典型喀斯特地貌空间配置的洪水资源化机理——以贵州省为例

洪水资源化是解决喀斯特地区水资源严重缺乏的有效途径。文章在贵州省喀斯特地区选取40个流域作为研究样区,利用面向对象技术的监督分类型方法,提取典型喀斯特地貌类型;分析流域样区特征,利用系统聚类法,将其划分为6种流域类型,即是：喀斯特低中山型（Ⅰ）、峰丛谷地型（Ⅱ）、混合型（Ⅲ）、峰林盆地（溶原）型（Ⅳ）、峰丛洼地型（Ⅴ）和峰林地貌型（Ⅵ）;利用相关分析方法,分析不同地貌空间配置对洪水径流特征的影响,探索地貌空间配置对洪水的分配与承载规律,从流域结构角度研究地貌空间配置对洪水资源化的实现。研究表明：1）洪水径流模数、径流系数及其C_v值曲线呈现“双峰型”分布,且分别在峰丛谷地型流域（Ⅱ）和峰丛洼地型流域（Ⅴ）达极大值;2）不同流域类型实现洪水资源利用总量,从大到小排序为：Ⅴ（6.22×10⁸ m³）>Ⅰ（2.88×10⁸ m³）>Ⅵ（1.49×10⁸ m³）>Ⅱ（1.34×10⁸ m³）>Ⅳ（1.25×10⁸ m³）>Ⅲ（0.55×10⁸ m³）;3）除峰丛谷地型（Ⅱ）和混合型（Ⅲ）流域外,所有流域类型的地下洪水资源总量大于地表洪水资源总量。喀斯特流域的洪水资源化,深受喀斯特地表的起伏及其流域侵蚀基准面和溶蚀基准面的控制。     

近50 a博斯腾湖逐年水量收支估算与水平衡分析

据博斯腾湖流域1958-2010年期间主要河流开都河、黄水沟、清水河、孔雀河的逐年流量资料,结合焉耆盆地降水、蒸发要素的同期观测资料,对大湖区的逐年水量收支进行计算,并依据水量平衡原理对博湖大湖区残差水量进行了逐年分析。结果表明：（1）1958-2010年期间年均入湖水量14.34×10⁸ m³/a,其中入湖河水约占95%;年均输出水量13.96×10⁸ m³/a,其中大湖区输入孔雀河水量约占43%,湖面蒸发耗水量占57%;湖区年均蓄水量71.57±3.92×10⁸ m³10⁸ m³/a,湖水年均水位为1 047.01±0.94 m;（2）极端水文年度水量平衡分析指出：1986年为最枯年份,入湖河水是多年平均值的62%,而出湖河水量是多年平均值的153%,导致年内湖区水位下降0.94 m;2002年最丰年份入湖河水是多年平均值的2.6倍,致使年内水位上升0.80 m;（3）残差水量逐年“正负”变化指出,湖水与地下水之间存在互补关系,过去53 a间湖水补给地下水的年均水量为0.87×10⁸ m³/a。     

土库曼斯坦水资源现状及利用问题

土库曼斯坦地处亚洲中部干旱区西南部,沙漠广布,水资源短缺,是阿姆河等跨界河流水资源的主要消耗区,水资源利用问题及矛盾十分突出。开展该国水资源及其开发利用研究,对研究跨界河流及极度干旱区水资源可持续利用具有重要的借鉴意义。土库曼斯坦是中亚水资源总量最少的国家,河流多数跨界,出入境水量约为233×10⁸ m³,可利用水量远大于国内水资源总量,其中地表水资源总量约为9.39×10⁸ m³,地下水可开采量为5.69×10⁸ m³,而该国最主要的水利工程——卡拉库姆运河调来了阿姆河近1/3的水量,增加了灌溉面积。在水资源利用中,实际用水量的90%以上被用于农业灌溉,工业用水占7%左右,城市生活用水占2%。土库曼斯坦水资源主要靠调水工程和灌渠从界外引入,由于缺乏技术和资金支持,基础设施老化、管理混乱、水资源纷争复杂多变等水资源利用问题十分突出。在全球变化背景下,土库曼斯坦应加强在水资源的合理配置与高效利用、水资源国际合作等方面的工作,合理开发利用水资源。     

