黄河流域各省(区)用水价值空间聚集特征分析

基于空间自相关方法揭示用水价值的空间分布特点,可为流域水资源管理和合理配置提供决策依据。以黄河流域为例,基于2015年各省(区)实际用水量数据量化用水价值,结合能值价值理论和空间自相关分析方法,分析了黄河流域各省(区)用水价值空间分布及其聚集特征。结果表明:黄河流域经济用水价值、生态环境用水价值和总用水价值具有明显的空间差异性;黄河流域各省(区)用水价值具有明显的空间聚集特征,其中经济用水价值在黄河上游出现低值聚集,在陕西省、河南省和山东省出现高值聚集;社会用水价值在全流域高值聚集明显;生态环境用水价值高值聚集在宁夏回族自治区、内蒙古自治区、陕西省和山西省;总用水价值高值聚集出现在青海省、四川省和陕西省,低值聚集出现在宁夏回族自治区及内蒙古自治区。建议在流域水资源管理中统筹考虑经济、社会和生态环境用水价值,巩固高值区用水价值,提升低值区用水价值,推进高值区带动低值区水资源管理水平的提高。     

GAMLSS模型在黄河流域蒸发皿蒸发量序列统计建模中的应用研究

本文采用广义可加模型(GAMLSS),以年份序号作为解释变量拟合模型参数,对黄河流域蒸发皿蒸发量序列的非一致性特征进行研究。考虑到流域空间差异性和年内变化,从年、汛期、非汛期3个时间尺度来研究黄河流域29个水资源三级区面蒸发量序列的非一致性特征。研究结果表明,黄河流域各水资源三级区的面蒸发量序列在不同时间尺度上均具有较为明显的趋势变化;非汛期蒸发序列呈现出显著的趋势变化,与一致性模型拟合结果相比,黄河流域非汛期蒸发序列的AIC准则(Akaike Information Criterion)和SBC准则(Schwarz Bayesian Criterion)值减少明显,能更好地反映出非一致性变化的特征。     

生态压力测度法在流域水资源生态压力空间格局分析中的应用研究

文章以辽宁中部某流域为研究区域,采用生态压力测度方法对流域的水资源生态压力进行测算。测算结果表明:研究流域的水资源生态压力指数在1.08~2.39,平均压力指数为1.42,区域水资源生态压力受人类经济活动影响较大;区域的水资源生态压力全局Moran指数均值为-0.3419,呈现较为显著的空间变差性;区域水资源生态压力局部Moran指数为-0.3218,呈现较低的变异中心。研究成果可以为区域水资源生态保护提供参考。     

基于空间自相关分析的安徽省水资源生态压力空间格局探析

为探索安徽省各地级市水资源生态压力空间关联格局,制定差别化水资源可持续利用政策,运用生态足迹压力测度模型,对安徽省16个地级市水资源生态压力进行了测算,采用空间自相关分析方法,对水资源生态压力空间关联模式进行了考察。结果表明:12014年安徽省16个地市水资源生态压力指数介于1.05~3.82,均值达1.89;2水资源生态压力全局自相关Moran指数为-0.115 3,呈不显著空间异质格局,其中,位于皖南的黄山、池州、宣城及皖西南的安庆4市水资源生态压力小,而淮南、马鞍山、铜陵三市压力大;3局部空间自相关Moran指数散点图显示,位于第二(LH)、第四(HL)象限的地市有13个,而位于第一(HH)、第三(LL)象限的仅有3个,滁州市局部空间自相关指数为-0.293 7,为显著低值异质中心,黄山市该指数为0.961 5,为显著低值聚集中心。基于研究结果,提出了差别化的水资源可持续利用政策建议。     

