流域绿水研究的关键科学问题

阐述了开展流域绿水研究的重要意义,分析了流域绿水研究的关键科学问题：①绿水量的测算方法与尺度转换;②流域绿水流的形成、转化及其生态水文响应机理;③流域绿水资源评价与管理。指出流域水资源评价与管理要以降水为基本水资源,综合考虑蓝水和绿水两部分,协调流域上、中、下游生态、生产和生活用水,充分开发利用非生产性绿水资源,平衡自然生态和人类用水。     

内陆河流域基于绿水理论的生态—水文过程研究

水文过程与植物生态过程之间的相互作用,是生态水文学研究的重点。基于Falkenmark等提出的绿水和蓝水概念的生态水文学研究,使水循环与生态学过程紧密地联系起来,并凸现了植物对水循环的作用。按绿、蓝水的理论思路进行分析,植被的水源涵养功能可看作是森林、草地等对天然降水在绿水和蓝水之间的按比例分成;荒漠雨养植被中植物的水循环模式是“纯绿”的,即降雨渗入土壤的水都以蒸散发（绿水）形式消耗掉;荒漠河（湖）岸植物的水循环是由蓝到绿,即其水分来源是地下水（蓝水）,经蒸腾（绿水）而消耗。     

基于水文模型的乌裕尔河流域水资源评价

基于水文模型的流域水资源评价可以为解决流域水资源短缺问题和改善水资源管理利用模式提供科学依据。针对传统水资源评价存在的问题,以乌裕尔河流域为例,利用研究区已建立的SWAT模型进行流域水资源评价,并分析了流域蓝水绿水资源量的时空分布规律。研究结果表明,绿水资源量在乌裕尔河流域水资源量中占得较大比重,对维持区域水安全、粮食安全和生态系统稳定具有重要作用。把绿水资源量评估纳入到传统水资源评估体系中,并对传统的水资源管理进行革新是一项势在必行的举措。     

1998～2007年中国农业用水分析

中国农业用水在未来将面临巨大的挑战。根据国际农业用水研究和政策领域近10年出现的范式变迁的核心内容,建立了基于"绿水"、"蓝水"的中国农业用水的新综合分析框架。并利用广义农业水资源量和广义农业水土资源匹配的概念和评估方法,分析了全国1998～2007年10年间4种主要粮食作物(水稻、小麦、玉米和大豆)的农业用水、耗水以及水分生产力变化趋势和现状。结果表明:中国广义农业水资源量中57%来源于耕地有效降水的"绿水",43%来源于耕地灌溉"蓝水"。主要粮食作物水分生产力水平已经接近或达到世界较高水平。未来继续提升水分生产力的任务将会更加艰巨。因此,为保证中国粮食安全,建议国家设立"粮食安全水资源红线"。同时,根据广义农业水资源量的分析计算,主要粮食作物用水安全红线应该划定在大约7800亿m3左右。     

贵州龙里典型喀斯特地区绿水资源耗用研究

以贵州龙里典型喀斯特地区为例,通过集成RS /GIS技术,利用生态水文评估工具中模块化生态水文综合管理系统( EcoHAT)对研究区绿水资源进行定量模拟,模拟出该区2005年10月- 2006年10月像元尺度上绿水资源量,并分析了其绿水资源消耗效用。结果表明: 研究区林地、草地、灌丛和农用地单位面积土壤蓄变量月均值分别为5. 6mm、6. 3 mm、6. 9 mm、7. 7 mm;林地、草地、灌丛和农用地绿水资源单位面积年有效消耗量分别为: 423. 0mm、344. 2 mm、386. 7 mm、407. 5 m m,其中低消耗量分别为相应植被类型条件下总有效消耗量的47. 0%、48. 3%、52. 7%、61. 3%。在有效消耗量中,农用地低消耗量占较大比重,林地和草地的高效和低效消耗量相近,但草地的低消耗量大于林地。据此,认为贵州龙里典型喀斯特地区绿水资源具有较大的利用潜力。但是在今后的绿水资源利用中,必须加强调控绿水资源消耗效用,增加植被盖度,减少裸地面积,以减少绿水资源的无效消耗量;与此同时,还应调整植被结构,以减少植被棵间土壤的低效消耗量。      