基于遥感和SEBAL模型的塔里木河干流区蒸散发估算

运用1985 年、2000 年和2010 年遥感资料与SEBAL 模型估算了塔里木河干流区蒸散发。结果表明：该区蒸散发量较大,介于0~5.11 mm/d之间;靠近河道区蒸散发明显大于远离河道区;各土地利用/覆被类型蒸散发大小依次为：水体> 耕地> 林地> 草地> 未利用地> 居工地,主要与其植被覆盖度和水分供给条件有关;而日总蒸散发大小顺序为：草地> 未利用地> 耕地> 林地> 水体> 居工地,这与各土地利用/覆被类型面积密切相关。在1985-2010 年间,塔里木河干流区日总蒸散发量先减小后增大;上游平均日总蒸散发量为中游和下游的1.27 倍和1.42 倍。2000 年塔里木河干流区日总蒸散发比1985 年减少了6.80×10⁴ m³,原因是中游和下游日总蒸散发减小,而上游日总蒸散发量却增加了3.02×10⁵ m³。2010 年干流区日总蒸散发比2000 年高6.78×10⁵ m³,其中上游和中游日总蒸散发量增加了1.19×10⁶ m³,而下游却降低了5.16×10⁵ m³,主要受中上游地区绿洲耕地面积扩张,水资源开发量过大,下游来水量减少的影响。     

不同水平年塔里木河流域“四源一干”可承载灌溉面积研究

利用水量平衡原理,基于流域水资源量及水资源利用水平、灌溉定额等资料,计算探讨了塔里木河流域“四源一干”现状水平年（2010年）和规划水平年（2020年、2030年）可承载灌溉面积、不同来水频率下规划年灌溉面积超载和生态水保证情况。结果表明：（1）现状水平年,流域可承载灌溉面积为129.06×10⁴ hm²,除和田河流域外其它区域均超载,超载面积为41.7×10⁴ hm²。（2）2020年,25%来水频率下,除开都-孔雀河流域其他区域均不超载。在50%与75%来水频率下,流域规划灌溉面积超载较大,分别为10.21×10⁴ hm²与28.05×10⁴ hm²,管理部门应对规划方案进行科学论证。75%来水频率下,流域生态水保证率为76%,表明枯水期生态水供应存在压力。（3）2030年,25%来水频率下,除开都-孔雀河流域其他区域均不超载。在50%与75%来水频率下,流域规划灌溉面积超载较大,分别为7.06×10⁴ hm²与24.09×10⁴ hm²。75%来水频率下,流域生态水保证率为81%,表明枯水期生态水供应仍然存在压力。研究结果为流域水资源配置及区域可持续发展提供了重要数据支撑与理论依据。     

产量红线与耕地红线耦合研究

基于实际粮食产量与抛荒耕地种植粮食作物条件下粮食总产量关系的分析方法有助于促进耕地红线制度改进。依据全国粮食总产量、种植面积与耕地面积数据,构造2016-2033 年粮食产量与耕地面积红线耦合的基本、法定、过渡、新型与理想耦合红线标准;分析阶段性耦合与可持续耦合两种升级路径。研究表明：2001-2015 年,全国耕地面积与粮食产量耦合不足。据此,提出以新增建设用地指标与抛荒治理面积挂钩的政策建议;在抛荒比例11.12%的条件下,新增单位面积建设用地,治理28.85 倍抛荒耕地;2017、2021、2025、2029、2033 年分别实现有效利用1.200×10⁸ hm²、1.243×10⁸ hm²、1.279×10⁸ hm²、1.314×10⁸ hm²、1.349×10⁸ hm² 耕地,粮食总产量分别比基期增加4.838×10⁶、2.4190×10⁷、4.354 2×10⁷、5.321 8×10⁷、8.824 6×10⁷ t;红线耦合系数分别达到0.882 471、0.909 740、0.937 008、0.950 643与1;有效利用耕地增加12.5%,粮食总产量提升14.2%。     

