基于地下水陆面过程耦合模型的黑河干流中游耗水分析

耗水分析能够直接揭示水资源利用的本质, 蒸散发是流域尺度耗水的主体. 将一个典型的陆面过程模型和一个地下水模型紧密耦合, 从而在地下水模型中增加具有物理机理的蒸散发描述, 同时改进陆面过程模型中地下水的动力过程, 由此在发挥这两类模型各自优势的基础上, 构建了一个地下水-陆面过程耦合模型. 利用该模型模拟了黑河干流中游2008年逐小时的蒸散发过程. 结果表明: 黑河干流中游2008年总耗水量约为35.7×10⁸ m³, 耗水最大的地表类型是农作物为19.3×10⁸ m³、 裸地和戈壁为7.2×10⁸ m³、 草地为6.0×10⁸ m³、 稀疏植被为3.1×10⁸ m³, 其中, 不同地表类型的年蒸腾量分别为8.8×10⁸ m³、 0.02×10⁸ m³、 2.2×10⁸ m³以及0.4×10⁸ m³, 对应它们的年蒸散发强度分别为: 580 mm、 117 mm、 331 mm以及202 mm. 通过耗水平衡分析也得到2008年黑河干流中游地下水呈负平衡状态, 全年地下水超采约0.9×10⁸ m³, 其中区内地下水储量在7—11月间呈增加趋势, 其他各月呈减少趋势.     

新疆开都-孔雀河流域绿洲需水量与稳定性分析

水是绿洲存在和发展的核心, 干旱区绿洲稳定性与水密切相关. 根据2000-2009年资料, 采用蒸发系数法和定额法估算开都-孔雀河流域绿洲自然生态系统和社会经济系统综合需水量, 并对水资源约束条件下的绿洲稳定性进行初步探讨. 结果表明: 2000-2009年, 绿洲年均总需水量理论值约为54.80×10⁸ m³, 其中开都河绿洲总需水量约为20.55×10⁸ m³, 孔雀河绿洲总需水量约为21.90×10⁸ m³, 博斯腾湖区耗水量约为12.35×10⁸ m³, 与绿洲10 a平均供水量相比, 供需表现出极大地不平衡性. 水资源可承载绿洲面积(不含博斯腾湖)约为3139.66 km², 其中可承载灌溉地面积约为1395.41 km², 与绿洲10 a平均面积5 248 km²相比, 差别较大, 绿洲处于不稳定状态, 现状绿洲面积应适当收缩. 最后, 对博斯腾湖最低生态水位进行讨论, 初步把大湖最低水位定为海拔1 045 m, 小湖最低生态水位定为海拔1 046.5 m.     

塔里木河流域2001年四源一干河川径流运行分析

2001年塔里木河流域四条源流出山口天然径流量计266.5×10⁸m³, 比多年平均值多40.70×10⁸m³, 增加1%.源流区在进入塔里木河干流前总耗水量为220.0×10⁸m³, 与多年平均值比较多43.4×10⁸m³, 增加24.6%, 而入塔里木河水量为46.4×10⁸m³, 比多年平均4.12×10⁸m³减少1.64×10⁸m³.塔里木河干流龙头站--阿拉尔站2001年年径流量为45.72×10⁸m³, 接近多年均值46.00×10⁸m³, 属平水年.干流上游区间耗水量24.77×10⁸m³, 占阿拉尔站年径流量的54.2%; 中游区间耗水量1.94×10⁸m³, 占阿拉尔站年径流量的41.4%; 下游区间耗水2.025×10⁸m³(纯塔里木河水), 仅占阿拉尔站年径流量的4.4%. 2001年从开都河-孔雀河的博斯腾湖和塔里木河向下游绿色走廊的应急输水于11月16日水流到台特玛湖, 从而结束了塔里木河下游近30 a干涸的历史, 使下游绿色走廊恶化环境开始恢复.     