中国农业广义水资源利用系数及时空格局分析

为统一核算区域蓝水、绿水资源有效利用程度,构建了农业广义水资源利用系数（E_g）指标,核算中国31个省区粮食生产中的E_g,并基于空间自相关和通径分析方法对其时空格局及成因进行分析。中国1998-2010年E_g为0.588,大部分省区呈随时间增大趋势;E_g相似的省区在空间上显著地聚集,高值省区聚集于西部,低值省区集中于东南地区,且空间聚集现象呈减弱趋势;农业生产管理水平对E_g的影响大于气候要素,社会经济条件影响最小。结合广义水资源利用状况,西南省区可扩大粮食生产规模以发挥E_g较大优势,东北与华北粮食主产区应通过提高E_g以保障粮食安全和水资源可持续利用。研究可发展农业用水效率评价理论同时为国家粮食生产与水资源管理策略的制定提供参考。     

中国农作物绿水占用指数估算及时空差异分析

从农作物生长消耗的绿水量入手,构造了农作物绿水占用指数,选取中国31个省区作为研究对象,通过对农作物绿水占用指数的计算,揭示中国各省区农业生态系统对绿水资源占用情况的空间分布特征,发现农作物绿水占用指数高的地区以黄淮海平原为核心集中分布,低的地区则主要分布在中国的西部。利用空间自相关分析方法,对中国1997～2007年农作物绿水占用指数的总体空间区域差异及时间演变趋势进行研究,结果显示,中国农作物绿水占用指数空间上存在着显著的集聚现象,但该现象逐年呈减弱趋势。结合局部自相关分析,对中国31个省区11年间的农作物绿水占用指数区域分异的时空演变规律进行探索,并对演变原因做出解释。     

西北干旱区生态需水研究

西北干旱区是水资源稀缺和生态环境相对脆弱的区域。以人类需求为中心的传统水资源开发利用及评价忽视了水资源与生态环境系统之间的关系,引发了众多的生态环境问题。日益恶化的生态环境使得生态需水量受到广泛关注,生态需水量研究由此成为干旱区生态水文学研究新的增长点。文章在综述国内外生态需水研究现状及其面临挑战的基础上,分析西北干旱区水资源转化特点,结合Falkenmark 水资源分类,突出生态需水在水分流中的地位,提出保障生态需水的策略,即：①生态环境稳定性界定;②绿水的保护与高效利用; ③虚拟水战略,旨在为平衡人类需水与自然需水提供重要的理论基础。     

基于水循环模拟的潮白河流域蓝水绿水资源变化趋势分析

潮白河流域是北京市的重要供水来源,分析变化环境下流域内水资源的变化规律,对于维持生态系统稳定、保障经济社会发展具有重要意义。结合SWAT模型模拟了潮白河流域的水文循环过程,分析了流域内1960～2008年的蓝水绿水资源变化情况并对未来的变化趋势进行了预测。结果表明:潮白河流域的蓝水流与绿水流在研究期内都呈显著减少趋势,绿水储量呈增加趋势但不显著,它们的变化倾向率分别为-19.33mm·10a~(-1)、-6.92 mm·10a~(-1)与0.70 mm·10a~(-1)。未来趋势预测的结果表明这一变化趋势还将持续。     

武安市水资源开发利用分析及对策

河北省武安市属于资源型缺水地区,供需矛盾突出,地下水超采严重,水资源短缺已成为制约全市经济发展的主要因素。结合水资源利用现状进行分析,探索解决当前水资源问题的对策,提出了强化水资源管理、加大水资源开发力度、合理调配水资源、加强节水工作、开发雨洪资源等可持续利用战略。     

Soil water movement and deep drainage through thick vadose zones on the northern slope of the Tianshan Mountain: Croplands vs. natural lands

Regional aridity is increasing under global climate change, and therefore the sustainable use of water resources has drawn attention from scientists and the public. Land-use changes can have a significant impact on groundwater recharge in arid regions, and quantitative assessment of the impact is key to sustainable groundwater resources management. In this study, the changes of groundwater recharge after the conversion of natural lands to croplands were investigated and compared in inland and arid region, i.e., the northern slope of the Tianshan Mountain. Stable isotopes suggest that soil water in topsoil (< 2 m) has experienced stronger evaporation under natural lands than croplands, and then moves downward as a piston flow. Recharge was estimated by the tracer-based mass balance method, i.e., chloride and sulfate. Recharge rates under natural conditions estimated by the chloride mass balance (CMB) method were estimated to be 0.07 mm/a in deserts and 0.4 mm/a in oases. In contrast, the estimated groundwater recharge ranged from 61.2 mm/a to 44.8 mm/a in croplands, indicating that groundwater recharge would increase significantly after land changes from natural lands to irrigated croplands in arid regions. Recharge estimated by the sulfate mass balance method is consistent with that from the CMB method, indicating that sulfate is also a good tracer capable of estimating groundwater recharge.     