近50 年来天山地区典型冰川厚度及储量变化

冰川储量变化与冰川水资源量变化以及冰川对河川径流的贡献量密切相关。在GPR-3S技术支持下, 本研究基于雷达测厚数据、不同时期的高分辨率遥感影像、地形图及实测资料, 分析了天山三个典型地区四条代表性冰川近期厚度及储量变化特征, 并通过对比探讨了造成变化差异的可能原因。结果表明, 1962-2006 年乌鲁木齐河源1 号冰川厚度平均减薄0.15m a^-1, 冰储量亏损26.2×10⁶ m³, 冰川末端平均退缩3.8 m a^-1;博格达峰南坡的黑沟8 号冰川在1986-2009 年间, 冰舌平均减薄0.57 m a^-1, 冰储量损失了25.5×10⁶ m³, 末端平均退缩11.0 m a^-1;位于博格达峰北坡的四工河4 号冰川在1962-2009 年间冰舌平均减薄0.32 m a^-1, 冰储量亏损14.0×10⁶ m³, 末端平均后退8.0 m a^-1;1964-2008 年间, 托木尔峰青冰滩72 号冰川冰舌平均减薄0.22 m a^-1, 由此至少造成冰储量亏损14.1×10⁶ m³, 末端退缩达40.0 m a^-1。对比分析显示, 青冰滩72 号冰川消融退缩最为强烈, 黑沟8 号冰川次之, 与乌鲁木齐河源1 号冰川、科其喀尔冰川相差不大, 稍大于四工河4 号冰川和哈密庙尔沟冰川。这种差异可能与区域气候变化和冰川物理特征有直接关系。     

塔里木河流域土地开发的生态响应研究

60 a来塔里木河流域耕地面积净增100×10⁴ hm²,在流域内部形成众多生态环境安全问题。通过选取水资源生态环境指数、社会生态环境指数和生态环境压力指数,运用ESDA空间分析方法和GWR模型对塔里木河流域35 a间土地开发与生态时空演变特征和空间响应关系进行研究,构建"土地开发-生态风险预警"模型,得出以下结论：1980-2015年克孜勒苏州和喀什地区生态等级正向转移比例较大,有84.86%的比例由较低等级（I）正向转移为低等级（Ⅱ）;和田地区的克里雅河流域,阿克苏北部区域以及塔里木河末端且末县等级退化严重,负向转移比例23.46%。和田、阿克苏、喀什地区每增加1.0×10⁴ hm²未利用地开垦规模,综合生态环境分值下降0.60到0.35,而克孜勒苏州则上升1.3~2.1;上游喀什与中游阿克苏两地区每1.0×10⁴ hm²生态退耕,每年将分别化解32.06×10⁴ t和15.60×10⁴ t化肥污染压力。阿克苏地区与巴音郭楞州土地开发生态风险达到环境资源承载力指数的75%以上,预警程度超过Ⅱ级,而克孜勒苏州土地开发处于生态安全范围。每1.0×10⁴ hm²未利用土地开发,全流域风险指数增长均值为0.003 4,下游巴音郭楞州在增加15×10⁴~20×10⁴ hm²耕地后,生态风险将逼近并超过环境预警界限,上游克孜勒苏州将在15 a之后进入中度警告阶段。     

河西走廊中段临泽绿洲水资源供需平衡及承载力分析

水资源管理制度改革及种植业结构调整是提高西北干旱区绿洲水资源承载力的有效途径。结合2000-2015年临泽绿洲地表水与地下水资源利用、种植业分布格局、水利设施建设等资料,采用水资源承载力平衡指数（IWSD）和地下水开采潜力指数分析了临泽绿洲水资源供需平衡的年际变化,并利用适宜灌溉规模对绿洲水资源最大承载力进行了研究。分析得出：2000-2015年期间,在P=50%来水情况下仅蓼泉和板桥灌区能维持水资源供需平衡且地下水开采不超过最大允许开采量;受水资源管理改革、种植业结构调整等因素影响,绿洲单位面积耗水量下降0.35×10⁴ m³·hm^-2;优先保证绿洲内部生活、工业及生态用水,2020年规划下可承载灌溉面积为（3.51～3.91）×10⁴ hm²。适当缩减绿洲边缘灌溉面积,协调各灌区井渠灌溉是实现绿洲“水-生态-经济”可持续发展的有效途径。     

