气候变化背景下流域生态需水预估−以好溪流域为例

为探究未来气候变化对流域生态需水量的影响,保障河流生态需水量,针对好溪流域进行生态需水量计算 及预测。基于好溪流域气象数据及下垫面条件建立流域生态需水模型,并根据 GF1-WFV 遥感影像数据订正后的 地表反射率和作物种植结构提升模型模拟精度。选择 CanESM2气候模式下的 RCP2.6、RCP4.5 和 RCP8.5 这 3 种 排放情景,建立气候变化背景下流域生态需水预测方法,计算现状年并预测未来年份的生态需水量及生态需水保 障程度。结果表明,基于光学遥感影像进行数据订正后,模型模拟精度有所提升,率定期的模型精度 R2从 0.80 提 升为 0.85,验证期的 R2从 0.75 提升至 0.78。应用提升精度后的模型进行生态需水预测,在 RCP2.6、RCP4.5 和 RCP8.5 情景下,2025—2100 年的年均生态需水分别增加了 0.27 亿、0.21 亿和 0.29 亿 m3,其中 RCP8.5 情景下生态 需水保障程度最高,RCP4.5 情景下生态需水保障程度最低。     

黄河流域保护和发展存在的问题与对策

梳理了黄河流域生态保护和经济发展现存的主要问题:下游宽河段治理对策同水沙条件不适应,水沙调控体系的主体构架尚未形成,中上游区域经济发展基础差、生态环境恶劣且水资源短缺。基于前人与现状黄河治理思路,提出黄河治理的对策:①宽河段治理采用"两道防线"与生态治河结合方案,即运用长距离高浓度管道输沙技术等手段,重构"二滩"农业集成、高滩移民建镇的功能空间,将依托高标准堤防的高滩解放出来;采用预制板桩组合坝结构高标准修建控导工程与防护堤,以加强第一道防线建设,发挥控制流路、束流输沙的作用,保障"二滩"设防流量下不遭受洪灾,将河势调整作为上中游水库调度运用的子目标,通过河道工程引导河势与提升输沙能力,实现宽滩区有效利用、中水河势稳定控制与特殊洪水行洪都适应的良性治理目标。②尽早修建古贤与黑山峡工程,构建黄河水沙调控体系的主体水库,通过全河水沙调控防灾促进流域生态建设与区域经济协调发展,这事关人口集中贫困区、革命老区、少数民族聚集区的社会经济发展,事关西部经济振兴与国家生态、粮食、能源安全和社会稳定大局。③利用现代工程措施改变侵蚀基准面,把黄土高原水土严重流失区改造成错落有致的相对平原,辅以生物措施,大量拦减入黄泥沙量并持续发挥生态效益。④实施西线南水北调与藏水外调工程,解决黄河流域和华北地区水资源紧缺状况与生态环境严重退化的问题,为国家供水安全、能源安全、粮食安全、生态安全提供水资源保障,这(藏水济黄)是关系中华民族永续发展的根本大计。     

长江大保护与流域生态学

长江经济带发展的基本点是"共抓大保护、不搞大开发"。在梳理了长江流域主要生态环境问题基础上,从长江大保护的核心是统筹山水林田湖草、山水林田湖草生命共同体即是流域生态系统、流域生态系统是典型的集合生态系统的角度,论述了长江大保护与流域生态学的关系,并从科学研究、规划管理及教育宣传等方面展开思考提出建议,为实现长江大保护的国家需求提供服务。     

CMADS驱动SWAT模型在水循环模拟中的应用——以洱海流域为例

基于大气数据驱动水文模型的输出结果开展水循环模拟研究是大气和水文学界的研究热点。利用中国大气同化驱动数据集CMADS驱动SWAT模型,模拟2009～2016年期间洱海流域关键水循环要素的时空分布特征。结果表明:①CMADS数据集可很好地驱动SWAT模型,在洱海流域适用性较好,可用于水循环模拟研究。②从时间上看,洱海流域年降水量、实际蒸散和年产水量均呈现出先减少后增加的趋势,分别以4.6,29.3,15.0 mm/a的速率递增,多年平均降水量、多年平均实际蒸散发和多年平均产水量分别为792.8,565.5,286.1 mm。从空间上看,洱海西部降水最丰沛,东部地区次之,北部地区最低;实际蒸散发空间差异性相对较小,高值区主要分布于洱海湖区周围;产水量空间分布差异性较大,洱海西部产水量最大,其次为洱海北部和东部山区。③湿润度呈现出增加的趋势,而产水系数表现出减少的趋势,多年平均湿润度和产水系数分别为0.61和0.43;实际蒸散发与降水变化趋势一致,但与潜在蒸散发变化趋势相反,表明水分条件是限制洱海流域潜热的主要因子。     

基于DEA-Malmquist模型的用水效率综合评价研究

水资源利用的可持续性不仅有利于社会经济可持续发展,也有利于保障生态环境健康。为此,构建了全国七大流域(长江流域、黄河流域、珠江流域、海河流域、淮河流域、松花江流域和太湖流域)用水效率的DEA-Malmquist评价模型,并从静态和动态的角度对2008～2017年全国七大流域的用水效率进行了详细地评价分析。分析结果表明:(1)全国七大流域整体用水综合效率比较高,从分流域来看,水资源利用效率出现了明显的流域差异,其中淮河流域最高,而长江流域最低。(2)全国七大流域用水效率的增长主要受技术进步、规模效率和纯技术效率的负相关影响,其中规模效率对用水效率的制约作用最明显。研究成果对节水型社会的建设和水资源利用可持续性目标的实现具有指导意义。     