不同承载标准下水资源承载力评价

为解决水资源承载力随水资源承载支撑力、承载压力和承载调控力不同而变化的问题,在探讨水资源承载力理论、特征和影响因素的基础上,分析水资源承载支撑力、承载压力和承载调控力系统,建立水资源承载力评价指标体系。同时,从承载标准的角度,考虑承载主体不同保证率下的水资源可利用量和承载客体不同的承载水平,建立不同承载标准下的区域水资源承载力评价模型;并应用该模型计算陕西省在不同供水保证率和不同承载水平下的水资源可承载人口和经济,评价结果可为陕西省水资源合理配置提供重要参考。应用结果表明该区域水资源承载力评价模型在不同承载标准下计算简单、适用性强,有很好的应用效果。     

黑河流域张掖段水资源承载力评价及提升对策研究

水资源是干旱区内陆河流域环境与发展的主导因素, 其承载力是评判水资源与经济社会及生态环境之间协调发展的重要依据。从承载程度和承载能力两方面构建评价指标, 对黑河流域张掖市县区尺度的水资源承载力进行评价, 结果表明： 承载程度方面, 张掖市从2015 - 2017年用水总量承载状况整体好转, 但民乐县用水总量面临超载, 各县区地下水承载状况明显改善, 地下水超采得到有效管控与治理。从2015 - 2017年, 张掖市水资源的承载状况整体上改善, 从2015年甘州区、 临泽县、 高台县、 山丹县4县区的超载转变为2017年临泽县、 高台县、 山丹县、 肃南县4县区的临界超载状况, 反映出张掖市近年来水资源开发利用的管理成效初步显现; 承载能力方面, 全市各县区2020年和2030年水资源可承载人口均小于2017年水平, 可承载的经济规模约是2017年90%; 提出了农业节水效率提升和耕地灌溉面积缩减两种未来水资源承载力提升情景, 并以此提出了张掖市水资源承载力提升的对策建议。     

水权交易对生态环境影响研究进展

在经济社会发展受到区域水资源总量限制的情况下,水权交易作为解决当今世界严峻水资源危机的重要手段之一,已在国内外进行了广泛的实践。水权交易改变了水资源的时空配置,对水生态和水环境产生有利或不利的影响,然而关于水权交易对生态环境影响的研究尚未有系统的梳理。总结了水权交易对水资源系统影响研究的主要发展历程,着重论述了水权交易对水资源系统影响的4个重点研究方面:可交易生态环境水权的研究、水权交易对水量、水生态、水环境影响的研究。未来应当加强水权交易对生态环境影响的定量研究,进一步提升水权交易对水质、地下水、退水、陆生生态环境影响的研究,明确不同交易类型的不同影响,还应考虑不确定性因素的影响。     

城区雨洪利用策略及雨洪滞蓄系统容量分析

台湾有将近80%的人口居住于城市地区,使得供水系统负荷增加、脆弱度提升,而城市化也导致径流量增加使得洪灾风险提高。拟整合供水、灾备用水和雨洪消减,并对雨洪滞蓄系统进行雨洪利用策略及容量分析研究。以台湾新北市秀峰国小为基地,规划雨水储留供水系统、渗透侧沟系统、生态池系统串联的雨洪滞蓄系统,建立多目标替代方案进行分析评估。采用绿色建筑设计方法结合合理化公式进行降雨径流演算。结果表明,在各替代方案下,系统需设置容量55~185m³,径流量削减率为26.5%~100%、洪峰削减率为15%~100%、供水率为5%~7.5%、灾备用水天数则从3d提升至19d。所提出的规划方法可以较小的设置容量达到雨洪滞蓄多目标利用效果。     

关中盆地水资源可持续开发利用对策研究--以渭南市为例

以关中盆地东部的渭南市为例，概述了水资源的分布特征及其开发利用现状。认为水资源开发利用中存在水资源浪费严重，重复利用率低；行政区块限制，水资源调配不够；不合理开采地下水，出现负环境效应；地下水人工调控力度不够，不能有效的促进生态环境良性循环；对地下水资源的研究、规划和管理滞后等五个方面的主要问题。针对存在的主要问题，提出了六项水资源可持续开发利用对策，包括节水对策、开源对策、改水对策、调水对策、增补对策以及管理对策。