三峡水库不同调度方式运行期洞庭湖区的水情响应

运用1951-2002 年典型年实测原型水文资料,对比分析2003-2010 年三峡水库不同调度方式运行期对洞庭湖区水情的影响,结果表明：(1) 影响时间为每年5 月25 日-6 月10 日、7 月1 日-8月31 日、9 月15 日-10 月31 日、12 月-次年4 月,其中枯期补水调度的影响不很敏感;(2) 预泄调度,平水年径流有所增加,平均水位、最高水位均有上升。丰、枯年影响期径流增加平均值40.25 ×10⁸ m³;平均水位抬高平均值1.06 m,最高水位壅高平均值1.06 m;(3) 蓄洪调度,平水年洪水量稍有上涨,枯、丰年影响期洪水减少平均值444.02 × 10⁸ m³,平均洪水位降低平均值2.64 m,最高洪水位降低平均值1.42 m;(4) 蓄水调度,除平水年影响期径流增加、水位稍有壅高外,枯、丰年影响期径流减少平均值185.27 × 10⁸ m³,平均水位降低平均值3.13 m,最高水位降低平均值2.14 m;(5) 补水调度,平、丰年影响期径流减少平均值337.7 × 10⁸ m³,平均水位降低平均值1.89 m,最高水位降低平均值2.39 m,但枯水年影响期径流量增加、平均水位与最高水位稍有抬高。关键词：长江三峡水库;调度方式;洞庭湖区;水情变化     

The driving force of water resource stress change based on the STIRPAT model: take Zhangye City as a case study

A prominent contradiction between supply and demand of water resources has restricted local development in social and economic aspects of Zhangye City, located in a typical arid region of China. Our study quantified the Water Resource Stress Index(WRSI) from 2003 to 2017 and examined the factors of population, urbanization level, GDP per capita, Engel coefficient, and water consumption per unit of GDP by using the extended stochastic impact by regression on population,affluence and technology(STIRPAT) model to find the key factors that impact WRSI of Zhangye City to relieve the pressure on water resources. The ridge regression method is applied to improve this model to eliminate multicollinearity problems. The WRSI system was developed from the following three aspects: water resources utilization(WR), regional economic development water use(WU), and water environment stress(WE). Results show that the WRSI index has fallen from 0.81(2003) to 0.17(2017), with an average annual decreased rate of 9.8%. Moreover, the absolute values of normalized coefficients demonstrate that the Engel coefficient has the largest positive contribution to increase WRSI with an elastic coefficient of 0.2709, followed by water consumption per unit of GDP and population with elastic coefficients of 0.0971 and 0.0387, respectively. In contrast, the urbanization level and GDP per capita can decrease WRSI by-0.2449 and-0.089, respectively. The decline of WRSI was attributed to water-saving society construction which included the improvement of water saving technology and the adjustment of agricultural planting structures. Furthermore, this study demonstrated the feasibility of evaluating the driving forces affecting WRSI by using the STIRPAT model and ridge regression analysis.     

水资源控制下西北干旱区城市发展模式研究

本研究利用经典的IPAT模型,定量分析了水资源消费量与产业结构之间的关系,通过优化建模软件lingo10.0,获得在不同控水条件下,水资源消费量与产业结构之间的关系。在上述研究的基础上,以石羊河流域武威市为例,设置9种不同的发展情景,分析了在何种情景下最有利于减缓水资源消费需求。结果表明:在加速经济增长、合理调整产业结构、加强节水的强控水措施下,最有利于实现武威市经济与水资源消费稳步发展,此时武威市2015年的水资源消费量为148 384.10 m3,地区生产总值为3 584 787.01万元。     

