流域水循环系统多维调控方案的评价与优选

分析水循环系统在“自然-社会”二元驱动下产生的五维属性,利用熵理论与协同学理论对水循环系统多维调控方案进行评价与比选:选取各维属性特征值作为调控方案的评价指标(序参量),建立评价指标与水循环系统五维属性间的量化关系;提出单一方案系统协调度评价指标与组合方案有序度综合距离评价指标,评价和比选单一调控方案和组合调控方案的水循环系统整体调控效果,确定较优的单一调控方案与组合调控方案。以海河流域为例,验证所提出的水循环系统多维调控方案评价与优选方法的可行性。     

秦淮河水文水动力模型及实时校正

为了解秦淮河的径流规律及特征,针对秦淮河流域的地形、水系、产汇流特性、水利工程及下游潮位特征,构建了秦淮河流域水文水动力模型,计算了秦淮河水系主要计算断面的水位流量过程,并选择K最近邻算法(KNN法)和反馈法两种实时校正方法对模拟结果进行校正。结果表明,以各洪水场次的洪峰相对误差和纳什效率系数作为评价指标,秦淮河流域水文水动力模型模拟效果良好,经实时校正后,模拟精度得到了进一步提高,可用于流域的洪水预报。     

子牙河流域防洪规划方法探讨

子牙河流域是海河流域防汛工作的重点之一.子牙河流域防洪体系的建设对保护流域内社会经济可持续发展具有重要意义.本文依据子牙河流域内水文特征及防洪体系现状与特点,以"全面规划、统筹兼顾、标本兼治、综合治理"为普遍原则,实现子牙河流域防洪规划,维持并完善"上蓄、中疏、下排,适当地滞"的防洪格局,依据防洪规划标准在流域范围内开展防洪工程规划,并对工程实施效果进行评价.以滹沱河和献县泛区防洪规划为例,经规划该区域防洪能力得到普遍提高,流域内防洪工程中存在的诸多问题得到解决.因此,子牙河流域内防洪规划的最终实现,可使该流域内防洪措施更加完善,流域防洪能力得到普遍提高.     

永定河流域健康评估及其变化分析

人类社会的高速发展导致流域水资源短缺和水环境污染等问题日益严重。永定河流域作为海河流域的重要组成部分,流经内蒙古、山西、河北、北京、天津5个省（自治区、直辖市）,其健康发展状况对所在地区具有重要影响并值得深入研究。本研究在综合分析国内外流域健康评价方法的基础上,构建永定河流域健康评价指标体系,采用综合指数评价法和层次分析法对永定河流域18个子流域2005-2020年的健康状况进行评价。研究结果表明,永定河流域在2005-2020年整体健康状况无明显变化,个别子流域健康状况在前期有小幅度恶化的现象,但整体在2020年得到改善。通过分析流域健康变化原因认为,水资源量匮乏、经济发展不平衡以及人类活动剧烈干扰是导致永定河流域健康状况一般及局部恶化的主要原因,并据此给出了永定河流域健康管理的对策和建议,为永定河流域的合理开发利用与保护提供参考。     

海河流域与水相关的生态环境承载力研究

为实现海河流域的可持续发展,需进行生态环境承载力研究.本文从水资源、生态环境、人口与经济的关系出发,针对海河流域生态环境恶化问题,探讨了与水相关的生态环境承载力的内涵、指标体系;提出时间序列与最优化理论相结合计算生态环境承载力的量化模型;得出海河流域现状处于生态环境严重超载状态;在南水北调、经济常规发展下,到2035年左右达到可承载的良好状态.     

Water cycle evolution in the Haihe River Basin in the past 10000 years

The water shortage problem in the Haihe River Basin is the most severe in China, and has restricted its economic development. Over-extraction of groundwater has been very severe in the past 30 years. To solve this problem, scientific decisions should be made from a historical perspective. It is important to describe water cycle evolution in the Haihe River basin over the past 10000 years. Datasets of paleoclimate, paleogeography, palynoflora, historical record, isotopic abundance ratio and content were collected for research on different time scales. Some interesting conclusions were drawn by a comprehensive analysis method. First, radiation was the intrinsic force driving the evolution of water cycle. Generally, precipitation increased with temperature. Second, precipitation was high during 8 ka-5 ka B.P., the so-called Yangshao warm period of the Middle Holocene, which recharged the major part of the Quaternary groundwater. Third, heavy floods during this period transported sediment to the seaside, forming the Coastal Plain where cities such as Tianjin, Huanghua, Cangzhou are now located. In the last 3000 years, intermittent moderate floods did not have enough energy to transport sediment to the sea. Rivers usually overflowed in the piedmont region of the Taihang Mountains, and sediment deposited there formed the Piedmont Plain, where locate Shijiazhuang, Xingtai, Handan, Baoding and other cities. Precipitation had a high correlation with temperature in Haihe River Basin in the past 10000 years: the high temperature usually coupled with high precipitation. Today precipitation in the Haihe River Basin is relatively low, owing to low temperature. This study reveals the relationship between temperature, precipitation and river networks in the past 10000 years in Haihe River Basin, which has great scientific and practical importance in understanding the current water circulation and water shortage.     

