基于分布式模拟的流域水平衡分析研究——以海河流域为例

流域水平衡分析是进行水资源科学评价与合理配置的基础,传统的流域水平衡分析大多是基于有限的站点观测资料和简单的集总式模型,很难适应考虑水循环空间变异性的复杂大流域水资源综合管理的需求.本文基于分布式水文模拟技术,探讨了一种能够考虑流域内部上、下游关系的水平衡分析方法.并以海河流域为例,构建分布式SWAT模型,对海河流域及水资源三级分区的水平衡状况进行分析,在此基础上探讨海河流域维持健康水平衡关系,降低流域蒸发,进行农业真实节水的必要性和有关对策.     

基于分布式模拟的流域水平衡分析研究——-以海河流域为例

流域水平衡分析是进行水资源科学评价与合理配置的基础,传统的流域水平衡分析大多是基于有限的站 点观测资料和简单的集总式模型,很难适应考虑水循环空间变异性的复杂大流域水资源综合管理的需求。本文基 于分布式水文模拟技术,探讨了一种能够考虑流域内部上、下游关系的水平衡分析方法。并以海河流域为例,构建 分布式SWAT 模型,对海河流域及水资源三级分区的水平衡状况进行分析,在此基础上探讨海河流域维持健康水 平衡关系,降低流域蒸发,进行农业真实节水的必要性和有关对策。     

基于系统动力学的中国西南岩溶区的水资源承载力——以贵州省毕节地区为例

对中国西南岩溶区水资源-生态环境-社会经济反馈关系进行分析,选取贵州省毕节地区做为研究对象,建立毕节地区水资源承载力系统动力学模型;通过动态模拟和综合调试,生成5种有效方案:传统发展型方案(方案1)、节水发展型方案(方案2)、开源与环保发展型方案(方案3)、GDP快速增长型方案(方案4)和协调发展型方案(方案5)。综合分析得出方案5是调控优化方案。对方案5对应的SD模型发展趋势做分析,为毕节地区及西南岩溶区水资源可持续利用提供决策依据。     

基于GIS的水质数值模拟——以上海市苏州河为例

水质模型一旦应用于某一实际水体就必然与区域水环境相联系,因此对包括污染源在内的各种水环境系统要素进行空间分析具有重要意义。本文以上海污染最为严重的水体苏州河为例,在大量实地调查获得的苏州河污染源资辩,水文水质同步监测数据,区域人口数据的基础上,开发并建立了苏州河水环境信息系统,并以此为技术支持．运用水质数值模拟及其与GIS相结合的技术,研究了苏州河水体水质的时空变化规律。证实在苏州河市区段存在着一条明显的污染带,并论述了这条污染带在苏州河涨落潮的不同流场作用下,在河道内不断往复运动的规律。     

基于系统动力学的城市可持续性评估模拟——以京津冀为例

构建了基于系统动力学的城市可持续性动态评估模型,以京津冀地区13个城市为例,评价与模拟2005—2035年各城市可持续发展水平的时空变化趋势。研究结果表明：① 由于资源禀赋和发展路径依赖,不同城市在子系统中的可持续性表现各异,各城市子系统间的可持续性也存在复杂、多样的交互关系;② 近年来京津冀地区各城市综合可持续性呈现出波动上升的趋势,以历史轨迹和当前的区域发展目标来看,未来地区整体可持续发展水平将大幅提高,但北京与其他城市的综合可持续性之间的断层客观存在,且将长期维持。     

