强需水管理的几点认识

灌区加强需水管理是实行最严格水资源管理制度、缓解我国主要灌溉用水矛盾的有效手段.从需水管理的基本要求出发,结合灌区用水实际,分析了灌区需水管理的内涵及面临的挑战,构建了以判断灌区水安全态势,调整供水者供水行为,调整用水者用水行为为流程的灌区需水管理理论框架,提出了建立以公益效益为主、兼顾经营效益的灌区水管单位、完善灌区水价体系和水价政策、建立和完善用水协会的管理机制、建立健全以用水者为交易主体并在政府宏观调控下的水权交易制度等政策建议.     

江苏省农业节水问题研究

分析了江苏省水资源的特点 ,指出发展节水灌溉可以提高水资源和土地利用率 ,缓解水资源供需矛盾 ,促进农业可持续发展。提出江苏省发展农业节水的主要途径为加强渠道防渗 ,推广水稻节水高效灌溉技术 ,发展沟灌、畦灌、喷灌、微灌地膜覆盖栽培技术。提出为加快节水农业的发展 ,必须依法治水 ,广泛筹集资金 ,改革水利工程管理体制 ,加大科技投入 ,理顺水费价格。     

小塔山水库水资源配置及保障措施研究

在小塔山水库可供水量分析基础上,合理规划配置小塔山水库供水量,并制定供水分配原则及方案。针对农灌用水不足的问题,从增加小塔山水库蓄水量、推广农灌节水、加强小塔山水库外来水补给以及水库运行管理等多方面采取相应措施予以保障。通过对小塔山水库水资源合理配置,可实现小塔山水库水资源的可持续利用,在充分保障赣榆区居民生活用水的同时,也满足农灌用水基本需求,有效解决生活用水和农灌用水争水矛盾问题。     

水资源效益与城乡供水一体化发展耦合效应分析——以洛川县为例

为了研究水资源效益与城乡供水一体化发展之间的协调程度,以延安市洛川县为例,在建立水资源效益系统和城乡供水一体化发展系统的评价指标体系的基础上,运用脉冲响应函数(IRF)、耦合度及耦合协调度模型等方法对洛川县水资源效益系统与城乡供水一体化发展系统进行耦合效应分析。结果表明:节水灌溉面积的增加与城乡供水一体化发展水平的提高彼此之间具有相互促进作用,农业万元GDP用水随着城乡供水一体化发展水平的提高先是持续减小,后有所增加,而城乡供水一体化发展水平对农业万元GDP用水增大的响应却相反;2007-2015年洛川县水资源效益综合评价指数整体呈增大趋势,城乡供水一体化发展综合评价指数逐年增大,且两者之间相关系数高达0.965;洛川县水资源效益系统与城乡供水一体化发展系统之间耦合度均在0.4~0.5之间,耦合协调度逐年提升,从2007-2010年的失调阶段发展到2011-2015年的协调阶段。