区域水资源承载力理论与方法探讨

在总结区域水资源承载力的研究基础上, 以城市化地区为重点从水循环过程出发, 探讨 高强度人类活动影响下水资源的形成和转化规律, 分析水资源承载力的内涵, 探讨城市化地区水 资源承载力的理论研究基础, 即: 变化环境下的水循环理论、城市化与“社会经济—水资源—生态 与环境”系统交互胁迫理论和可持续发展理论。并在可持续发展原则指导下, 提出城市化地区水 资源承载力量化研究的理论框架和方法, 将城市化地区水资源承载力的研究纳入到区域“社会经 济—水资源—生态与环境”复合系统中, 从水循环动力过程出发, 揭示水资源承载力的本质。研究 成果可为城市化地区节水战略的实施、水资源合理配置和社会经济的可持续发展提供理论支撑。     

海河流域地表水与地下水耦合模拟

近10年来海河流域地下水超采严重,急需加强流域地表水与地下水统一管理。地表水与地下水的耦合模拟研究是实现流域地表与地下水资源综合管理的重要支撑。本文探讨了当前3种不同的地表水与地下水耦合方式,基于现有数据条件和应用管理的需求,提出了将成熟的流域地表水SWAT与地下水MODFLOW模型进行松散耦合的技术框架,并构建了海河流域地表水与地下水耦合模型。在流域地表空间上,根据流域特性和管理需求,划分了283个子流域和2100个水文响应单元（HRU）;在平原区地下空间上,基于15个大的岩性分区剖分出若干个4km×4km网格。通过GIS平台,建立流域地表水与地下水计算单元的转换关系。并利用1995．2004年水文气象数据进行验证分析,取得较好模拟精度。该耦合模型不仅能够支撑流域现状管理,而且可用于气候变化与南水北调工程对流域水资源影响评估分析。     

雅鲁藏布江流域不同源降水数据质量对比研究

本文以雅鲁藏布江流域为研究区,利用13个气象站点的实测降水量数据在年和月尺度上验证了中国地面降水网格数据、CRU(Climatic Research Unit)降水数据和GLDAS(Global Land Data Assimilation System)降水数据的精度,并分析了不同源数据降水量年际变化特征和概率分布特性之间的差异。结果表明：4种不同来源的降水数据均存在一定程度的差异。年尺度和月尺度上中国地面降水网格数据与实测降水量数值最接近;而CRU降水数据和GLDAS降水数据与实测降水量相差较大,在使用时需谨慎。从空间差异性看,年尺度上CRU降水数据在每个站点与实测降水数据的相关性均高于GLDAS降水数据,说明前者的空间一致性较好,但相对误差却比GLDAS降水数据大。从年内变化趋势看,中国地面降水网格数据能较好地反映流域降水月尺度的变化特征,CRU降水数据则在流域大部分地区的汛期时段都存在明显的高估,而GLDAS数据无法反映月降水变化趋势,年内坦化现象十分显著。从年际变化特征看,中国地面降水网格数据能较好地反映实际降水量的年际变化特征,而GLDAS降水数据和CRU降水数据反映的降水量年际变化特征偏小,其中GLDAS数据的坦化现象更严重,会高估低降水值,低估高降水值。从降水概率分布情况来看,3种来源的降水数据均不能反映站点实测的极端降水事件。     

河湖水系连通的关键科学问题与研究方向

水资源时空分布不均,与经济社会格局不匹配,严重制约了中国的可持续发展。中国水情复杂,河湖水系正面临洪涝频繁、供水不足、河湖萎缩、水生态退化、水环境污染等诸多问题。面向国家发展新战略要求和现代化目标,有效解决复杂水问题,是新形势下生态文明建设和水资源可持续利用的重大需求。积极推进河湖水系连通,着力提高水资源统筹配置能力、河湖健康保障能力和水旱灾害抵御能力,是科学治水兴水的重大战略;开展深入的理论与技术研究是科学推进河湖水系连通的当务之急,也是治水兴水保障生态文明建设、支撑国家现代化进程的重大需求,具有重大意义。在分析全国河湖水系面临问题的基础上,讨论了河湖水系连通研究的必要性和迫切性,分析提出了河湖水系连通的三个关键科学问题及其研究框架,并对河湖水系连通的重要研究方向进行了探讨。     