基于系统动力学的资源枯竭型矿业城市产业转型仿真分析——以吉林省辽源市为例

伴随着矿产资源的逐步枯竭,资源枯竭型矿业城市的经济发展面临着诸多困境,产业转型已经迫在眉睫。吉林省辽源市的产业转型取得了良好的效果,被誉为"辽源样本"。基于系统动力学研究方法,通过对系统结构的深入分析,构建辽源市经济系统的SD模型,将CD生产函数嵌入到模型当中,根据辽源市2005-2010年数据进行趋势外推仿真,得到2005-2030年经济系统的若干仿真曲线。结果表明:在2027年辽源市煤炭资源完全枯竭,煤炭产业产值降低为0,但这对其整体经济的扰动很小,辽源市GDP、第二产业产值、接续产业产值、第一产业产值、第三产业产值、其它工业产业产值均呈现快速上升的态势,并且包括人均GDP在内的人均指标亦都将呈现上升的趋势,辽源经济将呈现整体繁荣的局面。     

基于SD模型的湖南省土地利用变化情景模拟

运用系统动力学模型（System Dynamic Model,简称SD）对湖南省不同社会经济发展情景模式下的土地需求进行了模拟预测。结果表明：1）不同发展模式下建设用地需求均呈增长态势,其他各类土地需求变化幅度差异较大,其中以水域与耕地差异最大。2）根据可持续发展战略要求,稳定发展情景模式较为理想,在此模式下,各类土地利用需求与现有土地利用状况较为接近,对各类土地需求均不会造成太大压力。3）土地利用现状完全能满足低速发展模式对各类土地的需求,但其前提是降低消费水平与市场自给率;而高速发展型对耕地、水域需求大大超出现有水平。4）在现有粮食消费结构下,若不能有效提高粮食单产水平,人口和经济增长带来的粮食需求将对耕地造成很大压力。     

基于SD和CA的城镇土地扩展模拟模型——以江苏省南通地区为例

充分利用系统动力学模型(System Dynamics,SD)在情景模拟和宏观因素反映上的优势和元胞自动机模型(Cellular Automata,CA)在微观土地利用空间格局反映上的优势,构建一个耦合SD和CA的城镇土地扩展模拟模型,并以江苏省南通地区为例,对模型的实证应用做了进一步的验证。结果表明,这种耦合模型不仅能够对研究区域未来城镇土地扩展数量给予一个比较好的预测,而且还对其空间分布效果做了一定精度上的模拟,这使得城市规划在土地利用预测方面有一个相对科学的依据。     

基于CLUE-S模型的黄土台塬区土地利用变化模拟——以陕西省咸阳台塬区为例

本文以2000 年的TM遥感影像解译数据以及水文水资源数据为基础, 综合运用Binary Logistic、CLUE-S模型以及SPSS19.0 统计分析软件, 测评了咸阳黄土台塬区水土资源在数量和空间上的配置, 并在此基础上模拟了咸阳台塬区未来土地利用变化的图谱。分析发现:①从水土数量优化配置的结果可知, 耕地、草地、水域及未利用地面积减少, 而林地和建设用地面积则有增加的趋势;②从面向生态的角度出发, 黄土台塬区的水土优化配置结果反映了台塬区土地生态系统的生态价值和经济效益, 台塬区的生态效益由2000 年的1.5313 亿元增加到2020 年的1.5445 亿元;而台塬区的土地经济收益则由2000 年的68.4901 亿元增加到2020 年的71.9021 亿元;③从水土空间优化配置的结果可以看出, 咸阳台塬区建设用地在过去10 年以及未来10 年变化极为明显, 建设用地主要在原有建设用地周边进行拓展, 其中, 建设用地变化最为明显的区域主要集中在咸阳市的秦都区以及三原县。     

基于虚拟水消费的水足迹计算——以大连市为例

水足迹是反映水资源实际消费的新概念．以虚拟水消费为基础的水足迹能更真实地衡量社会经济系统对水资源的消费利用状况。作者引人水足迹的概念及计算方法，在基于虚拟水计算的基础上对大连市2003年水足迹进行了计算，通过定量地分析大连市水资源的利用现状、依赖程度及存在问题，为科学利用有限的水资源提供有益的决策依据；同时通过虚拟水战略分析，提出了解决水资源短缺问题的新思路。     