从海河流域研究案例浅议珠江流域水环境管理(英文)

珠江流域和海河流域是我国大河流域中水资源量相对丰富和相对短缺的典型代表,这两大流域自然地理存在着明显差异,经济发展情况不尽相同,各自的水资源量存在较大差别,但水环境污染问题却有诸多相似之处。总结了海河流域前期研究:1)水环境复合污染特征及其变化规律研究基础,特别是各种持久性难降解有机污染物(POPs),重金属污染及新型污染物的分布规律及污染程度,提出流域尺度、强人为干扰条件下复合污染综合效应的量化评价方法。2)基于流域水环境特征,提出耦合水质、水量和水生态的流域水环境风险评价的概念,建立了适用于流域尺度的综合风险评价模型和子流域尺度的相对风险评价模型(RRM),在终点的选取中,同时考虑生态终点和人体健康终点,尝试通过RRM进行生态风险和健康风险的整合。3)基于流域水环境特征,提出了流域尺度的健康评价方法,建立水质-水量-水生态-社会服务综合指标体系。最后,分析了当前珠江流域水环境问题,提出应加强水环境风险研究,尤其是复合污染潜在生态风险。此外,还应加强区域合作,鼓励公众参与保护水环境。     

海河流域水质时空变异规律的分析

随着社会经济的发展，海河流域水资源遭到破坏性的开发，水污染问题日益严重. 为了分析流域整体水平上的水质时空变异规律，本文选取了海河流域内2004—2016年7个水质自动监测断面的水质监测数据，利用Mann-Kendall非参数检验对7个点位的pH以及DO、COD_Mn、NH₃-N等物质质量浓度进行检验，得出其随时间的变化趋势及突变点. 以天津三岔口断面为例，利用散点图的方式直观判断出各监测因子年内变化规律. 根据水质监测数据分别计算出各断面pH及DO、COD_Mn、NH₃-N质量浓度的均值及标准差，分析比较得出流域内水质的空间分布状况. 结果表明:1）海河流域的水质状况在2004—2016年间有改善的趋势；2）海河流域的水质突变主要集中在2006—2007年，降水量过少是导致水质突变的主要因素；3）通过空间分析得出岗南水库水质最好，聊城秤钩湾水质状况最差，水质空间分布总体符合支流优于干流、上游优于下游的规律.      

Integrated simulation of the dualistic water cycle and its associated processes in the Haihe River Basin

Water resource shortages, water environmental deterioration, and water ecological degradation are becoming increasingly prominent in the Haihe River Basin under the effects of global climate change and intense human activity. Finding ways to solve these problems reasonably is an urgent task in basin water resources management. The water cycle describes the formation and transformation of every water drop, while it interacts with associated water ecology and water environment processes. Therefore, to fundamentally solve the above problems, the three processes must be combined and the evolutionary trends of the ecology and water environment driven by the water cycle must be determined. To comprehensively diagnose and solve the problems of water resources, ecology and water environment in the basin, an integrated simulation platform of the dualistic water cycle and its associated processes in the Haihe River Basin was established by fully analyzing the "natural-social" dualistic characteristics of the evolution of the basin water cycle in this study. Accordingly, it is a supporting tool to evaluate the future trends of water resources, ecology and the water environment by setting scenarios based on the predictions of a climate mode and water control conditions. The results show that with climate change, the water consumption, groundwater overexploitation, and the amount of water flowing to the sea could develop soundly and satisfy the requirements of national economic growth in the future planning year 2030 through the implementation of water consumption control management and the South-North Water Diversion Project. Meanwhile, associated water environmental deterioration can be alleviated, and a growing trend for production capacities of the natural ecosystem and agro-ecosystem is seen. The above results provide a foundation for implementing basin water resources regulation and the most strict water resources management.     