黄河流域水资源安全评价及时空格局

为评价黄河流域水资源安全水平,保障流域用水安全、实现水资源与经济社会协调发展,运用DPSIR模型,构建指标体系,对2005—2019年黄河流域水资源安全时空格局进行分析。结果表明：2005—2019年黄河流域水资源安全评价值呈波动上升趋势,水资源安全改善得益于状态和响应指标的提升;经济社会发展未能为水资源安全提供充分的保障,而是形成了压力,水资源一定程度上也对经济社会发展构成了约束;黄河流域水资源安全省(区)间差异性减小,整体形势不容乐观。青海水资源禀赋较好、水资源安全状态为Ⅳ级(较安全);陕西、内蒙古、山东经济相对发达、用水效率较高,水资源安全状态为Ⅲ级(中等安全);河南、甘肃、山西三省水资源安全由Ⅱ级(较不安全)改善为Ⅲ级(中等安全),仍有改善空间;宁夏水资源安全从Ⅰ级(不安全)演变为Ⅱ级(较不安全),水资源不能够满足国民经济和社会可持续发展的需要。未来应遵循“把水资源作为最大的刚性约束,以水而定、量水而行”的用水原则,努力提高流域水资源安全水平。     

黄河流域水资源生态补偿问题研究

随着黄河流域经济社会的快速发展和西部大开发战略的实施,黄河流域水资源作为流域“生命线“的地位显得更加突出。然而,黄河流域以水资源为纽带的生态环境问题,已成为制约流域经济社会可持续发展的一个重要因素。在充分认识流域水资源的生态功能和价值的基础上,提出了生态补偿的原则,建议构建灵活多样的流域水资源生态补偿方式,以支持黄河流域水资源保护和水环境建设,保持流域水资源的可持续利用。     

基于生态位理论的黄河流域用水结构分析

为分析和探究黄河流域用水结构的变化特征,科学支撑流域水资源合理配置与调度,保障流域可持续发展,以黄河流域为研究对象,基于生态位理论构建了用水结构生态位及其熵值模型,分析了流域及流域内主要省区用水结构演变趋势和特征,并与发达国家用水特征作比较。在此基础上提出了相关建议。结果表明:黄河流域的农业用水生态位(0.7～0.78)最大但呈现波动减少趋势,工业用水生态位(0.12～0.15)次之且变化趋势为波动且有所下降,生活用水生态位(0.06～0.08)与城镇公共及生态用水生态位(0.03～0.09)相对较少但皆有不同程度的增长趋势。各省区的生态位熵值差异较大,表明流域及各省区间用水结构差异较大。统计年间宁夏、内蒙古及山东的农业用水占有率高于全流域,陕西、山西、河南及甘肃的工业用水占有率高于全流域,各省区城镇公共及生态用水的占有率变化剧烈,陕西、山西及河南的生活用水占有率高于全流域。相较于黄河流域,美国的工业用水(0.42～0.52)在用水结构中的优势更加突出,农业用水(0.31～0.44)相对处于劣势地位;两个区域生活用水在用水结构中的地位相对其他的用水类型更为接近。     

变化环境下考虑物理机制的SD需水预测研究

随着气候变化与人类活动作用的加剧,流域水资源受变化环境的影响愈加显著。研究变化环境下的流域水资源系统变化特征及需水预测对支撑流域水资源管理与合理配置具有重要的指导意义。基于系统动力学原理,耦合了考虑物理机制的需水预测方法,建立水资源系统模型,以黄河流域为例,分析了多因子驱动及多要素胁迫作用下黄河流域水资源系统变化特征,采用MPI气候模式预估的未来气温、降水结果及未来流域5种不同的经济社会发展情形,预测了黄河流域2017—2030年的水资源供需演变趋势。结果表明:①黄河流域的生活需水量随着流域人口及人均用水需求的增加不断增长。随着产业结构调整,工业需水量呈现缓慢减少态势,生态及三产需水量逐年增加,农业灌溉需水量呈下降趋势;②在加强流域水资源管理力度、增加节水技术投资的前提下,保障流域经济、社会协调发展,注重发展经济的同时兼顾流域生态环境保护,满足黄河流域下一阶段的经济社会可持续发展的要求;③为保障黄河流域水资源可持续发展,实现黄河流域生态保护和高质量发展,需要调整流域水资源管理策略,提高节水程度,促进流域产业结构优化。     