京津冀城镇体系与水系结构的时空关系研究

京津冀地区人水关系矛盾突出,分形可以有效描述城镇体系和水系时空演化特征,从而揭示两者演化关系,为城市问题的解决提供一些理论和经验依据。论文采用分形理论中的网格维数和多分维谱,首先分别刻画了两者的时空演化特征,其次探讨了城镇体系和水系结构之间的时空关系,最后探究了水系结构退化的影响因素。主要结论有：① 1990—2010年,京津冀地区建设用地的网格维数升高、自相似性增强、从集聚向分散转变,意味着建设用地朝着空间填充程度增强、有序、分散的方向发展,而水系反之,证明两者具有不同的时空演化方向;② 21世纪10年代,京津冀的人水关系十分紧张,南水北调虽然缓和了京津冀用水问题,改善了大尺度上的水系结构,但在小尺度上改善有限;③ 越靠近城市中心,建设用地分形形态发育越成熟,结构越有序,越靠近外围越混乱无序;④ 京津冀地区水系退化,由自然和人为两方面因素造成,21世纪以后人为因素的影响较为显著。针对京津冀地区水系退化,提出如下政策建议：在城市建设过程中,一方面科学规划城市水系,重视低等级水系的保护;另一方面节约集约利用水资源,完善水资源管理机制。未来,需要进一步探索城市发展和水系的非线性关系,为城市可持续发展提供依据。     

基于水资源约束的中国城镇化SD模型与模拟

中国城镇化正处于快速发展阶段,尽管经济和社会发展主控要素还在发挥重要作用,但水资源在生产、生活和生态方面发挥主控作用的局面愈益明显。在中国城镇化系统动力学（system dynamics,SD）模型基础上,从水资源供给、需求和水环境等层面将水资源作为主控要素嵌入原有模型中,拓展出基于水资源约束的中国城镇化SD模型,并对水资源利用进行了多情景模拟。结果表明：① 系统存流量和灵敏度检验证明模型模拟效果良好,具有可操作性。② 部门用水效率一定时,产业发展对水资源供需平衡的影响比人口增长更为明显。③ 在实行节水农业、节水工业、高生活需水、高生态环境需水和高再生水利用的综合协调方案中,2050年中国城镇化的发展约共需6789.70亿 m³水资源,基本实现水资源供需平衡。     

Attribution analysis for water yield service based on the geographical detector method: A case study of the Hengduan Mountain region

Ecosystem services, which include water yield services, have been incorporated into decision processes of regional land use planning and sustainable development. Spatial pattern characteristics and identification of factors that influence water yield are the basis for decision making. However, there are limited studies on the driving mechanisms that affect the spatial heterogeneity of ecosystem services. In this study, we used the Hengduan Mountain region in southwest China, with obvious spatial heterogeneity, as the research site. The water yield module in the In VEST software was used to simulate the spatial distribution of water yield. Also, quantitative attribution analysis was conducted for various geomorphological and climatic zones in the Hengduan Mountain region by using the geographical detector method. Influencing factors, such as climate, topography, soil, vegetation type, and land use type and pattern, were taken into consideration for this analysis. Four key findings were obtained. First, water yield spatial heterogeneity is influenced most by climate-related factors, where precipitation and evapotranspiration are the dominant factors. Second, the relative importance of each impact factor to the water yield heterogeneity differs significantly by geomorphological and climatic zones. In flat areas, the influence of evapotranspiration is higher than that of precipitation. As relief increases, the importance of precipitation increases and eventually, it becomes the most influential factor. Evapotranspiration is the most influential factor in a plateau climate zone, while in the mid-subtropical zone, precipitation is the main controlling factor. Third, land use type is also an important driving force in flat areas. Thus, more attention should be paid to urbanization and land use planning, which involves land use changes, to mitigate the impact on water yield spatial pattern. The fourth finding was that a risk detector showed that Primarosol and Anthropogenic soil areas, shrub areas, and areas with slope 5° and 25°–35° should be recognized as water yield important zones, while the corresponding elevation values are different among different geomorphological and climatic zones. Therefore, the spatial heterogeneity and influencing factors in different zones should be fully con-sidered while planning the maintenance and protection of water yield services in the Hengduan Mountain region.     

