汉江流域引调水工程及水库统一调度模型研究

针对汉江流域调度对象多、调度规则复杂的问题,建立了汉江流域引调水工程及水库统一调度模型。模型将汉江流域概化为由干支流控制性水库、引调水工程、沿线用水地市、控制断面组成的水资源调度系统。模型由信息服务模块、汉江干支流控制性水库群调度模块、汉江干流分段水资源调度配置模块组成,各模块间通过数据关联的形式进行耦合。模型采用模块化结构,可扩展性强,集成了最严格水资源管理制度中用水总量控制指标体系和水量分配方案等约束条件,可分河段、分区域实现水资源调度配置目标。模型对人工经验计算方式进行了优化,为规范化、智能化地开展汉江流域水资源调度管理提供技术支撑。     

南水北调调水水权区域间初始配置研究

为研究南水北调中线工程调水水权在省级用水行政区域(河南、河北、北京、天津)间的初始配置,建立了基于多层次多目标模糊优选模型。模型将水资源调配中利益协调的因素纳入水权配置的影响因素分析中,构建了多因素影响下的南水北调调水水权初始配置模型,并利用该模型对南水北调中线工程各地区的调水水权进行初始配置。结果表明,河南、河北、北京、天津4个受水地区的调水水权分配量分别为20.07亿,31.20亿,15.58亿m³和12.63亿m³。     

基于双层诊断优化的流域初始水权交互式配置

面向新时期实行最严格的水资源管理制度,以流域内区域及行业层面的水资源初始使用权(简称"初始水权")为主要研究对象,基于流域内不同行政区域之间(即第一层次)以及区域内不同用水部门或行业之间(即第二层次)的交互协商、协调可持续发展原则,构建双层诊断优化模型,将流域初始水权在第一层次、第二层次之间进行交互式分配。首先,建立流域经济社会综合效益优化函数,从经济、社会以及生态环境角度体现流域初始水权分配的整体目标;其次,在严格控制流域初始水权配置总量、流域允许最大排污权总量的基础上,建立流域第一层次的目标函数与诊断准则,促进流域内不同区域之间的公平、协调发展;再次,根据第一层次水权配置结果,提出流域各区域内不同用水部门或行业用水的优先序位规则,建立流域第二层次的目标函数与诊断准则,促进流域不同区域不同用水部门或行业之间的公平、协调高效用水;最终,在第一层次、第二层次多轮交互作用下,实现流域整体的综合效益最大化,体现流域初始水权分配中数量与质量的统一,消除流域内不同区域、不同用水部门或行业之间的用水矛盾、用水冲突。在此基础上,选择大凌河流域进行案例分析,将基于模型的水权分配方案与水利部试点方案对比分析,并为分配结果的差异化进行可行性分析,验证了双层诊断优化模型的有效性。     

汉江流域多水源多目标多工程联合调度模型研究

南水北调中线工程是我国水资源优化配置的一项战略性基础工程。该工程的兴建能够极大改善京津及华北地区水资源短缺的状况,但同时也会改变汉江流域的天然水文情势,造成流域外调水与流域内用水的矛盾,并且加剧流域内上下游间的蓄泄矛盾、河道内外用水及不同地区和部门间竞争性用水的矛盾等。着眼于全流域的水资源供需矛盾,综合考虑汉江流域内主要水源、主要用水单元及水利工程的运行及联合调度,建立了汉江流域水资源联合调度模型。利用该模型模拟了汉江流域典型年的水资源供需状况,为汉江流域水资源统一配置决策以及南水北调工程可调水量分析提供了方便实用的科学工具和仿真平台。     

水权与跨流域调水的法律思考

水资源归国家所有是当今世界的发展趋势，中国也不例外，在《宪法》和《水法》中都明确规定“水资源所有权属于国家”．在社会主义市场经济体制下，市场和政府是水资源配置的两条基本途径．市场是在已获得水权的用水户之间通过交易进行配置，而政府对水资源的配置(尤其是初始水权配置)起主导作用，主要表现在：政府有权代表人民行使水资源配置的权力；政府在配置水资源中起宏观调控作用；国务院水行政主管部门是水资源所有权的代表；政府配置水资源必须以所有权与使用权明晰为前提．跨流域调水是我国21世纪水利的一大特点，也是政府优化配置水资源的一项重要内容，但跨流域调水必须以水权为基础，综合考虑各方利益．     

