气候变化与海河流域地表水资源量的关系

利用近50年海河流域气候、水资源、多模式预估数据等资料,分析了海河流域气候变化特征及对地表水资源量的影响。结果表明：近50年,海河流域年降水量呈明显减少趋势,平均每10年减少21mm,年气温呈明显升高趋势,平均每10年升高0．3℃。海河流域气候暖干化趋势造成地袁水资源大量减少,平均每10年减少18％。地表水资源量变化与降水量、气温有很好的复相关关系。如果降水量保持不变,气温每升高1℃,海河流域地表水资源量将减少7％;如果气温值保持不变,降水每增多10％,地表水资源量将增加约22％。多模式预估,未来50年海河流域降水量将比1961-1990年增加3％～10％,年气温将升高0．4～2．3℃。参考多模式预估结果,在未来降水量比1961-1990年增加5％的情况下,如果气温比1960-1990年平均值升高0℃（1．0℃,2.0℃）,海河流域地表水资源量变化为＋20％（＋13％,＋6％）。未来海河流域地表水资源会随着降水量的增多而增加,随气温的升高而减少,总体结果未来地表水资源量是增加的。由于对未来降水预估结果不确定性较大,对气温预估结果可信度较高,所以未来海河流域地表水资源号增加还存在很大的不确定性．     

小清河流域汛期多年降水变化趋势

以黄台桥水文站为出口断面的小清河流域作为研究区,根据流域内5个雨量站1977-2014年日降水资料,首先采用非参数Mann-Kendall法对流域内各站多年汛期降水变化进行趋势分析,并用Morlet小波分析流域汛期降水的周期变化;其次使用Mann-Kendall检验法并结合滑动t检验、有序聚类法及Yamamoto法进行突变检验;最后使用Hurst指数法对流域各站点降水未来趋势进行预测。研究结果表明:流域内各站点汛期多年降水变化呈现增加趋势,但变化趋势并不显著;流域汛期降水变化存在22a左右的主周期;突变分析表明汛期各站点降水的突变年份并不完全相同,而预计汛期降水量的未来变化将呈现出微弱的上升趋势。     

1971-2018年汉江流域陕西段降水时空特征分析

基于1971-2018年汉江流域陕西段 27个气象站点的逐日降水数据,选择了年降水量、降水强度、最大日降水量、年降水日数、中雨日数和大雨日数6个降水指数分析其降水时空特征,分析方法包括线性估计法、小波分析法、滑动均值法、IDW 空间插值法及Mann-Kendall检验法。结果表明：在研究时段内,汉江流域陕西段降水强度有缓慢增加趋势,其余5个降水指数均呈缓慢减小趋势,且6个降水指数的变化趋势均不显著;研究区域仅年降水日数无突变点,且在1995年后呈现显著减小趋势,其余降水指数均有突变点;年降水量有7 a的副周期和27 a左右的主周期,主周期有3个循环交替,且丰、枯交替突变点在1983和2000年。汛期降水量与年降水量周期基本一致,而非汛期有4和16 a两个副周期和1个28 a的主周期;年降水量空间分布呈现由北到南逐渐增大的趋势,除了年降水日数的高值中心在宁强县外,其余5个降水指数的高值中心均在镇巴县,而低值中心除了降水强度在太白县外其余的均在商县。在研究时段内各年代际降水指数的比较中,1971-2018年的年降水量、降水强度和年降水日数均仅次于最大值,预计未来极端降水事件可能更加频繁,严重的情况下会影响水生态、水环境、水安全等的健康发展。     

南流江流域降水序列周期特征及变化趋势

降水序列的变化规律和变化趋势是流域防洪抗旱时需要考虑的重要问题。以北部湾经济区南流江流域为例,尝试利用小波分析和R/S分析方法研究年降水量周期特征和变化趋势。研究结果表明:在短周期范围内,南流江上游流域具有3~8a的主周期,未来年降水量出现减少的趋势;中游流域具有3~8a的主周期,未来年降水量出现增加的趋势;下游流域具有5~8a的主周期,未来年降水量出现增加的趋势。因此,未来短期内南流江干流的防洪重心主要在于中下游流域,需要预防突发性降雨。     