基于仿真模拟的长株潭城市群水资源供需系统决策优化

基于系统动力学的原理和方法,在充分考虑社会经济发展及城镇生态用水需求的基础上,建立长株潭城市群水资源供需系统模型,仿真模拟传统发展型、发展经济型、节水型、协调型等四种不同方案条件下,2012-2030 年长株潭城市群水资源供需变化趋势,并在此基础上,对水资源供需系统仿真方案与决策优化进行综合分析。研究结果表明:① 随着经济发展和人口增长,长株潭城市群水资源供需矛盾将日趋紧张;② 在协调型模式下,到2030 年长株潭城市群总需水量达到105.1×10⁸ m³,水资源供给能力尚有5.4×10⁸ m³富余,模拟期内水资源供给基本能够满足社会经济发展的需求,且能够获得最大的综合效益,是长株潭城市群水资源开发利用的相对较优方案;③ 为了实现预期目标,还需加快水利建设、完善用水管理、优化经济结构、增强节水意识、加大循环利用和环境整治,提高用水效率和水资源保障水平。研究结论可为促进长株潭城镇化发展与水资源高效配置提供依据,同时本文可为进一步深入探讨协调城镇化发展与水资源优化配置决策方案评价提供科学参考。     

Heterogeneity of water-retention capacity of forest and its influencing factors based on meta-analysis in the Beijing-Tianjin-Hebei region

Water retention is important in forest ecosystem services.The heterogeneity analysis of water-retention capacity and its influencing factors is of great significance for the construction of water-retention functional areas,restoration of vegetation,and the protection of forest ecosystems in the Beijing-Tianjin-Hebei region.A total of 1366 records concerning water-retention capacity in the canopy layer,litter layer,and soil layer of forest ecosystem in this region were obtained from 193 literature published from 1980 to 2017.The influencing factors of water-retention capacity in each layer were analyzed,and path analysis was used to investigate the contribution of the factors to the water-retention capacity of the three layers.The results showed that mixed forests had the highest water-retention capacity,followed by broad-leaved forests,coniferous forests,and shrub forests.In addition,no matter the forest type,the ranking of the water-retention capacity was soil layer,canopy layer,and litter layer from high to low.The main influencing factors of water-retention capacity in forest canopy were leaf area index and maximum daily precipitation(R2=0.49),and the influencing coeffi-cients were 0.34 and 0.30,respectively.The main influencing factors of water-retention ca-pacity in the litter layer were semi-decomposed litter(R2=0.51),and the influencing coefficient was 0.51.The main influencing factors of water-retention capacity in the soil layer were non-capillary porosity and soil depth(R2=0.61),the influencing coefficients were 0.60 and 0.38, respectively.This study verifies the simulation of the water balance model or inversion of remote sensing of the water-retention capacity at the site scale,and provides scientific basis for further study of the impact of global change on water retention.     