武威绿洲城镇化的生态效应情景分析

绿洲是人地关系地域系统研究的典型地区,城镇化是影响绿洲生态系统稳定性的重要人类活动之一,选择合理的城镇化模式对绿洲地区可持续发展至关重要。本文以石羊河流域武威绿洲为研究区,采用情景分析方法,对该地区常规城镇化和快速集约型城镇化两种情景的生态效应展开系统动力学模拟。结果表明：在快速集约型城镇化情景下,到2025年,武威绿洲年农业用水将控制在6×108 m3以内,相比目前水平可节约3×108～4×108 m3,生产和生活对生态用水的占用也将相应减少,年总用水量将控制在8×108 m3以内,水资源供需矛盾可得到缓解,下游民勤绿洲生态退化可得到有效控制;而在常规城镇化情景下,水供需矛盾将继续恶化,无法遏制石羊河下游生态退化趋势。因此,快速集约型城镇化模式是维持武威绿洲及石羊河流域生态系统稳定性的可取城镇化模式之一。     

武威市城镇化与水土资源效益协调性分析

以武威市各县区为研究区域,利用2000、2005、2010年土地利用图和统计数据,构建了城镇化水平与水土资源效益协调发展的综合评价指标体系。在分别运用熵值法和基于熵权的TOPSIS法计算了城市化水平与水土资源效益指数的基础上,利用耦合协调度模型测算了城镇化与水土资源效益的耦合度和协调发展度。结果表明：2000、2005、2010年武威市各县区城镇化水平逐步提高,但是基本都处于城镇化滞后的水土资源利用模式,水土资源效益呈现出不同的变化特征,其中凉州区、民勤县水土资源效益值逐步提高,古浪县、天祝县水土资源效益值逐步降低;武威市各县区城镇化水平和水土效益耦合处于颉颃阶段,协调发展度水平整体不高,但呈逐步上升趋势,协调发展类型逐步从失调向协调发展。     

西北干旱区水资源约束城市化进程的定量辨识——以甘肃省武威、张掖市为例

加快西北干旱区的城市化进程,是实施西部大开发战略和全面建设小康社会的必由之路。而城市化水平的提升,主要取决于驱动力和制动力的大小。通过西北干旱区典型绿洲城市武威和张掖的城市化水平、用水总量、经济总量、产业结构、用水效益、人均用水水平等变化过程的定量分析和比较,发现水资源对城市化进程存在明显的约束作用,水资源约束力是导致城市化进程缓慢的重要因素之一。通过城市化水平与水资源利用关系对数约束模型的推导与分析,发现城市化水平与用水总量之间拟合方程的相关系数,可作为定量识别西北干旱区水资源约束城市化进程的重要指标。根据实际拟合结果,水资源对武威市城市化进程的约束强度为0.937,属于极强约束类型;对张掖市的约束强度为0.438,属于较强约束类型。     

基于地理加权回归的中国灰水足迹人文驱动因素分析

根据Hoekstra和Chapgain提出的污染物吸纳理论,估算了2012年全国31个省（区、市）的灰水足迹,采用空间自相关分析方法探讨了2012年中国灰水足迹的空间分布特征,通过构建基于地理加权回归的STIRPAT模型,测算了人口和富裕等人文因素对灰水足迹的影响。结果表明：中国灰水足迹存在较强的空间正相关性和空间分布不均衡性;人文因素对水资源环境的威胁大小排序,依次为城市化率、人口数量、产业结构和富裕程度,其中,城市化率、人口数量、农业比重和人均GDP每提高1%,分别引起灰水足迹增加1.03%、0.85%、0.63%和0.52%;人文因素对灰水足迹的影响存在空间差异,人口对灰水足迹的影响由北向南逐步加大,富裕对灰水足迹的影响由西向东逐渐减小,农业和城市化对灰水足迹的影响由南向北逐步增大;在现有样本范围内,计算结果有条件地支持环境Kuznets曲线。     

Spatial econometric analysis on influencing factors of water consumption efficiency in urbanizing China

