北京市永定河与潮白河流域生态补水特征对比分析

生态补水是流域生态环境修复的重要内容,当前生态补水实践处于探索阶段,理论体系还不完善,且生态补水目标和方案制定依据在我国北方和南方地区存在一定差异.本研究通过梳理永定河和潮白河近年开展的生态补水过程,比较了生态补水的目的 与背景、补水水源、补水路径及补水效益等特征,总结了生态补水的发展趋势,即生态补水逐渐由单一水源补水向多水源联合补水演进、由单一补水目标向多目标综合补水演进、由单一路径补水向多路径联合调度演进、由单一补水效益向社会、经济、生态效益演进.最后从理论体系完善、实践经验总结及适应韧性城市建设等方面提出了未来生态补水工作的发展建议,为区域生态调度提供理论与技术支撑.     

城市内涝应对措施改善效果分析——以清河上清桥为例

近日,城市暴雨内涝事件日渐突显,城市内涝减控成为当今研究的热点和难点。以北京市典型积水区上清桥区域为例,构建城市精细化洪涝模型并验证了其适用性,模拟研究区在增设泵站、管网系统改建、低影响开发措施建设以及闸坝洪水调度4种内涝减控措施条件下的内涝改善情况。分析结果表明,增设泵站的改善效果最好,管网改建和海绵措施的改善效果相似,闸坝洪水调度改善效果最小;海绵措施建设在内涝积水面积方面改善效果显著;添设泵站和改建管网在内涝积水时间方面改善效果显著。     

典型低影响开发措施研究进展

低影响开发是海绵城市建设的核心,总结了绿色屋顶、植草沟和生物滞留槽等3项典型低影响开发措施的技术特点、实际效果与模拟研究进展,指导海绵城市建设中低影响开发措施的应用实践。主要结论如下:现有研究多为点尺度小范围研究,建议对各项措施的技术规格、适用性及实际效果进行全面系统地分析;应用推广较多,但缺乏实地效果监测与评价,有必要发展相关监测技术、设备,为低影响开发措施的径流减控与污染物削减效果评估提供支撑;由于监测工作的缺失,现有低影响开发措施的模拟结果大都缺乏实测数据的验证,影响到模型合理性与实用性评价,建议从实测数据详实的小尺度措施模拟开始,逐步进行低影响开发措施的模拟工作;为了合理设置低影响开发措施的组合,建议构建低影响开发技术优选体系。     

密云水库流域降水径流非平稳特征识别及归因

为更准确揭示和认识变化环境下密云水库流域水文过程的非平稳特征,选取该流域1960—2019年降水和径流资料,采用多种时间序列分析方法综合诊断其趋势、突变点和周期等非平稳特征并进行成因分析。结果显示：该流域降水变化主要表现出较明显的随机特性,径流相比降水的下降趋势更显著,且在1979年发生了向下跳跃的强变异;相比气候变异影响,人类活动是密云水库流域径流减少的主导因素;1980—1998年流域水土保持措施与水利工程兴建对径流变化的贡献率为-111.40%,抵消了气候变异11.4%的增水效应;1999—2019年,塘坝建造和用地类型转变对径流变化的贡献率为-66.60%,同时叠加气候变异-33.40%的减水效应,导致近20年来该流域径流呈现显著减少的态势。研究结果可为密云水库安全运行、洪水调度以及流域水资源管理决策提供科学支撑。     

考虑前期影响雨量的张家坟流域径流模拟与水资源量核算

考虑前期影响雨量的径流模拟可量化水资源形成过程,核算降雨水资源量,提升水资源精细化管控水平。以张家坟流域为例,构建新安江单区间和三区间径流模拟模型,并基于前期影响雨量进行频率分析,分析2021年“7·12”场次降水前期影响雨量值,调整模型参数模拟径流过程,实现水资源量核算目的。通过P-Ⅲ生成张家坟流域前期影响雨量值的频率曲线,建立土壤含水与前期影响雨量关系,分析不同前期影响雨量下径流影响,发现前期影响雨量与径流存在正相关关系。建立张家坟流域新安江单区间和三区间径流模型,根据前期影响雨量值调整模型K值和WM进行径流模拟,通过模拟结果进行张家坟降雨量、蒸发量、场次径流总量、河道汇入组成径流量及土壤入渗量核算。本研究提出基于前期影响雨量调整新安江模型参数模拟径流方法,实现对水资源量的分类、分区及分场次核算,为智慧水务下水资源精细化管控提供技术支持。     