京津冀城市群虚拟水贸易的近远程分析

虚拟水贸易能重新分配区域间的水资源。在京津冀协同发展的背景下,厘清京津冀城市群与外部的虚拟水贸易及城市群内部的虚拟水流动,有助于深入理解该地区的水资源供需现状及问题,为制定虚拟水贸易相关策略、实现区域水资源优化配置、保障区域水资源安全提供决策支持。本文基于2010年全国区域间投入产出表,测算了京津冀城市群各省（市）水足迹及与全国各省域单元的虚拟水贸易量。从近远程视角定量评估城市群地区对内、外部水资源的依赖程度,并分析虚拟水贸易的距离特征。研究发现：① 京津冀城市群各省（市）各部门用水系数显现出差异性,农业部门用水强度最高,直接用水与完全用水系数分别超过300 m ³/万元和400 m ³/万元;② 京津冀城市群内部各省（市）人均消费水足迹差异大,北京、天津、河北的人均水足迹分别为405 m ³、565 m ³、191 m ³;③ 京津冀城市群的消费水足迹遍布全国各省域单元,近程水足迹与远程水足迹分别为91.4亿m ³、198.5亿m ³,其中,近程水足迹主要来源于本省（市）,西部地区对远程水足迹的贡献最大;④ 京津冀城市群的虚拟水输入总体偏向来源于距离较近的省域单元,北京、天津、河北水足迹距离来源地的平均距离分别为1049 km、1297 km、688 km;⑤ 北京和天津为虚拟水贸易的净流入区,对外部水资源的依赖性强;河北为虚拟水贸易的净流出区,为京津冀城市群及其他地区供给水资源,虚拟水净流出进一步加剧了河北的水资源短缺。未来,受人口增长、经济发展等因素影响,京津冀城市群的水资源压力将进一步加剧,提高用水效率、升级产业结构、提倡低水足迹消费模式、实行虚拟水战略是实现京津冀城市群可持续发展的有效途径。     

京津冀地区人口规模调控政策参数化路径与系统模拟

政策调控是实现区域社会经济均衡发展的主要手段,采用系统分析方法评估和预测政策实施效果是进行决策的重要依据。然而,当前政策制定存在目标指向性不具体、调控力度不明确、协同作用机制不清晰等问题,既阻碍了政策的有效落实,更无法开展政策实施效果分析和决策优化。其根本症结在于缺少能够量化具体的政策目标并精确指导区域管理对策的政策参数。本文提出了面向系统动力学(System Dynamic, SD)模拟的区域调控政策参数化路径。通过细化政策指标、量化政策参数和区间化调控范围等方法,将政策调控转变为系统变量形式,代入到政策交互作用的系统动力学模型中,实现对政策调控效果的模拟。本文以区域人口规模调控政策为切入点,选择京津冀地区为案例区进行实证研究。结果显示,面向系统动力学模拟的政策参数化方案很好地重现了区域人口规模政策调控过程,能有效提高调控政策实施的精确性和可操作度,并为区域调控政策的配置和优化提供理论和方法的支撑。     

重庆焦石片区岩溶水动力水化学及其动态特征分析

在对焦石片区岩溶水系统的水动力特征分析的基础上对水化学类型进行了总结,并结合降雨资料与典型泉域流量或水位动态关系的研究,得出了岩溶水系统分为汇合流型和分散流型两种水动力;其主要的水化学类型为重碳酸盐型水;岩溶水的动态变化对降水反映极为灵敏,主要受降水量大小的控制。     

张掖地区水资源承载力多目标情景决策

本文以黑河流域中游张掖地区为例,基于水-生态环境-社会经济耦合系统的原理建立了水资源承载力的动态整合模型—投入产出多目标情景决策分析模型,对开放系统环境下的水资源承载力及与之相关的土地资源开发利用、虚拟水贸易与社会经济问题进行了深入分析,就产业结构调整、人口和城市化发展、节水技术进步、生态环境保护、分水、虚拟水战略等政策情景对水资源承载力的影响进行了定量分析评价。     

湿地蓄水量动态SD仿真研究--以三江平原沼泽湿地为例

在沼泽湿地水循环系统分析基础上,根据系统动力学方法和原理,探讨湿地蓄水量动态仿真的方法、步骤和过程;以三江平原湿地生态实验站沼泽湿地为例,通过系统分析、函数建立、程序编写等过程建立了沼泽湿地蓄水量动态仿真模型,对模型反复检验和调试,直到获得较好的仿真效果;通过1997、1998、1999连续三年湿地水位变化实测与仿真结果的对比显示,仿真效果较好。