基于水环境数学模型的竹桥河流域综合整治成效模拟分析

以竹桥河水质达标为目的,综合考虑整治范围内水体污染来源及水文条件等因素,采用水环境模拟技术建立竹桥河流域的水动力与水质动态二维模型,采用现场实测、监测数据等有效资料对模型参数进行率定.并利用率定后的模型对综合整治方案进行水质模拟.结果表明:根据现有整治方案,当竹桥河流域整治后截污率达到60%的情况下,干流COD、NH₄+-N可在入河口稳定达到地表水Ⅲ类水质要求,但TP在河口处不能稳定达到地表水Ⅲ类水质要求.为保证水质稳定达标,还需对畜禽养殖污染进行控制,即减少生猪养殖约3 000头/年.     

基于SWAT模型的鄂西犟河流域非点源污染模拟

分析非点源污染对于水污染防治具有重要的指导意义,运用数学模型模拟是非点源污染研究的重要方法之一.该文为了解犟河流域的非点源污染的时空分布特征,为当地提供污染防治的研究依据,基于SWAT(soil and water asssesment tool)模型,在缺乏水文资料的犟河流域采用参数移植法进行非点源污染模拟.结果表明：可以采用参数移植法,通过上级流域的模拟得到用于犟河流域模拟的各参数.模型模拟精度评价分别为(氨氮R2＝0.77,NSE＝0.75;总磷R2＝0.77,NSE＝0.73).研究表明SWAT模型在犟河流域具有适用性,基于SWAT模型进行的非点源污染模拟的时空分布特征明显,犟河流域经过多年治理,其污染负荷量均表现出下降的趋势.     

Pollution characteristics and ecological risk of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in surface sediments of the southern part of the Haihe River system in China

The southern part of the Haihe River system, the largest river system in the Haihe River Basin, is important to maintain a healthy ecosystem and safe drinking water as well as for the economic development of China. To assess the effect of rapid industrialization and urbanization on the pattern of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) contamination, the PAH pollution characteristics of the southern part of the Haihe River system was investigated. Sixteen PAHs in surface sediments samples collected from 24 sites covering the southern part of the Haihe River system from the upstream to the estuaries were detected and analyzed. The total PAH concentration ranged from 258.77 to 11296.66 ng/g dry weight. On average, 2-, 3-, 4-, 5and 6-ring PAHs comprised 25.32%, 27.22%, 22.62%, 14.89% and 9.96% of the total PAHs, respectively. Sites with high concentrations were concentrated in the Fuhe River, Fuyang River and Wei River, which are located near cities. A risk quotient (RQ) was used to assess the ecological risk of PAHs. The mean values of the RQ(MPCs) of individual PAHs were lower than 1.00, except for those of naphthalene (2.00) and pyrene (1.67). The RQPAHs calculated for the samples indicated that the Xidayang reservoir and the estuary of the Ziya River were determined to be at a low risk level, while Baoding City, Handan City and Aixinzhuang were determined to be at a high risk level.     

界壳的泛系观控模型及其在水资源中的应用

结合界壳理论和泛系观控理论建立了界壳的泛系观控模型,并将该模型应用于2020水平年黄河流域水资源的规划与管理中,通过对23组多维临界调控方案进行研究,定性和定量分析了黄河流域水资源多维临界调控方案的风险、比较收益、约束信息量及其之间的关系,实现了多维临界调控方案的优选和水资源的合理规划与管理.该结果表明界壳的泛系观控模型应用于黄河流域水资源的规划与管理时良好、可行,为流域水资源的规划与管理提供了新的定性与定量分析方法.     

多时间尺度下遥感降水产品与再分析降水产品在海河流域适用性对比分析

为了综合评估热带降雨测量卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)、全球降水测量计划(global precipitation measurement,GPM)遥感降水产品和MERRA-2再分析降水产品在海河流域的适用性,基于流域内57个气象站点2014年3月—2018年2月期间的逐日实测降水数据,选用相关系数、均方根误差、平均绝对误差、相对误差等评价指标,对比分析三者在海河流域年、季、月多时间尺度观测精度.结果表明:在年、季、月时间尺度上,GPM数据与站点实测数据的相关性均为最优,TRMM相关性均最弱.在3种时间尺度下,MERRA-2再分析数据在海河流域的数据精度最高,GPM次之,TRMM数据误差最为明显.TRMM、GPM在年度、季度降水量上均存在一定的高估现象,TRMM表现出对降水的高估现象更加明显,但是夏季GPM相对误差略高于TRMM数据.总体上,3种降水产品在海河流域均具有较好的适用性,但MERRA-2与GPM在海河流域的适用性较好且优于TRMM,GPM在弱降水观测能力方面较TRMM明显增强,但强降水监测能力仍有待提升.     