基于GMS的傍河应急水源地地下水资源评价

依据铜陵太平－钟仓应急水源地水文地质条件构建水文地质概念模型.在此基础上,利用三维可视化软件GMS建立水源地地下水流数值模拟模型,并对模型进行了识别和验证.模型模拟期为一个应急供水周期180 d（2017－01～2017－06）,水源地开采层位为承压水.模拟结果表明：在采用均匀布井方案和限定开采井水位降深不超过承压含水层顶板的条件下,水源地允许开采量为11.94×10⁴ m³/d,达大型水源地规模（5×10⁴ m³/d<允许开采量<15×10⁴ m³/d）;水源地承压水在应急开采条件下,激发了长江侧渗补给量,袭夺量占水源地开采总量的27.82%.同时,通过模型模拟数据对傍河水源地地下水与地表水转换规律进行了初步探讨.     

河西走廊疏勒河流域出山径流变化规律及趋势预测

依据甘肃省河西走廊疏勒河流域1956-2013年水文站实测及水文调查资料, 对流域出山径流的年内、年际变化进行统计分析, 并用坎德尔秩次相关法等检验流域径流变化趋势. 结果表明: 1956-2013年多年平均出山径流量为11.6679×10⁸ m³; 汛期集中在6-9月, 各河流来水量占年来水量的35.9%~78.7%; 地下水补给平均占径流量的40.46%; 出山径流年际变化相对稳定, 趋势表现为持续性上升的特点. 未来2014-2018年疏勒河干流出山径流为偏丰, 年平均径流量预计为13.01×10⁸ m³.     

甘肃河西石羊河流域出山径流分析及来水预测

径流量是水资源规划、利用、管理、调度的重要依据。根据石羊河流域的实测径流资料统计分析得到：流域地表水资源量为15.52×10⁸ m³;流域各代表站出山径流的C_V值在0.15~0.35之间,年极值比在1.77~14.20之间,呈现出从西向东逐渐增大的空间分布特性。运用加法模型对石羊河流域径流量进行预测,结果表明未来4年内为丰水年。     

基于高分辨率格点数据的2008-2013年青藏高原面雨量特征

基于中国自动气象站与CMORPH降水产品融合的0.1°×0.1°高分辨率逐时降水量网格数据集以及气象站点日降水的实测资料,对青藏高原面雨量的空间分布做了研究,并运用线性分析法对青藏高原季节面雨量和逐时面雨量的年际变化做了分析。结果表明：（1）0.1°×0.1°高分辨率格点降水数据能够准确地反映青藏高原面雨量的空间分布特征,东南缘的降雨量远大于西北部。格点数据与站点数据之间偏差率小于20%的站点占到站点总数（84个）的65.48%,相关系数大于0.9的站点有48个。（2）2008-2013年青藏高原总面雨量的年均值为133.42×10¹⁰ m³,夏季面雨量最大,占到全年面雨量的51.48%。四季面雨量均呈增长趋势,春、夏、秋、冬的线性倾向率分别为0.40×10¹⁰ m³·a^-1、3.11×10¹⁰ m³·a^-1、1.30×10¹⁰ m³·a^-1和0.92×10¹⁰ m³·a^-1。（3）面雨量峰值出现在19：00-20：00（北京时间,下同）,面雨量增多的时间出现在17：00-02：00。     

基于生态经济功能区划的玛纳斯河流域生态服务价值评价

利用遥感和GIS技术, 对玛纳斯河流域及不同生态经济功能区1958-2006年的土地利用变化进行了分析, 并借助Costanza评估模型探讨了研究区及不同生态经济功能区的生态服务价值变化特征.结果表明: 在1958-2006年期间, 流域生态服务价值从22 130.86×10⁶元下降到16 050.45×10⁶元, 净损失6 080.41×10⁶元.研究区各土地利用类型的生态服务价值系数接近于区域真实值, 结果可信.流域不同生态经济功能区的生态服务价值存在明显的时空变化; 基于不同生态经济功能区的生态经济特点和生态问题, 提出相应的生态恢复策略以提高流域总的生态服务价值, 对实现该区的可持续发展具有重要意义.     