流域超标准洪水特点回顾性研究

流域超标准洪水是一种极端稀遇事件,现有研究严重不足。为认识其规律,以长江流域荆江河段、淮河沂沭泗流域和嫩江流域为主要研究对象,从暴雨、洪水和洪灾3个维度,回顾了历史上发生过的1153,1227,1560,1788,1860,1870年长江流域超标准洪水,1730,1957,1974年沂沭泗流域超标准洪水和1794,1998年嫩江流域超标准洪水,并分述了其特点。研究表明流域超标准洪水具有:(1)雨区广而稳、暴雨强度大、降雨历时长、累计雨量大等雨情特点;(2)空间遭遇恶劣、洪水峰高量大、高水位历时长等水情特点;(3)受灾范围广、灾害损失大、工程水毁重等灾情特点。研究成果对揭示流域超标准洪水内涵、指导超标准洪水"黑天鹅"事件应对、确保江河安澜具有重要的指导价值。     

澜沧江-湄公河流域可分配水量计算与水利益共享

与传统的水量分配相比,基于水利益共享的跨境水资源分配理念,由于其更能体现公平合理原则和流域可持续发展要求,自提出以来受到了广泛关注,但由于跨境流域的水利益计算和分配机制等问题非常复杂,为此开展了专项研究。结果如下:①针对跨境流域的可分配水量以及水利益计算等核心问题,以澜沧江-湄公河流域为例,阐释了澜湄流域可分配水量的计算过程,指出以往将流域多年平均径流量(入海口流量)作为流域可分配水量的误差之处;②针对跨境流域全流域水利益难以计算的问题,从流域的水资源开发利用或保护活动对水利益的影响角度,通过水利益的变化来度量全流域水利益和水利益分配,创新性地解决了跨境流域水利益计算的难题,并初步提出了基于水利益共享的水资源分配原则。研究成果将有利于推动基于跨境流域水利益共享理念的水资源分配模式的实施,实现跨境流域各国水利益共享,共同应对气候变化风险、保护河流健康和促进全流域水资源可持续开发利用,以澜湄水资源合作助推"一带一路"倡议。     

多水源河流生态补水优化配置模型与应用

生态需水不足是河流生态系统健康的重要制约因素。为了有效保障河流生态需水,构建了基于多水源的河道月尺度生态补水目标优化模型,并以滇池流域的宝象河为例,开展了案例研究。研究结果表明:①宝象河生态需水量为0.37亿m~3/a,以基本生态需水量为主,占比为94.3%,且具有显著的年内变化特征,因此生态补水应当考虑到比年更小的时间尺度;②在无补给和污水处理厂再生水两种情景下,宝象河无法满足生态需水的水量和水质要求,必须配合外流域调水;③多水源优化后,最优的再生水补给量和调水量分别为0.24亿m~3/a和1.37亿m~3/a,当前再生水补给在部分月份过剩(10月份),不利于流域水资源优化配置;④河流水质达标能够降低98.6%的生态补水,水质是影响生态补水优化配置的关键因素。     

应对长江口咸潮入侵的临界流量经验模型研究

1994年以来,长江口咸潮入侵严重威胁当地供水安全,随着长江上游水库群陆续建成,有关部门提出了通过上游水库群压咸调度保障长江口地区供水安全的方案。为明确压咸调度的目标流量(即临界流量),基于统计分析的方法,采用多元回归分析和主成分分析方法,选取实测站点数据建立了盐度-潮差-入海流量的相关关系统计模型,研究了咸潮发生的机理;通过模型分析多次咸潮入侵数据,确定临界流量为一个变化值,潮差290～335 cm下的临界流量在9 390～21 633 m³/s之间。研究表明,当长江口咸潮入侵时,单独依靠长江上游水库调度压咸所需的流量大,响应时间长,压咸效果不明显。因此,实际压咸调度应通过流域整体调度与本地蓄淡避咸水库共同作用应对咸潮入侵。     

三峡库区典型河段近岸波浪特征研究——以巫山大宁河为例

在三峡库区支流大宁河流域大昌镇河段开展近岸波浪的野外观测,利用高清数码相机和标尺观测了库区水位160 m时风浪、船行波的近岸波高。采用Minitab软件对1 000多组波高实测数据进行参数检验、Weibull分布拟合以及拟合优度检验,分析了近岸波浪的空间、频率特征。结果表明:由风力造成的波浪高度在0～5 cm范围内变动,且分布较均匀;船行波的高度在1～12 cm范围内变动;4组不同库岸的实测有效波高均与Weibull分布拟合较好。近岸船行波的波高集中在6～10 cm,占90%;近岸风浪波高集中在2～4 cm,占85%。该结果对三峡库区消落带的岸坡波浪侵蚀分析提供有效支撑。