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。     

水权分配法对调水的影响

本文为1986年“在北京召开的跨流域调水国际会议文集中”I nterbasinnWater Transfer in The unitedstates:Overview of The institutionalframework”一文的一节。文章介绍了美国水权分配的三种类型:占有准则,沿岸准则和行政配水法,并论述了水权分配法对跨流域调水的影响。     

对水资源配置的认识与思考

水资源配置包括两个阶段,即在考虑流域生态环境用水和流域公共用水的前提下,将流域可利用水资源量分配到流域内的各个区域;各省按照流域水资源配置的份额,在省内进行再配置.水权明晰后水资源配置要按照经过批准的流域水资源配置规划方案,建立适应社会主义市场经济体制要求和符合我国水资源特征的水市场,规范水权转让行为.做好水资源配置工作,要充分发挥流域机构在水资源配置中的主导作用,正确处理水资源配置与预测分析的关系,深入分析、研究和处理流域水资源配置的重大问题,认真做好协调平衡工作.     

基于改进破产规则和验证惩罚机制的流域初始水权两阶段优化分配方法

初始水权分配中，流域管理者与区域用水户之间存在不对称信息和不同的用水目标，往往导致水资源无法合理分配与高效利用。为提高初始水权分配与利用效率，从流域管理者角度，结合区域及行业用户需求、区域影响因子和行业影响因子，提出基于破产理论的初始水权优化分配框架，得到初始优化方案，进而依据奖惩规则制定监管机制，形成两阶段优化分配方法。将该方法应用于典型流域初始水权分配，并对机制实施与效果调研，结果表明，这一模型不仅可以提高水资源分配效率，还可以有效约束超额用水户行为，不断优化水资源配置效果与提高水资源的利用效率，从而支撑水资源初始水权的合理分配与有效监管。研究成果有利于流域管理者合理分配及利用水资源。     

基于多准则决策和博弈论的水权配置分析：以浙江省为例

【目的】水资源的配置是解决水资源冲突的一个重要途径。统筹考虑用水主体的社会经济发展和决策交互等情况,以期合理配置水权。【方法】以浙江省为研究区域,分别基于多准则决策来构建指标体系以及基于博弈论构建主从博弈模型进行水权配置,并联系实际情况对配置结果进行对比分析,探究两种方案的适用性。【结果】结果显示：两种方案总水权相同,博弈论方案用水总收益为65 167亿元,较多准则决策方案的59 649亿元提升了9%;两种方案在绍兴、金华和台州等城市的水权配置结果以及总收益十分接近,博弈论方案水权分配结果较符合各地区用水需求,多准则决策方案在衢州、湖州和丽水的水权分配远超其需水量。【结论】多准则决策方案在信息较少时可依据各项指标对水权进行粗略度量。构建的水权配置指标体系有其合理性,但定权及评价等还不完善,配置结果与实际需求存在差距。主从博弈模型能够有效调和不同层次的冲突,满足用水个体供水保证率,水权配置结果也更科学合理,可在一定程度上约束水资源的浪费和低效利用情况。研究对比分析了两种方案的水权配置结果,可为管理者进行水权分配科学决策提供一定参考依据。     