碧流河水库流域降水和径流特征变化及成因分析

为全面分析碧流河水库流域降水和径流变化特征,根据流域内1958-2011年的日降水及径流资料,运用基尼系数法、R/S分析法和小波分析法分别分析了降水和径流的年内变化特征、年际变化趋势和周期性特征。结果表明:流域内降水和径流年内分配极度不均匀,年内分配过程呈单峰型,月降水峰值在20世纪80年代后有峰值后移的特点;多年降水量和径流量均有减少趋势,径流量的减少趋势更显著,说明除降水减少外,还受其它因素的影响,如各种人类活动等;降水径流序列都呈现丰-枯交替变化周期,变化主周期均为12～16a,可能与太阳黑子周期活动有关;20世纪80年代后的径流周期较降水震荡性减弱,说明径流周期变化还受除降水外的其它因素的影响。     

1998年长江流域水资源量特征分析

采用长江流域沿线各省（自治区、直辖市）提供的资料，详细分析了1998年长江流域降水、地表水、地下水资源量的特征。结果表明，1998年长江流域水资源量丰富，面平均降水量1216．3mm，较常年多11．5％，地表水资源量达13004亿m^3，比常年偏多27．4％；降水及地表水资源量地区分布不均匀，洞庭湖、鄱阳湖水资源量尤为丰富，降水及地表水资源量均居流域前列；降水及地表水资源量年内分配较常年更为集中。     

近20年青藏高原水资源时空变化

青藏高原被称为“亚洲水塔”和“第三极”,青藏高原水资源变化对我国乃至周边众多国家的水资源安全及人民生活均产生深远的影响。利用《青海省水资源公报》及《西藏水资源公报》数据,采用线性倾向估计、Mann-Kendall趋势检验法和Person相关系数法对1997—2018年青藏高原地表及地下水资源时空变化进行了研究。结果表明:①青藏高原水资源分布呈东多西少、南多北少的分布态势,水资源分布极其集中,主要集中在山南、林芝市,雅鲁藏布江流域及藏南诸河流域。②1997—2018年青藏高原地表水资源量呈不显著的上升趋势,地下水资源量呈显著下降趋势(－166.4亿m³／(10 a))。水资源变化趋势存在显著的空间差异,青藏高原北部青海省大部分地区地表水资源(98.3亿m³／(10 a))及地下水资源量(58.0亿m³／(10 a))均呈显著的上升趋势,南部西藏自治区大部分地区地表水资源量呈不显著的下降趋势,地下水资源量呈显著的下降趋势(－195.4亿m³／(10 a))。③青藏高原近年来气温呈十分显著的增加趋势,上升速率约为0.49 ℃／(10 a),北部青海省降水量呈显著增加趋势,南部呈不显著的下降趋势。综合降水与气温的影响,降水量变化是青藏高原地表水资源与地下水资源变化的主要影响因素。     

