内陆河流域用水结构与产业结构双向优化仿真模型

1 Introduction The great development of western China greatly increases the demand for water. However, in arid inland river basins of Northwest China, water resources are very limited. Shortage of water has been one of the key restricting factors of eco-e…     

中国西北干旱内陆河流域分布式出山径流模型

In order to predict the futuristic runoff under global warming, and to approach to the effects of vegetation on the ecological environment of the inland river mountainous watershed of Northwest China, the authors use the routine hydrometric data to create a distributed monthly model with some conceptual parameters, coupled with GIS and RS tools and data. The model takes sub-basin as the minimal confluent unit, divides the main soils of the basin into 3 layers, and identifies the vegetation types as forest and pasture. The data used in the model are precipitation, air temperature, runoff, soil weight water content, soil depth, soil bulk density, soil porosity, land cover,etc. The model holds that if the water amount is greater than the water content capacity, there will be surface runoff. The actual evaporation is proportional to the product of the potential evaporation and soil volume water content. The studied basin is Heihe mainstream mountainous basin, with a drainage area of 10,009 km^2. The data used in this simulation are from Jan. 1980 to Dec. 1995, and the first 10 years‘ data are used to simulate, while the last 5 years‘ data are used to calibrate. For the simulation process, the Nash-Sutcliffe Equation, Balance Error and Explained Variance is 0.8681,5.4008 and 0.8718 respectively, while for the calibration process, 0.8799, -0.5974 and 0.8800 respectively. The model results show that the futuristic runoff of Heihe river basin will increase a little. The snowmelt, glacier meltwater and the evaportranspiration will increase. The air temperature increment will make the permanent snow and glacier area diminish, and the snowline will rise. The vegetation, especially the forest in Heihe mountainous watershed, could lead to the evapoWanspimtion decrease of the watershed, adjust the runoff orocess, and increase the soil water content.     

基于水化学及径流组成的中国西北内陆河流域水资源风险评估

水资源作为西北内陆区重要的战略性资源,关系着区域经济社会可持续发展。内陆河作为区域重要的水资源组成部分对全球气候变化响应显著。本文选取祁连山、天山、昆仑山地区典型的内陆河流域,基于长期径流监测,以及降水、融水、河水、地下水等多水体水化学、同位素分析数据,分析了区域径流组成特征及其与主要环境要素的相互关系,评估了其水资源风险。结果表明：(1)除石羊河外,20世纪70年代以来研究区大部分河流的年径流量呈现上升趋势;(2)研究区各水体大部分为碱性,各水体主导阴阳离子为HCO₃^-和Ca²⁺和Na⁺,水化学类型多为HCO₃^--Ca²⁺型,且受岩石风化控制影响大;河水TDS呈现相似的季节变化趋势(夏秋低冬春高),而各离子的季节差异显著;(3)除呼图壁河外,区域河水的δ¹⁸O呈现出夏秋低冬春高的季节变化特征;(4)研究区地下水、降水和冰川/雪融水对区域径流的年平均贡献分别为42.6%、34.4%和23.0%,区域径流组成存在空...     

干旱区内陆河流域地下水调蓄系统与水资源开发利用模式

对于解决干旱区内陆河流水资源的调蓄问题,人们已习惯采用"高坝大库"的工程技术方案。通过分析国内外地下水库的建设经验,结合干旱区内陆河流地貌单元、储水构造特征以及水资源转化特点,提出了建设山间凹陷、山前凹陷和深覆盖河谷型等三种地下水库的具体设想及相应的适宜地段,并以此为基础,提出了一种以地下水库调蓄为主,地下水与地表水统一调度的流域水资源开发利用的新模式,以期使水资源的开发利用更加合理、科学、经济。这种新模式是实现干旱区内陆河流域水资源高效利用、合理配置的有益尝试,充分体现了因地制宜、人与自然和谐的治水新理念。     

内陆河流域分布式水文模型——以黑河干流山区建模为例

应用常规的气象水文数据并结合GIS, 建立了一个适合西北内陆河山区流域分布式水文模型, 并对黑河干流山区出山径流进行了模拟计算和讨论。模型以子流域作为最小的产流、汇流单元, 将各子流域分为裸地区、乔木区、牧草区和冰川区, 并根据实测剖面资料将土壤分为3层, 各分区单独进行水量平衡计算。产流过程基于蓄满产流理论, 以月和日为步长, 月模型在黑河干流山区流域应用效果较好, 日模型受降水的随机性和观测站点少的限制效果不佳。模型参数敏感性分析发现, 降水资料的代表性是模型模拟成败的关键。月模拟结果表明, 植被覆盖可以调节径流过程, 增加流域土壤储水量, 尤其是乔木森林, 即植被具有涵养水源的功能。在全球变暖背景下, 黑河未来出山径流会有一定程度的增加, 冰雪融水和实际蒸散发也会增加, 永久积雪与冰川面积缩小, 雪线上升, 但近期内不会造成冰雪储量大量减少。     