黄河流域干旱时空演变的空间格局研究

干旱因子是突变性和连续性并存的复杂地理要素(即空间异质性和相似性并存),理清其空间分布格局,对于深入认识流域水资源演变规律具有重要意义。本文以黄河流域为例,采用标准化降水指数(SPI)分析流域干旱时空演变规律,基于此,运用游程理论方法从标准化降水指数中识别出干旱发生次数、历时和烈度三种属性变量,并分析季尺度干旱因子的空间分布规律;最后,利用全局和局部Moran’s I指数探究了不同特征变量的全局和局部空间自相关性,确立了流域季尺度干旱因子的空间聚集(离散)位置及其空间分布格局。结果表明:(1)黄河流域四季干旱化程度加剧,下游干旱化程度高于上游,随着季节的变化,同一响应单元存在由湿转干再转湿的变化规律;(2)不同季节,流域旱情空间分布格局差异明显,春季西安及周边区域存在区域性干旱现象(干旱次数少、历时长、烈度大);夏季黄河源区旱情严重(历时长、烈度大);秋季黄河下游三门峡、孟津和运城区域存在区域性干旱现象(干旱次数少、历时长、烈度大);冬季宁蒙河段旱情严重,而兰州断面干旱历时和干旱烈度呈现"低高异常"的空间分布格局,旱情可能会加剧。掌握旱情空间分布类型,重点布控"高高聚集"格局区域,可以有效提高旱灾决策的准确度。     

基于信息熵的黄河流域用水结构演变规律及空间分布特征

黄河流域水资源供需矛盾突出,为协调流域水资源与经济社会发展之间的关系,基于1988-2019年黄河流域水资源公报中的各行业用水数据,采用信息熵的方法分析了黄河流域近30年来用水结构的演变规律及空间分布特征。结果表明：1988-2019年黄河流域总用水量呈现两个阶段的变化,总体上呈现先减少后增加的趋势;用水结构信息熵呈现持续增长趋势,由1988年的0.6增长至2019年的1.2,说明黄河流域的水资源利用结构是向有利于经济社会发展的方向演变。从流域用水结构空间分布来看,四川省、陕西省和山西省用水结构信息熵和均衡度较高,均值分别在1.2和0.6以上,宁夏、内蒙古自治区和山东省的用水结构信息熵和均衡度均值分别在0.9和0.5以下,用水结构的合理性在黄河流域处于较差水平;从流域用水结构时间演变来看,四川省用水结构信息熵和均衡度呈减小趋势,其他8省(区)则呈增大趋势,增幅最大的是青海省,增加了40%以上,原因是该省农田灌溉用水量占比减小,而其他行业用水量占比增加。本文评价了黄河流域9省(区)用水结构的合理性,可为流域水资源的规划和节水政策的制订提供参考。     

沂沭泗流域年降水和年地表水资源量演变趋势

基于沂沭泗流域1956年-2010年的水文资料,运用线性倾向估计、Mann-Kendall检验、累计距平和小波分析方法对沂沭泗流域年降水、年地表水资源量的演变趋势、变化过程和趋势及周期性进行了分析。结果表明:沂沭泗流域近55a内年降水、年地表水资源量变化趋势基本一致,整体上均呈减少趋势但不显著,预计未来10多年内仍会减少;年降水和年地表水资源量大体经历了丰枯交替5个变化阶段,年地表水资源量减少的趋势比年降水量减少的趋势稍明显;年降水变化具有4a、8a、15a和27a的主周期,年地表水资源量变化具有4a、14a和27a的主周期。趋势表明,未来10多年内沂沭泗流域年降水、年地表水资源量仍会减少     