基于水足迹的北京市水资源开发利用演变特征分析

考虑用水效率提升对不同时期用水定额的影响,核算了1988—2019年北京市水足迹变化过程,利用信息熵方法对比分析了实体水和水足迹用水结构的演变特征。结果表明：北京市实体水开发利用情势不断优化,呈现农业和工业用水量快速下降、生活和生态用水量显著增加的变化规律,形成了以生活用水保障为主、生态用水需求提升为辅的用水格局;北京市水足迹不断上升,商品贸易带来的虚拟水净输入极大缓解了北京市用水压力,但提高了北京市对虚拟水净输入的依赖程度,2015—2019年农业和工业虚拟水净输入在其水足迹中的占比都超过60%,水资源系统常年处于严重超载状态;实体水系统信息熵呈先增后减的态势,生活与生态用水已逐渐成为占绝对优势的用水类型,水足迹系统前期为熵增过程,随后趋于稳定,用水结构较为均衡。     

北京市水资源安全保障体系构建与建议

围绕城市水资源安全管控,从合理调控水资源-经济社会-生态环境复合系统角度,以及发挥水资源的供给保障、支撑调节及承载转化等功能方面,总结北京市构建了融合多源供给、兼容并蓄和精细调配的水资源安全保障体系.对照构建北京市4个中心战略定位新要求,为加强城市安全风险管控,提高城市韧性,从强化水的约束引领作用、增强资源保障的弹性适应性及提升水资源智慧化调配水平等方面给出了进一步提升水资源安全保障能力的对策建议,为未来城市规划和发展动力提供资源支撑.     

典型海绵设施水循环过程综合实验场构建

低影响开发（LID）是海绵城市建设的重要技术之一，常用的LID设施又称典型海绵设施。为了对典型海绵设施的降雨、入渗、径流、蒸发过程进行长期监测分析，丰富典型海绵设施水文过程与污染物迁移转化过程的研究内容，加深对海绵设施的水量、水质转化全过程的了解，在北京市西郊雨洪调蓄工程园区建立了一个典型海绵设施水文过程综合监测实验场。该实验场的研究对象包括透水铺装、生物滞留设施和绿色屋顶。主要介绍该实验场典型海绵设施的结构设计、水循环过程以及污染物削减过程监测系统构建等，可为类似研究提供参考。     

基于水影响评价的北京市海绵城市建设管控机制探讨

基于对北京市现有雨水管控体系的梳理,从内涵、内容及指标三个方面探讨了海绵城市与水影响评价的关系。结合当前营商环境改革要求,分析了基于水影响评价制度实施海绵城市建设管控的可行性。提出:将年降雨总量控制率、年径流污染物总量削减率、雨水资源利用率纳入水影响评价审批指标中,其中雨水资源利用率指标又以"灰绿比值"作为是否执行的依据,临界点值为1;结合水影响评价项目分类,建立海绵城市豁免清单,仅对建筑与小区、农林生态环境、市政工程、线性工程共四类建设项目进行管控,并将海绵建设内容纳入验收环节;结合北京国家海绵试点区实际情况,明确了基于水影响评价的海绵城市管控机制的近期和远期实施路径。     

基于多模型比选耦合的降水预测

变化环境下水文时间序列的模拟预测难度不断加大,以往研究大多聚焦在模型的不同组合尝试与应用探索,但缺乏针对不同组合模型适用性与稳定性的系统研究。选择经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）、总体平均经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition,EEMD）、改进的总体平均经验模态分解（modified ensemble empirical mode decomposition,MEEMD）和变分模态分解（variational mode decomposition,VMD）4种常用的分解算法,与多元线性回归（multivariable linear regression,MLR）、随机森林（random forest,RF）、BP神经网络（back propagation,BP）、卷积神经网络（convolutional neural networks,CNN）和长短期记忆神经网络（long short-term memory,LSTM）5种具有代表性的模型结合,构建20种基于“分解-预测-重构”模式的组合模型,并以华北地区密云、官厅两流域年和汛期降水为例,进行模型适用性与稳定性综合对比分析。结果表明：单一模型对密云流域年降水和汛期降水的预测结果优于官厅流域,但整体预测结果均不理想;结合分解算法后的组合模型预测结果明显优于单一模型,且该预测结果存在正负误差抵消现象,因此有助于进一步提高组合模型的整体预测精度;与基于EMD系列的分解算法相比,VMD算法对模型预测精度提升效果最显著,组合模型适用性和稳定性整体上表现为VMD-MLR＞VMD-LSTM＞VMD-BP＞VMD-CNN。