干旱区内陆河流域中游地区全新世沉积相变与环境变化——以石羊河流域为例

中国干旱区内陆河流域中游地区分布了大量晚第四纪河、湖相交替的沉积地层,这些沉积物被广泛用于古气候和古环境重建。然而,以往的研究较多关注沉积物的理、化、生指标,而忽略了沉积相变的古环境意义,这可能使古环境重建结果产生偏差。针对这一问题,选取干旱区典型内陆河——石羊河中游地区的JDT全新世沉积剖面,进行年代学、沉积相、岩性和粒度的研究,并与该区域已有的HSH全新世剖面的地球化学和古生物指标进行对比,在分析沉积相的基础上讨论二者的环境代用指标,重建石羊河中游地区全新世的古环境。两个剖面在年代和岩性上具有很好的一致性,指示了石羊河中游地区约8500 cal yr BP-3000 cal yr BP以来的沉积过程。两剖面从底部到上部可分为六层:河流相沉积(F层)——河湖相沉积(E层)——湖相沉积(D层)——浅湖—风成沉积(C层)——风成沉积(B层)——风成沉积(A层),代表了不同沉积相及其转换过程。综合讨论沉积物岩性、沉积相和各种古环境代用指标认为:石羊河中游地区的沉积相体现了从河流相到湖相再到风成沉积物的变化过程,指示了全新世的干旱化过程。这与以往研究中认为石羊河流域全新世气候变化具有波动性的观点存在一定差异。因此,在研究沉积相变化的基础之上讨论沉积物的物理、化学和生物指标的含义,而非简单地研究这些指标的数值,是干旱区流域性气候变化对比研究的新视角。     

加强内陆河流域湿地保护与恢复 促进绿洲经济社会可持续发展

<正>随着社会生产力的提高和科学技术的进步,人类对河流湿地开发力度越来越大,对河流资源的索取越来越多。但是,在河流湿地对人类贡献越来越大的同时,也引发了其自身和周边生态环境的一系列问题,甚至影响到河流的基本功能和经济社会的可持续发展。近年来,西北内陆河流域的生态问题引起了人们的普遍关注,解决内陆河流域的生态     

干旱区内陆河流域中游地区全新世沉积相变与环境变化——以石羊河流域为例

中国干旱区内陆河流域中游地区分布了大量晚第四纪河、湖相交替的沉积地层,这些沉积物被广泛用于古气候和古环境重建。然而,以往的研究较多关注沉积物的理、化、生指标,而忽略了沉积相变的古环境意义,这可能使古环境重建结果产生偏差。针对这一问题,选取干旱区典型内陆河——石羊河中游地区的JDT全新世沉积剖面,进行年代学、沉积相、岩性和粒度的研究,并与该区域已有的HSH全新世剖面的地球化学和古生物指标进行对比,在分析沉积相的基础上讨论二者的环境代用指标,重建石羊河中游地区全新世的古环境。两个剖面在年代和岩性上具有很好的一致性,指示了石羊河中游地区约8500 cal yr BP-3000 cal yr BP以来的沉积过程。两剖面从底部到上部可分为六层：河流相沉积（F层）——河湖相沉积（E层）——湖相沉积（D层）——浅湖—风成沉积（C层）——风成沉积（B层）——风成沉积（A层）,代表了不同沉积相及其转换过程。综合讨论沉积物岩性、沉积相和各种古环境代用指标认为：石羊河中游地区的沉积相体现了从河流相到湖相再到风成沉积物的变化过程,指示了全新世的干旱化过程。这与以往研究中认为石羊河流域全新世气候变化具有波动性的观点存在一定差异。因此,在研究沉积相变化的基础之上讨论沉积物的物理、化学和生物指标的含义,而非简单地研究这些指标的数值,是干旱区流域性气候变化对比研究的新视角。     