基于 ELECT RE III 的淮河流域水资源安全评价

为探讨淮河流域水资源安全问题,建立了淮河流域水资源安全评价指标体系,运用多准则决策方法——ELECTRE III,对淮河流域四省江苏、安徽、山东、河南2006-2012年水资源安全性进行评价,并利用净可信度得分排序。结果显示:水资源安全性(1)就不同省份而言,江苏省相对最好,其次为安徽省、河南省,山东省相对最差;(2)就不同年份而言,2011年最好,最高达7.62,最低为-0.82,全部处于较危机等级,而2006年相对较差,最高达-2.03,最低为-18.37,除江苏省外全部处于危机水平;(3)就同一省份不同年份而言,随着时间的变化,四省份的水资源安全性评价结果总体呈现出先上升再下降,后又上升转而再下降的"M"型趋势。该评价方法与评价指标体系适用性较强,评价结果较为客观,为淮河流域水资源安全评价提供了一个新视角和新方法。合理水资源安全评价定量和趋势分析,可为淮河流域水资源合理开发和可持续利用提供科学依据与决策支持。     

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。     

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。     

基于综合指数法的保定市地表水资源脆弱性评价

根据地表水资源脆弱性内涵及保定市地表水资源的特点,从自然脆弱性、人为脆弱性和承载脆弱性三个方面选取10项评价指标。利用层次分析法确定各指标权重,基于综合指数法结合GIS/RS技术对保定市地表水资源脆弱性进行了定量评价。结果表明,保定市地表水资源总体上呈现出较为脆弱的态势,其中以保定市西北部、西部、中部偏东及东南部地区表现得最为明显。根据脆弱性结构,将这些地区分成自然脆弱性主导型地区、人为脆弱性主导型地区和承载脆弱性主导型地区三类。针对自然和人为脆弱性主导型地区,提出加快水利设施建设、扩大绿化面积等对策;针对承载脆弱性主导型地区,提出控制用水总量和人口增长、淘汰落后产能、发展节水技术、宣传节水知识等对策。     

考虑水文情势变化的黄柏河流域纳污能力

水体的纳污能力是指在满足水功能区水环境质量达标的基础上,水体最大允许的纳污量,其精确核定对水资源合理开发利用与有效保护具有重要的现实意义。水利工程、人类活动等使河流原有水文情势发生了不同程度的改变,水文情势变化影响下的纳污能力精确核定现已逐渐成为当前亟待研究和解决的问题。以长江流域的黄柏河为例,选取汇入支流、水库和调(引)水工程3个主要影响因素分析了对河道水文情势及其对纳污能力的影响,根据水文情势的差异性变化提出了相应的纳污参数确定方法,并基于一维水质数学模型计算得出黄柏河流域水体的纳污能力,最后以典型区段黄柏河东支保护区为例与传统法的纳污能力结果进行了对比分析。结果表明考虑水文情势变化的纳污能力研究中所提出的纳污参数确定方法在一定程度上有助于水域纳污能力的准确核定。研究结果可以为区域有效保护水资源,防治水污染,改善水环境提供一定的技术参考。     

基于组合权重云模型的调水工程洪水资源利用风险评价

洪水资源利用在产生效益的同时,也会带来风险,有必要加强洪水利用风险评价研究,最大限度降低洪水资源利用的负面影响。对调水工程洪水资源利用风险因素进行识别,构建风险评价指标体系,从蓄水工程、输水工程、提水工程三个方面展开评价。采用层次分析法计算主观权重,熵权法和投影寻踪法计算客观权重,引入云模型计算风险指标的隶属度,最后得到洪水资源利用的风险等级。以南水北调东线工程江苏段为实例,对丰、平、枯三种典型年的洪水资源利用风险进行了评价,验证了评价方法的有效性与适用性。     

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。     

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。     

地下水水源地污染预警应用研究——以浑河冲洪积扇为例

地下水水源地污染预警是集中城镇供水的地下水资源保护和管理的重要依据。为了控制地下水污染,使地下水保护更具预见性和主动性,提出了基于水质现状和污染风险的地下水水源地污染预警思路。水质现状是预警基础,决定预警的起始状态;污染风险考虑了污染源载荷风险和污染危害性,反映人类活动对地下水的影响,决定区域污染状况的发展变化。以浑河冲洪积扇饮用水水源地为例,通过各因子的评价和叠加分析得到地下水水源地污染预警值,结果显示浑河冲洪积扇地区大部分水源地存在不同程度的污染警情。研究结果可为当地地下水水源地保护提供依据。