太行山区蓝水绿水沿垂直带演变规律及其归因分析

以太行山区(华北平原水源地,分属黄河流域和海河流域)为研究对象,建立了分布式水文模型WEP-L(Water and Energy transfer Processes in Large river basins),模拟了1980-2000年间山区的水循环过程,总结了蓝水(径流性水资源)和绿水的年际及随高程的变化规律。在此基础上,定量区分了研究区气候波动和土地利用/覆盖变化对蓝水与绿水变化的贡献。研究结果表明:(1)太行山两侧的蓝绿水变化具有明显的差异;海河片区蓝水呈增长趋势,绿水呈下降趋势;黄河片区蓝水呈减少趋势,绿水呈增长趋势。(2)太行山区蓝水资源量变化的主导因素是气候波动。(3)土地利用/覆盖的改变是太行山区绿水变化的决定性因素。植被增多可增加绿水资源的利用,但同时将明显减少对经济社会发展非常重要的蓝水资源量。因此,山区国土资源开发与空间优化须重点考虑蓝水和绿水的合理调控。     

跨流域调水工程水量配置与调度耦合方法研究

以实现外调水总量分配和工程运行调度的耦合为目标,通过构建外调水工程与本地水系统的整体框架,分析跨流域调水配置与工程调度的关系,建立从配置到调度的耦合模拟模型,提出从区域水量配置到工程调度的方案。在给出调水总量配置方案后,分析在工程运行约束条件下的水量配置实施过程,对不合理的水量配置进行检验反馈,通过外调水与本地水补偿配置调度耦合算法对可行的水量配置进行优化,提出区域工程调度方案。将模型应用于南水北调东线的外调水配置调度,结果表明:跨流域调水配置模型进行受水区水量分配,Res-Sim水力学模拟模型考虑不同输水工程段,两个模型通过渠段与受水区的关联建立了数据映射关系,实现了从配置总量到调度需求的耦合;耦合模拟模型可以将中长期尺度的配置成果和短期尺度调度模型有机结合,将配置成果分配到调水工程的工程节点,并对其运行进行优化。研究成果可以为水量配置和调度的集成化研究提供借鉴。     

金沙江流域蓝水绿水时空变化特征分析

在水资源评价与管理中,综合考虑蓝水绿水资源量有助于解决水资源短缺问题。利用SWAT模型、Mann-Kendall检验和Hurst指数,从时空尺度上分析了金沙江流域1961~2012年蓝水绿水资源量的变化特征。研究结果表明:近52 a来,金沙江流域多年平均绿水资源量是蓝水的1.4倍,全流域绿水资源量显著增加,增加幅度为4.9 mm/10 a,蓝水资源量增加趋势并不显著,增加幅度为0.8 mm/10 a;在空间上,绿水资源量呈现出显著增加的区域占全流域面积的36.6%,蓝水资源量呈现出显著增加的区域面积占比不到10%,金沙江中游和雅砻江流域秋季蓝水资源量的变化趋势与历史变化趋势一致,其他地区则是与历史变化趋势相反。     

区域外调水水权分配模型及应用

提出外调水水权分配的5项原则,以此建立外调水水权分配的多目标优化模型。该模型综合考虑了城镇生活、生产、生态用水,并且体现了水权分配的公平性、高效性、可持续发展等原则。通过确定各目标函数权重,将该多目标模型转化为单目标优化模型进行求解。目标函数权重的确定采用综合赋权法,应用熵权法确定各目标函数的数学权重,再结合决策者意向得出经验权重,最后通过线性加权得出综合决策的权重。该权重确定方法既尊重了客观实际又考虑了决策者的意向,使得模型应用更加灵活。最后,将该模型应用到大连市外调水水权分配中,结果显示该模型具有较好的实用价值,可以用来指导区域调水工程规划及水资源优化配置。     

生态水利与城市水资源科学配置

在综述了国内外有关生态水利研究的基础上，对生态水利的内涵、理论框架及实践原则进行了分析和阐述。对城市水资源的配置进行了分析，认为要把生态水利的发展观充分渗透到城市水资源配置的规划、设计、实施、管理各个层面，提出了基于生态水利思想的城市水资源科学配置的理论框架。     