水权交易中第三方回流效应分析 ——以张掖市甘临高地区为例

水权交易是提高水资源配置效率和利用效率的有效途径,但交易过程中第三方回流效应的存在是对水权市场的严峻挑战。如何解决这种第三方效应问题是完善水市场、提高水资源使用效率的关键。根据设计的张掖市甘临高地区可能实现的水权交易情景模式,测算了实际水权交易运行中回流效应的大小;设计一种水权交易比率制度,并使用MATLAB仿真模拟平台进行一般水权交易和水权交易比率制度的模拟。结果表明：农业部门内部水权交易回流效应主要受到交易水量规模的影响,当取最大可交易水量30%、50%和80%时,盈科灌区-骆驼城灌区水权交易引起鸭暖灌区的第三方回流效应分别为-5.97×10⁶ m³、-9.95×10⁶ m³和-1.59×10¹¹ m³,市场规模越大,第三方回流效应越大;水权交易比率制度下的用户用水总效益为1.09×10⁹元,比水权交易的初始分配状态用水效益7.51×10⁸元提高3.41×10⁸元。对比表明水权交易比率制度可以在避免第三方回流效应的同时可以提高水市场的用水效益。     

基于SWAT模型的格尔木河径流演变特征研究

我国西北旱区生态环境脆弱，是全球气候变化的敏感区域之一。近几年来，在全球暖化的大环境下，区域地表水产流机制改变诱发的水文与生态问题越发突出。本文以青藏高原北部极端干旱的格尔木河流域为例，利用SWAT建立流域主要产流的山区地表水文模型，结合区域水文资料等定量研究格尔木河径流演化及其渗漏补给地下水的时空演变特征。结果表明，在1976～2014年期间格尔木河出山口径流量呈递增趋势，年增长率达0.38 (m³·s^-1)·a^-1,多年平均径流增量约1.66×10⁸ m³,且夏季径流量增加较冬季更为显著。降水和温度是影响流域山区地表产流量增加的主要气象因子。流域出山口径流量的增加改变了盆地内地表径流入渗补给地下水的条件，格尔木河多年平均渗漏补给地下水量为9.89×10⁸ m³。河流渗漏量的递增会打破区域地下水系统平衡，诱发一系列水文生态问题，威胁区域可持续发展。本研究可为我国应对全球气候变化带来的旱区水资源和生态环境挑战提供科学支撑。     

干旱区水资源合理配置模式与计算方法

提出了西北内陆干旱区水资源合理配置的模式与计算方法。针对生态环境脆弱的干旱区水资源利用特点,基于水资源二元演化理论与方法,保持水土平衡、水量平衡和水盐平衡,以空间配置、时间配置、用水配置、水源配置、管理配置为基本模式;从实际情况出发,以水定发展指标,提高水土资源的匹配效率,以流域为单元合理安排生态环境用水与经济发展用水,在此基础上建立了干旱区水资源合理配置模型。定量计算表明:其809亿m3的径流性水资源中,直接留给天然生态的水量有302亿m3,加上126亿m3回归水的间接支持,可供生态系统消耗的水资源达428亿m3,相对于385亿m3的现状生态需水,除黑河和石羊河流域外,生态系统的需水基本上能得到满足。     

西北地区水资源可利用量与承载能力估算

界定了水资源可利用量和径流口径生态需水的概念。对西北地区的径流口径生态需水和水资源可利用量进行估算。西北地区水资源总量为1638 5×108m3,但需净出境水量为411 9×108m3,实有水资源总量为1226 6×108m3,径流口径生态需水量为454 4×108m3,除去保留给生态的生态需水、偏远封闭流域难以利用的水量,人类可以消耗利用的可利用量有742×108m3,其中黄河流域可利用量为187×108m3,西北内流区当地可利用量为555×108m3。建立了水资源承载能力优化计算模型,估算西北地区的水资源承载能力,并建议用水资源承载能力图谱表示水资源承载能力。在人均GDP每10年翻一番、水资源利用效率每年提高7%的条件下,西北地区水资源承载能力2010年为11310万人,2020年为12019万人,2030年为12733万人。     

生态需水的概念及其计算方法

论述了生态需水的概念,从生态需水量的基本原理出发,探讨了各类生态需水量计算的框架。以渭河为例,估算其多年平均河道内生态需水为3980亿m3。并对未来生态需水研究趋势进行了展望。     