Due to the limitation of total amount of water resources, it is necessary to enhance water consumption efficiency to meet the increasing water demand of urbanizing China. Based on the panel data of 31 provinces in China in 1997–2013, we analyze the influencing factors of water consumption efficiency by spatial econometric models. Results show that, 1) Due to the notable spatial autocorrelation characteristics of water consumption efficiency among different provinces in China, general panel data regression model which previous studies often used may be improper to reveal its influencing factors. However, spatial Durbin model may best estimate their relationship. 2) Water consumption efficiency of a certain province may be influenced not only by its socio-economic and eco-environmental indicators, but also by water consumption efficiency in its neighboring provinces. Moreover, it may be influenced by the neighboring provinces’ socio-economic and eco-environmental indicators. 3) For the macro average case of the 31 provinces in China, if water consumption efficiency in neighboring provinces increased 1%, water consumption efficiency of the local province would increase 0.34%. 4) Among the ten specific indicators we selected, per capita GDP and urbanization level of itself and its neighboring provinces have the most prominent positive effects on water consumption efficiency, and the indirect effects of neighboring provinces are much larger. Therefore, the spatial spillover effects of the economic development level and urbanization level are the primary influencing factors for improving China’s water consumption efficiency. 5) Policy implications indicate that, to improve water consumption efficiency, each province should properly consider potential influences caused by its neighboring provinces, especially needs to enhance the economic cooperation and urbanization interaction with neighboring provinces.     

基于城镇化视角的绿洲城市用水变化驱动效应分析

城镇化是驱动区域用水变化的双刃剑,既可以通过刺激生产来促进用水总量增长,也可以通过优化用水结构和提高用水效率来抑制用水总量增长。以黑河流域张掖市为例,通过构建城镇化驱动用水变化的完全分解模型,定量测度了2000-2011年张掖市人口和经济城镇化过程对用水总量和用水效率变化的驱动效应。结果表明：张掖市人口和经济城镇化过程对用水总量均具有明显的减量效应,对用水效率均具有明显的增量效应,而且与人口和经济城镇化速度高度相关。因此建议干旱区绿洲城市在水资源约束下,应将城镇化作为优化人口结构、经济结构和用水结构,提高经济效率以及用水效率,并最终实现水-生态-经济良性循环的抓手。该结论对于科学认识干旱区绿洲城市城镇化与水资源利用的关系具有一定的参考价值。     

基于STIRPAT模型的江苏省能源消费碳排放影响因素分析及趋势预测

定量分析碳排放的影响因素,对降低区域碳排放具有重要的指导意义。利用STIRPAT模型,定量分析江苏省能源消费碳排放量与人口、富裕度（以人均GDP表示）、技术进步（以能源强度表示）和城镇化水平之间的关系,通过岭回归拟合后发现,人口数量、人均GDP、能源强度、城市化水平每变化1%,江苏省能源消费碳排放量将分别发生3.467%、(0.242+0.024 lnA)%、0.313%和0.151%的变化。在以上研究的基础上,设置8种不同的发展情景,分析了江苏省未来能源消费碳排放量的发展趋势。结果表明,当人口、经济保持低速增长,并保持高技术增长率时,有利于控制江苏省的能源消费碳排放量,2020年江苏省的能源消费碳排放量预测值为202.81 MtC。     

干旱区水资源对城市化约束强度的时空变化分析

水资源对城市化的约束力已经成为干旱缺水地区决定城市化发展速度, 进而决定城市化和社会经济发展规模的重要外营力之一, 科学度量并探讨其时空变化, 对水资源可持续利用与城市化正常推进具有重要意义。以定性与定量分析相结合的方法建立了水资源对城市化 约束强度的综合测度指标体系, 采用熵技术支持下的层次分析法构建出水资源对城市化约束强度的综合测度模型, 并对1985-2005 年河西走廊水资源对城市化约束强度的时空变化进行了分析。结果表明, 河西走廊水资源对城市化的约束强度在空间上总体表现为自东向西逐渐减小, 在时间上表现为由较强约束类型变为强约束类型, 总体呈不断增加态势, 但近年来略有缓解。虽然河西走廊水资源开发利用潜力综合指数与城市化系统综合发展指数都较低, 面临缺水和发展的双重矛盾, 但目前河西走廊大部分地区水资源对城市化的约束强度仍属于较强或强约束类型, 仍然能够通过合理调控实现可持续发展。