第二届“干旱区内陆河流域水循环与气候变化学术研讨会”在乌鲁木齐召开

2010年9月3-9日,由中科院新疆生态与地理研究所、中科院寒区旱区环境与工程研究所以及联合国开发计划署(UNDP)等共同举办的第二届干旱区内陆河流域水循环与气候变化学术研讨会在乌鲁木齐成功召开。来自美国、哈萨克斯坦、俄罗斯、塔吉克斯坦和中国相关科研院所和大学的80     

西北内陆河流域“自然—社会—贸易”三元水循环模式解析

持续的强人类活动大大改变了流域水循环演变的结构、路径和驱动力,后者又反过来影响着人类生存发展的水安全。日益深入的市场经济使人类活动对水循环的影响从一个流域扩展到流域之外更宽广的区域范围,以产品贸易为纽带的水“流动”已成为驱动区域水循环演变与影响区域水安全的重要内在因素。以流域为单元的传统水循环研究,难以揭示不同区域之间的水循环联系、双向回馈机制与协同进化机理。本文从西北内陆河流域长期大量输出高耗水农产品这一现象分析入手,采用理论解析与案例相结合方法,阐述分析内陆河流域自然水循环、“自然—社会”二元水循环、区域间贸易水循环的基本过程、显著特征及其驱动机制,继而首次明确提出内陆河流域“自然—社会—贸易”三元水循环模式,并就其通量计量模型、影响因素与生态环境效应、科学前沿进行了探索分析,以便未来西北内陆河水循环、水文水资源等研究能更多重视对驱动内陆河流域水循环的外部力量及其双向互馈、协同进化的分析,更新内陆河流域水安全、生态安全的思考范式。     

西北内陆盆地地下水循环模式及其可持续利用

以系统理论为指导,从地下水形成学化的介质场,水动力场和水文地球化学场角度研究西北内陆盆地地下水循环模式,初步划分出内陆盆地的地下水系统,以反映地下水在平面和垂直向上的循环交替方式及其盐分的迁移聚集规律,为内陆盆地地下不形成条件研究,资源评价及合理开发利用提供理论基础,还提出内陆盆地水资源可持续开发利用的方向和途径。     

Mutual optimization of water utilization structure and industrial structure in arid inland river basins of Northwest China

Water is a key restricting factor of the economic development and eco-environmental protection in arid inland river basins of Northwest China. Although water supplies are short, the water utilization structure and the corresponding industrial structure are unbalanced. We constructed a System Dynamic Model for mutual optimization based on the mechanism of their interaction. This model is applied to the Heihe River Basin where the share of limited water resources among ecosystem, production and human living is optimized. Results show that, by mutual optimization, the water utilization structure and the industrial structures fit in with each other. And the relationships between the upper, middle and lower reaches of the Heihe River Basin can be harmonized. Mutual benefits of ecology, society and economy can be reached, and a sustainable ecology-production-living system can be obtained. This study gives a new insight and method for the sustainable utilization of water resources in arid inland river basins.     

干旱内陆流域生态需水量及其估算──以黑河流域为例

在干县内陆流域生态需水量概念与分类的基础上,以黑河流域为例,讨论了生态需水量估算的方法。采用两种半经验潜水蒸发公式和直接植物蒸腾估算等三种方法,以1995年为基准,分别对流域中游防护林生态体系需水量和下游荒漠绿洲生态需水量进行了初步估算,结果表明:黑河流域中游人工防护林生态需水量约为2.1× 10⁸~2.16×10⁸ m³,下游荒漠绿洲生态需水量为5.23×108~5.7×10⁸ m³;为维持或稳定流域下游额济纳现有绿洲规模,狼心山断面过水流量不应小于5.8×10⁸m³。     

Impacts of land use changes on groundwater resources in the Heihe River Basin

Land use and land cover changes have a great impact on the regional hydrological process. Based on three periods of remote sensing data from the 1960s and the long-term observed data of groundwater from the 1980s, the impacts of land use changes on the groundwater system in the middle reach of Heihe River Basin in recent three decades are analyzed by the perspective of groundwater recharge and discharge system. The results indicate that with the different intensities of land use changes, the impacts on the groundwater recharge were 2.602×108 m3/a in the former 15 years (1969-1985) and 0.218×108 m3/a in the latter 15 years (1986-2000), and the impacts on the groundwater discharge were 2.035×108 m3/a and 4.91×108 m3/a respectively. When the groundwater exploitation was in a reasonable range less than 3.0×108 m3/a, the land use changes could control the changes of regional groundwater resources. Influenced by the land use changes and the large-scale exploitation in the recent decade, the groundwater resources present apparently regional differences in Zhangye region. Realizing the impact of land use changes on groundwater system and the characteristics of spatial-temporal variations of regional groundwater resources would be very important for reasonably utilizing and managing water and soil resources.     