江西省桃江流域近60年降水量时空特征分析

为研究江西省桃江流域降水量特征,以桃江流域内的17个雨量站1957—2016年逐日降水资料为研究对象,运用线性趋势、Mann-Kendall趋势检验、克里金插值等方法进行时空特征分析。结果表明,时间变化特征上:桃江流域多年平均值为1 603.49mm,且以2.4mm/10a的趋势增加,其第1主周期为34a,并且经历了"偏多—偏少—偏多"的周期变化;季节分配不均匀,春夏多,秋冬少,且秋、冬季变化剧烈,除了夏季以-4.8mm/10a的速率下降,其余季度均呈现上升趋势,分别为春季(7.3mm/10a)、秋季(7.1mm/10a),冬季降水(5.3mm/10a)。在周期规律上,除冬季的第1主周期为34a外,其余季度为33a;月降水量呈现出"两峰一谷"的形状,降水主要集中在3-8月,10月到翌年1月的降水变化剧烈。空间分布特征:桃江流域年降水量从西南到东北呈现出"偏多-偏少-偏多"的空间分布特征,春、夏两季降水量呈现出南多北少的分布特征,秋、冬季降水量空间分布从南到北呈现出"偏多—偏少—偏多"的分布特征;年降水量北部区域偏多,主要受秋冬季节降水影响;除了冬季的高值中心出现在下游区域外,其他季节均出现在上游流域;上游流域在1-9月均为各区域降水的最大值,而10-12月,下游流域为各区域的最大值;各区域降水在月份分布上均呈现出"双峰一谷"的分布特征,3-9月,各区域降水间存在着较大的差异。研究结果可为桃江流域防洪抗旱及水生态修护提供依据。     

海河流域近50年降水变化多时间尺度分析

采用Morlet小波分析方法,对海河流域1956—2006年近50年的降水变化进行多时间尺度分析。结果表明,海河降水变化存在明显的年际变化和年代际尺度的周期性变化。海河流域降水存在4、7、10、准24年的主周期变化,且大时间尺度变化较为规则,为准周期振荡。近50年来海河降水总的趋势在下降,但在2006年后的一段时期内可能处于一个降水偏多期。     

洮河流域降水量的多时间尺度特征及趋势分析

基于洮河流域及周边雨量站点1956—2013年降水数据,采用小波分析方法分析了洮河流域近58 a来年降水量的变化趋势、多时间尺度主周期变化过程及其空间变化特征,并对未来态势进行了预测。结果表明:洮河流域年降水量整体呈减少趋势,倾向率为-4.60 mm/10 a;年降水量主要存在3个尺度的周期变化,分别为20、12、5 a,其中20 a尺度周期震荡最强且贯穿整个时域;流域降水量在空间上具有显著差异性,中部干旱黄土山丘区各尺度的周期波动明显强于上游的;对洮河流域未来一段时期降雨趋势的预测显示,除2017年降水偏少外,2014—2021年间其余年份的降水将处于正常水平或偏多。     

五指山市近 60 年降雨量时空演变规律分析

为了解五指山市近几十年降雨量的变化规律,基于市内及周边17个雨量站/气象站资料,采用不同插值方法逐月插值,与海南省水资源二次评价对比得到合理方法;并用滑动平均法、累积距平法、Mann-Kendall非参数检验法及Morlet小波分析等方法对降雨量进行时空变化分析,得到如下结果:五指山市近60年多年平均降雨量为1 921.3mm,在空间上呈现由东北、正北向西南逐渐递减的趋势,不同丰枯情景下降雨分布略有差异,但其对地形的响应较为一致;年降雨量总体呈现显著增加的态势,并且在1988年左右存在由减少到增多的突变;借助SPSS软件,通过归因分析表明,蒸发主要影响着五指山市降雨的变化规律;降雨量存在多尺度时间效应,存在23a和16a左右的主周期,且均存在丰枯交替变化,并在未来几年均处在偏丰时期。研究结果对五指山市的水资源开发利用和规划具有现实指导意义。     

京津冀地区适水发展问题与战略对策

阐述了适水发展理论的产生背景、内涵及对象与任务。适水发展是依靠科技进步,开发利用广义水资源、提高用水效率,根据水资源条件转变用水模式、优化用水结构和水资源配置,拓展水资源开发利用新空间,实现水资源可持续利用。从适水发展的角度,系统分析了京津冀发展面临的严峻的水资源问题,主要有水资源极度短缺、用水压力大、生态持续恶化和非常规资源资源利用程度低等问题,严重制约京津冀协同与可持续发展。针对存在的主要问题,提出了京津冀走适水发展道路的战略对策,实行水资源开发利用的多方面战略性转变,重塑京津冀适水型产业体系,构建适水型现代工业,发展适水型现代农业,建设适水型城市,实现京津冀地区社会-经济-生态健康永续发展。     