基于模拟-优化模型的山东羊庄盆地地下水可开采量研究

为了准确量化与优化地下水水源地开采量,在分析山东羊庄盆地水资源分布特点、开发利用现状及存在问题的基础上,以区域经济发展和水资源可持续利用为前提,通过地质、水文地质资料的整理分析,建立起整个盆地地下水流概念模型;采用Visual Modflow模拟软件,并与优化模型软件Ground-Water Management Process(GWM)相耦合,以水源地开采量最大为目标,以水位不低于限定的控制水位为约束条件,评价出盆地最大可开采量为5 730万m^3/a;进而确定出宋屯、后石湾、南庄、魏庄、西石楼、许坡、龙山头、羊庄、东于、段庄以及王杭水源地的优化开采量分别为0.18万、1.40万、2.56万、1.86万、3.80万、1.70万、0.40万、0.40万、0.50万、1.40万和1.50万m^3/d。     

黑河下游额济纳绿洲土地生产潜力的动态变化及影响因素分析

在通过Visual MODFLOW软件模拟地下水位的基础上, 采用GIS技术进行栅格运算, 把影响土地生产潜力的各个因子作为"修正"系数, 运用逆向因子修正法分析黑河下游土地生产潜力的变化.在计算不同影响因素组合条件下土地生产潜力的同时, 结合不同的分水方案, 对各影响因素进行分析.结果表明: 在狼心山来水量为7.5×10⁸m³·a^-1时, 区域的水分有效系数整体增加, 植被覆盖度增大, 土地生产潜力大幅度提高, 能有效改善当地的生态环境.与现状相比, 在来水量为2.5×10⁸m³·a^-1时, 东河下游的水分有效系数出现降低的情形; 在来水量为5.0×10⁸m³·a^-1和7.5×10⁸m³·a^-1 时, 其水分有效系数均显著增加. 通过对影响因素的剖析有利于预警当地荒漠化发展的趋势, 进一步建立土地沙漠化的判别指标体系, 从而为黑河流域的土地生产服务.     

塔里木河中游滞洪区的形成及其对生态环境的影响

塔里木河位于我国新疆内陆干旱区,是我国最大的内陆河,全长1321km.近40a来,在阿克苏河、叶尔羌河、和田河、开都河 孔雀河四条源流出山口天然来水量未减少,且在20世纪90年代增加7%的情况下,由于源流区人类活动的影响和粗放型农业,补给塔里木河水量以年平均2500×10⁴m³的速率减少,加之中游区新生滞洪区耗水严重,进入下游的水量锐减.20世纪70年代以来又被大西海子水库几乎全部拦蓄,导致最下游320km河道断流近30a,地下水位下降,植被衰退,沙漠化进程加快,"绿色走廊"危在旦夕,生态环境恶化,已影响到流域人类的生存安全.     

干旱区内陆河流域的生态安全与生态需水量研究——兼谈塔里木河生态需水量问题

结合对干旱区生态安全和生态需水量关键科学问题的探讨,提出干旱内陆河流域生态脆弱区的生态安全分析是以水过程研究为核心的,水文过程控制着生态过程,对流域生态系统的稳定性有着直接影响,而水资源开发利用和水循环对生态系统功能有重要影响,天然植物恢复和生长的合理地下水位的研究是确立生态需水量的基础.并实证分析和计算了维系塔里木河生态安全的生态需水量,塔里木河干流现状生态需水量为31.74×108 m3,其中,上、中、下游分别为9.95×108 m3、18.47×108 m3和3.32×108 m3.     

南水北调对长江口粗颗粒悬沙来量的影响

探索了长江南水北调占总径流量10%情况下对长江粗颗粒悬沙(≥0.05mm)入海数量变化的可能影响。研究表明:南水北调对入海细颗粒泥沙的影响主要为南沙北调,但数量较小,在1%左右,而对粗颗粒悬沙的影响主要表现在入海流量减少导致的水体挟沙能力的降低。通过建立大通站典型枯水年(1978),平水年(1987)及洪水年(1983)月平均流量与月平均床沙质输沙率相关曲线,估算出各典型年在典型流量23000m3/s,30000m3/s与40000m3/s水平下调水流量3000m3/s时导致的入海床沙质输沙率的变化。结果表明,输沙率的相对变化在-39%至-24%之间,且在较高的流量水平下,输沙率相对变化较小,但绝对变化增大,经大通入海的床沙质数量每年约减少2350～4700万t.