基于SWAT模型的东江流域蓝水、绿水时空分布特征研究

基于SWAT(soil and water assessment tool)模型,对东江流域天然状态下的降雨径流过程进行模拟,进而评估流域蓝水、绿水的时空分布特征。结果表明:东江流域蓝水、绿水资源量都非常丰富,多年平均蓝水资源量274.67×108m3,绿水资源量178.72×108m3(主要以绿水流为主),蓝水资源是绿水资源的1.54倍。东江流域以蓝水为主的水资源构成体系主要是由流域湿热多雨的气候条件决定的。从时间变化来看,近年来东江流域蓝水资源、绿水资源、绿水流、绿水储皆无显著增加或降低趋势。从空间分布上来看,蓝水资源格局主要受降雨格局控制,而绿水资源不但受气候条件影响,还受流域下垫面的自然属性以及人类活动干扰,如土地利用方式、土壤类型等,分布格局较为复杂。     

我国水资源形势分析及对策

我国水资源先天不足,特别是华北、西北地区,人均占有量只有世界人均值的8%,不到全国人均值的30%,只有狠抓节水与开源,才能保证我国社会经济的可持续发展。节水在工业上重点抓防污与治污,在农业上重点抓灌水技术与渠系防渗,在生活上重点抓用水器具改造与创新,尽快把全国平均万元GDP用水从610m3降到150m3。开源有两种类型:一是开辟新水源,主要指海水代用、海水淡化、海冰利用;一是调节地区内或地区间的水资源,从时空上增加可供水量。文章重点分析了南水北调工程。从长远看,中线应延伸至三峡水库;由于中线水源得到强化,东线可考虑不再过黄河;西线应进一步优化线路,扩大后备水源,要把调水与“西电东送”及长江、黄河的综合开发与治理结合起来,统一规划。通过调水逐步形成全国水网,合理配置长江、黄河的水资源与水能资源。     

基于SWAT模型分析嘉陵江流域蓝、绿水资源量的时空变化特征

嘉陵江流域是成渝双城经济圈发展的重要水源区,其水资源状况的变化对实现我国新发展格局有重要影响。基于SWAT模型对嘉陵江流域水文过程进行模拟,探究了1981-2020年及典型年嘉陵江流域的蓝、绿水时空分布特征,采用Mann-Kendall(M-K)分析年际间蓝、绿水资源量的变化趋势。结果表明：流域多年平均降水量为931 mm,为蓝、绿水资源量之和,蓝水资源量多年均值为386 mm,占降水量的41.5%;绿水资源量多年均值为545 mm,占降水量的58.5%,1981-2020年流域降水量和绿水资源量总体呈增加趋势,蓝水资源量呈减少趋势。特枯水年、平水年、特丰水年的蓝水资源量分别为165.61、456.71和643.70 mm,绿水系数在典型年变化差异较大。空间上,流域内蓝水资源量、绿水资源量与降水量的分布特征相似,呈现从上游到下游先减小后增大、西少东多的空间格局。     

基于可变模糊集理论的跨流域调水工程 水资源优化调度

为实现水资源的高效利用, 对胶东调水工程进行水资源优化调度研究。基于受水区潍坊、青岛、烟台、威海等 4 市的实际配水量与社会经济指标分析, 利用可变模糊集理论, 建立地市外调水量可变模糊优选模型进行优化调配 系数计算, 优化调配 4 市外调水量, 并对优化后的外调水量与区域社会经济发展进行耦合协调度计算。以调水效率 最高为原则, 以 4 市缺水总量最小建立目标函数, 利用 Lingo 软件编程求解, 分别对平水年、枯水年、特枯年进行水资源优化调度。把基于调配水量调度与规划指标调度的结果进行对比分析。结果表明: 2 种调度结果均满足各分水口的最小需水要求; 外调水量的优化调配提高了胶东 4 市水资源与社会经济发展的耦合协调度, 调配水量调度后, 青岛市缺水率明显下降, 其他地市缺水率降幅则较小。     

金沟河流域水权分配及转让研究

为了合理利用金沟河流域水资源,更充分地发挥水资源的效益,本文以水权分配的公平、效率、可持续性原则为分配指标体系,运用灰关联评估对金沟河流域水权进行了分配。然而随着经济的发展,流域的水权需要转让,本文对金沟河流域农业水权的转让也进行了探讨。