三江平原水资源开发利用程度变化与驱动因素

水资源开发利用程度评估与分析研究对于区域水利规划和水资源管理具有实践指导意义。三江平原作为国家商品粮生产基地,具有保障国家粮食安全的重要作用,同时,水资源开发利用问题与供需矛盾也日益凸显。为了定量研究三江平原水资源开发利用状况与态势,运用基于变异系数和相对熵改进的TOPSIS方法,对研究区水资源开发利用程度进行了综合评价,并对1984-2011年研究区水资源开发利用程度变化特征及驱动因素进行了分析。结果表明:2011年三江平原水资源开发利用程度处于中等水平,东北部地区较高,西南部地区较低;2001年是三江平原水资源开发利用程度变化的时间节点,2001-2011年十年间三江平原一半以上分区的水资源开发利用程度发展至中等水平;地下水资源开发利用和农业灌溉是三江平原及其大部分分区水资源开发利用程度变化的核心驱动因素,鹤岗市、双鸭山市和佳木斯市是推动研究区水资源开发利用程度演变的主要分区;相比2011年,2017年三江平原水资源开发利用程度和关键驱动因素无明显变化。研究结果可为三江平原水资源可持续利用提供参考和借鉴。     

基于区间两阶段随机规划方法的 北京市水资源优化配置

针对缺水型城市水资源配置过程中的不确定性,建立了基于不确定性基本理论的区间两阶段随机规划模型,应用于北京市2025年水资源优化配置的研究。以北京市用水综合效益最大为目标函数,引入概率分布和区间数表示多重不确定性,求得北京市2025年城六区与郊区在生活、工业、农业与生态用水上的优化供水目标以及不同来水水平下的配水方案。结果表明:北京市2025年优化供水目标为47.39亿m~3,城六区工业用水与郊区农业用水的供水目标应采取保守值;不同来水水平下的优化配置水量为[36.49,47.39]亿m~3,仅北京为丰水年时不存在缺水现象,北京与丹江口水库同时遇枯时的缺水量高达[5.48,10.90]亿m~3,对北京市供水安全造成极大的威胁。该模型充分考虑不确定因素对水资源配置的影响,权衡用水收益与缺水风险的关系,并以区间的形式给出配置结果,可为北京市2025年供水目标与水资源优化配置方案的制定以及水资源安全保障措施的分析提供科学依据。     

南水北调中线水源区水文特征分析及其 水资源适应性利用的思考

南水北调中线调水工程是为了解决华北地区缺水问题而采取的特大型调水工程,水源区地理特征是调水水量和水质的重要基础。然而,从目前的研究现状看,对水源区边界、面积、河流长度等主要特征参数和水资源特征系统梳理不足,水资源利用仍存在一些问题。基于此,从地理学的角度,借助地理信息技术和统计学方法,结合实地调研,对南水北调中线水源区主要特征参数进行系统梳理;分析和总结水资源特征、水资源开发利用演变过程以及存在的问题;基于水资源适应性利用理论,结合南水北调中线水源区实际,提出其水资源适应性利用的研究思路和战略措施建议。研究成果对保障南水北调中线可持续调水、支撑水源区水资源开发利用和协同管理提供技术支撑。     

粮食增产期黑龙江省农业水土资源 时空匹配格局研究

黑龙江省粮食总产量十二连增的同时,也给农业水土资源带来了诸多问题。为了客观地评价黑龙江省农业水土资源时空匹配情况,根据黑龙江省粮食增产期(2003-2015年)的水土资源利用状况,采用基尼系数和农业水土资源匹配系数分析了黑龙江省农业水土资源时空匹配变化情况。结果表明:(1)粮食增产期黑龙江省农业水土资源空间匹配差异较大,基尼系数在0.4475~0.4907之间,属于匹配较差范围;农业水土资源匹配系数均低于全国水平,且在时间上表现为匹配程度持续降低的态势。(2)空间差异上,黑龙江省中西部干旱区水土资源匹配程度较低,不宜继续开垦;三江平原地区粮食种植面积大,建议发展节水灌溉;北部和东南部地区水资源相对丰富,宜涵养水源,以实现可持续发展。     