地表水和地下水耦合模型研究进展

地表水和地下水的转换及其过程耦合模拟,是水资源开发利用和科学评价的基础。本文归纳了国内外16 种地表水和地下水耦合模型,并根据耦合模型的特点和耦合方式,划分了三类耦合类型,即：紧密耦合型、半松散耦 合型和松散耦合型。对其中比较典型的“四水”转化模型、SWATMOD、MIKE- SHE、MODBRANCH 模型进行了对比分 析,剖析了不同耦合模型的优缺点,为地表水和地下水耦合模拟研究提供了很好参考。     

北京市通州区水资源综合承载力

目前,通州区已被定为北京市的新的发展中心,但水资源短缺和污染已经严重限制了当地的可持续发展。本文以可持续发展为原则,基于"自然—社会"水循环,提出了通州区水资源综合承载力量化模型。根据通州区的未来发展规划,设计了3种情景来提高该地区的水资源综合承载力。研究表明水资源短缺严重制约了通州区的城市化进程和可持续发展,外调水、本地区节水和控制污染是解决通州区水资源短缺的有效途径。     

HIMS模型参数的不确定性及其影响因素

模型参数的不确定性及影响因素分析对无资料流域水文预报具有重要意义。本文以澳大利亚3 个流域为例,采用GLUE方法分析HIMS模型参数的不确定性,在此基础上探讨流域物理属性对参数取值的影响。研究发现:① HIMS模型9个参数的不确定性都比较大,属于敏感参数;② 降雨量、森林覆盖度和表层土壤最大有效蓄水量大的流域,土壤蓄水容量W_sm取值大;土壤饱和导水率和森林覆盖度高的流域,产流系数R、r的取值较大;温度低、森林覆盖度小的流域,实际蒸散发系数ε取值大;易透水、森林覆盖度高的流域,马斯京根汇流系数C₂取值大。这些结论能为今后在无资料流域应用HIMS模型进行水文预报提供一定参考。     

适用于遥感影像的水生态空间多功能分类体系研究

水生态空间分类体系是研究水生态空间变化的重要前提。目前,水生态空间分类体系一般都基于特定的研究或者管理目的,没有相对统一的划定标准。因此,这些水生态空间分类体系间的可比性及可操作性就存在一定的局限。鉴于此,论文结合遥感观测技术,基于系统论提出了适用于遥感影像的水生态空间多功能分类体系。该分类体系具有一定的理论基础,同时也兼具遥感技术的可操作性和可比性,能为研究水生态空间的面积动态变化提供理论基础和技术保障。此外,研究还结合生产管理经验和专家咨询等方法,建立了适用于Landsat卫星遥感数据的各类水生态空间的解译标志。最后,以中国为例,运用2015年的Landsat卫星遥感数据,划定了中国各类水生态空间的分布,并得到了不同水生态空间类型所占的面积比,这为进一步研究中国水生态空间的演化规律奠定了坚实基础。     

多源再分析降水数据在拉萨河流域应用对比研究

针对资料稀缺地区水文模拟计算难题,开展多源再分析降水数据在拉萨河流域应用对比研究,本文基于HIMS系统构建了拉萨河流域分布式水文模型,以气象站实测数据为参照,对比分析了中国区域地面降水格点日值数据集和中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集两套遥感再分析数据集的气象数据在拉萨河流域的径流模拟效果。结果表明：在日和月时间尺度上,气象站实测降水数据的径流模拟精度最好,驱动集降水数据径流模拟结果要好于网格点降水数据。总体上,基于气象站实测降水数据的径流模拟纳西效率系数为0.86(日过程)和0.93(月过程),相关系数均在0.9以上。基于两类再分析数据的降水径流模拟纳西效率系数均在0.7(日过程)和0.8(月过程)以上,相关系数均在0.9左右。对于资料稀缺地区,多源再分析降水数据是重要的可用数据来源。借助于降水—径流模型,探讨多源再分析降水数据对径流模拟精度的影响,是完善多源再分析降水数据产品质量的一个重要环节。     

小波分析方法在水文学研究中的应用现状及展望

本文首先介绍了小波分析的基本方法,主要包括小波函数、小波变换和小波消噪等。然后从6个方面,即基于连续小波变换的水文序列多时间尺度变化特性分析、基于离散小波变换的水文序列分解和重构、水文过程复杂性定量描述、水文序列小波消噪、水文序列小波互相关分析和基于小波方法的水文序列模拟预报技术,综述了小波分析方法在水文学各领域的研究应用现状和主要不足,以及存在的关键和难点问题。最后,对小波分析方法在今后的水文学研究中的应用进行了展望,并就小波函数选择、小波阈值消噪、小波分解、小波互相关分析、水文序列小波预报等具体问题提出了建议。