干旱内陆河流域地表水地下水联合调度研究进展

地表水-地下水联合调度是解决干旱内陆河流域水资源短缺的一个有效途径,对干旱区水资源优化配置具有重要意义.以地表水地下水联合调度内涵为基础.分析了干旱内陆河地表水-地下水联合调度模式的国内外研究现状.对地表水地下水联合调度的研究方法进行了评价并指出存在的不足之处,展望了地表水与地下水联合调度的研究趋势.指出在未来地表水-地下水联合调度中应加强与气象学、生态学等多学科交叉研究.探讨内陆河水资源高效利用模式和基于生态健康和环境发展的内陆河环境需水定值方法与阈值.开发内陆河地表水地下水联合调度信息系统和管理模式.指出综合水循环组成部分的集成模型是地表水-地下水联合调度模型发展的必然趋势.     

长三角主要空港经济区产业结构演变与优化

空港地区产业演变研究是产业结构优化的重要依据,对长三角六大主要空港经济区产业发育现状以及1999—2013年各区产业结构的历史演变分析表明:总体上,制造业比重持续最高,但已逐步下降,运输业对制造业挤占效应明显。服务业比重稳定在20%左右,商务服务业普遍较弱。行业上,一是零售业、设备制造业快速增长,制造业临空指向有所增强;二是物流业明显受制于机场规模;三是各区大部分行业相同,亦存在区域特色。在归纳世界知名空港经济区模式的基础上,将实证空港经济区与之进行相似度分析,选择各区适宜的发展模式。     

水资源约束条件下的干旱区产业结构态势分析--以黑河流域中游地区为例

文章简要介绍了黑河中游地区水资源概况,分析了该地区现状用水结构及其存在的问题,指出水资源的可持续利用不仅要通过农业节水来完成,特别是在当前情况下,积极实现用水结构的调整,将宝贵的水资源分配到更有经济效益的产业,以实现水资源的合理配置和高效利用,构建节水型社会,是中游地区产业结构重点调整的方向。并就此提出了今后中游地区基于水资源条件的区域可持续发展的产业结构模式。     

黑河流域水-生态-经济发展耦合模型及应用

以系统动力学模型为依据,根据黑河流域生态系统、生产系统和生活系统相互作用形成的水-生态-经济协调发展耦合关系式,建立了黑河流域水-生态-经济协调发展耦合模型;通过动态模拟和综合调试,从众多实验方案中选择生成水-生态保护型发展方案 (WEP)、水-经济高效型发展方案 (WEH)、水-生态-经济协调型发展方案 (WEE) 3种有效方案。认为WEE方案耗水量介于WEP和WEH之间,经济效益和生态环境效益都比较显著,同时兼顾了黑河流域的经济发展目标和生态环境保护目标,虽然单纯从经济发展或生态保护角度分析,不是最好的方案,但从流域可持续发展和建设流域生态经济带的角度分析,却是一个最优化的方案。进而对WEE方案对应的水-生态-经济协调发展趋势做了分析。认为未来30年流域需水总量总体呈缓慢增加趋势,流域用水结构逐步呈合理化方向演变,流域上、中、下游需水总量和结构的动态变化趋势不尽一致,农业用地结构、粮-经-草种植结构和产业结构都不同程度地朝着合理化方向发展,单方水产值及经济效益总体呈显著增加趋势。     

黑河流域水资源生态环境安全问题研究

对黑河流域水文资料进行分析计算发现, 由于有冰川补给流域水资源比较稳定, 最枯年和最丰年水资源量之比仅为1:2, 这在北方河流中是非常罕见的。多年平均水资源量为32.31亿m³·a^-1, 人均水资源量为1689m³·a^-1, 略低于国际上公认的人均水资源安全警戒线1000~1700m³·a^-1的上限。根据黑河流域水资源反复转化多次重复利用的特点, 扣除7.5亿m³·a^-1的生态用水量, 结合流域正在执行的综合整治和节水措施的推广, 目前水资源状况是安全的, 下游生态环境的危机可以通过水资源统一调配来解决。依据天然出山水资源变化和水土资源开发利用规模及额济纳旗生态环境状况, 在不增加土地灌溉规模并适当采取节水措施的前提下, 可以确定32.31亿m³·a^-1的天然来水量为流域水资源安全临界线, 28亿m³·a^-1的天然来水量为流域水资源安全警戒线。