水资源工业生产价值能值评估及空间分布

从生态经济学的角度,运用能值分析方法,以黄河流域60个地市为研究对象,量化了流域水资源工业生产价值,并通过空间自相关分析法,研究了水资源工业生产价值空间分布特征。结果表明:黄河流域水资源工业生产价值介于16.3～26.9元/m~3,流域中东部价值较高;黄河流域水资源工业生产价值全局Moran(莫兰)指数为0.327 1,呈显著的正向空间自相关特征;Moran散点图和LISI(局部空间关联)聚集图显示,黄河流域水资源工业生产价值以"H-H"(高值)型集聚为主,主要集中在流域中东部。研究成果可为黄河流域工业系统水量分配提供理论支撑,为流域水资源优化配置提供数据参考。     

基于组件模型的地表水资源配置系统设计

传统地表水资源配置系统往往针对特定的流域,缺乏扩展性和灵活性。将流域、水库、需水点、输水连接等水利要素分别抽象为组件,对河流采用Horton编码分级,使用拓扑排序和河流同步的方式解决水系网络的水力联系,以组件连接模式灵活地进行地表水资源模拟和优化配置,通用性高,扩展性强。新开发的系统可为水资源管理部门对生活用水、工业生产、农业灌溉、生态建设等规划、设计以及管理提供技术支撑。     

成都市水生态足迹的时间分布特征及其影响因素

为了加强对成都市水资源可持续利用的规划与管理,运用水生态足迹计算模型分析成都市2000-2016年水生态足迹变化,并基于LMDI分解法分析成都市水生态足迹影响因素。结果显示,成都市水资源总量生态足迹逐年增大,2012年以后略有下降;农业用水在整个用水结构中占比最高,生态足迹最高;其次为工业用水、生活用水、生态用水占比。成都市2000-2016年水生态承载力先增大后降低,水生态盈余(赤字)逐年增大,万元GDP水生态足迹逐年下降,水资源负载指数逐年提高。说明成都市水资源利用程度高、利用效率高,但开发潜力小,水资源供给压力依然巨大。从影响因素的结构性分析来看,经济因素发挥主导作用,结构因素的抑制作用还未显现,人口因素的促进作用不够显著,技术因素的抑制作用显著。     

我国西北地区主要农作物贸易对区域水资源影响

随着我国粮食生产重心的北移,西北地区在全国粮食安全中的作用日益凸显,然而该地区水资源缺乏,水土资源时空匹配性差对当地的生态安全、粮食安全和水安全构成了巨大威胁。近些年,伴随着城市化和区域贸易的快速发展,西北地区农作物产量和外运量均快速增长,大量的农作物虚拟水伴随贸易输送到全国各地,进一步加剧了西北地区的水资源压力,严重制约当地的可持续发展。基于此,本研究对2000-2015年西北地区主要农作物生产水足迹和伴随着农产品贸易的虚拟水流动格局进行了量化分析,在此基础上评估了西北地区农产品贸易输出引发的水资源压力。结果表明,研究期内2000-2015年西北地区主要农作物生产水足迹呈上升趋势,从2000年的417.16亿m~3增长到2015年的439.87亿m~3。与此同时,农产品贸易伴生的虚拟水流动量显著增加,从2000年的220亿m~3增长到2015年的272.99亿m~3,严重加剧了当地的水资源压力。陕西、内蒙古、新疆和甘肃水资源压力均高于全国平均水平,陕西更是呈重度水资源压力状态。因此,本文从技术发展和宏观战略层面提出了创新农业实体水资源利用效率、建立虚拟水补偿机制以及合理优化调整区域产业结构的应对策略与建议,为保障我国西北地区水资源可持续利用提供了科学参考。