近51年海河流域气候变化特征分析

在全球变暖的背景下,海河流域作为我国重要工农业生产地,气候正在发生重大变化.利用1960年-2010年海河流域30个气象站点的气温和降水资料,将每个站点的气温和降水量展布到全流域,采用线性倾向估计、Mann-Kendall非参数检验、滑动T检验和小波分析等方法分析海河流域气候的变化特征.结果表明：海河流域气温呈明显上升趋势,其中西部和东部明显高于南部和北部,年平均气温在1988年发生突变,气温变化存在7a和10～15a2个周期;整个流域的降水量呈下降趋势,其中北部的内蒙古地区和河南的北部地区降水减少趋势最为明显,降水量在1997年发生突变,降水变化存在5～7 a和10～15 a 2个周期.     

海河流域50年来参考腾发量的时空变化规律及其影响原因

根据海河流域34个站点1957—2007年逐日实测气象资料,结合旋转正交函数(REOF)、参数t检验法和Mann-Kendall检验方法对海河流域参考腾发量(RET)及其相关的4个气象变量(平均气温、风速、相对湿度和日照时数)的时空演变特征进行了分析,在此基础上,分析了RET对气象变量的敏感性,定量评估了气象变量对RET变化的贡献程度,探讨了影响RET变化的可能原因.结果表明,过去50年,海河流域59%的站点RET呈现显著下降趋势,主要分布在东部平原区,呈现显著上升趋势的站点主要分布在西部山地区.依据REOF分析结果,海河流域可以划分为3个区域:西部区、北部区和东部区;北部区和东部区的RET都呈现出显著的减少趋势,而西部区则呈现出显著的增加趋势;相对湿度是对RET最敏感的气象变量,风速和日照时数次之,平均气温对RET的敏感性最小;海河流域西部区RET的增加主要是由该区域显著减少的相对湿度所引起的,而北部区和东部区显著下降的风速和日照时数是导致这两个区域RET减少的主要原因.     

山西省海河流域永定河水系排污口水质评价

由于排污口的影响,导致山西省海河流域永定河水系整体水质较差,所选监测点监测结果显示,除册田水库水质尚好,其余都为劣Ⅴ类水质。     

海河河口生态需水量研究

分析了河口淡水对盐度乃至生物产生的影响．以海河河口及近岸海域为对象,通过建立入海径流与盐度的回归关系,用20世纪80年代中期以前的多年平均盐度值作为盐度控制标准,以计算得到的该标准下的入海径流21．6亿m^3作为海河河口生态需水量,对海河流域年内过程和各水系的生态需水进行了分配、在与现状生态用水比较后可知,大部分年份均不能满足生态需水要求,应加强人工调控．保证入海水量需求、     

基于信息熵的流域水文要素时空变异分析研究

潮白河流域位于海河流域的上游,也是北京市重要水源地密云水库的上游.近年来,密云水库的入流呈急剧下降的趋势,已经严重威胁北京市城市供水的安全.为深入理解密云水库来水急剧减少的影响原因,进行水文要素的时空变异分析是十分重要和必要的.传统的变异方法主要采用变异系数.结合信息熵理论与新兴的GIS技术,提出一种基于差异信息测度的普通序列和栅格序列的信息理论与方法,并应用于潮白河流域1973～2002年58测站的降雨数据和2个入库流量数据的分析.结果表明,该方法是可行有效的,同时也显示,降雨的时空变异不是造成潮白河流域流量剧减的主要原因.     

海河流域地下水储量时变趋势分析

海河流域水资源短缺,水资源供需矛盾突出,地下水供水量占流域总供水量的65%.长期以来,地下水资源被超采利用,然而由于监测地下水储量变化的监测井数量有限且分布不均,很难从流域尺度把握地下水储量的时空变化.本文利用GRACE重力卫星CSR05数据反演推算了海河流域2005～2009年间地下水储量的时序变化,为合理利用地下水资源提供科学依据.为验证GRACE反演推算结果的可靠性,将结果与该流域170眼监测井的数据进行对比分析,结果显示二者的变化趋势基本一致.研究结果表明:海河流域2005～2006年间地下水储量整体有所增加,且增加的幅度在逐步增大,在2006年达到峰值;自2006年起,地下水水储量上升的幅度呈缓慢减小的趋势,一直持续到2007年夏季.随后海河流域地下水储量减少,且减小的幅度变化不大.由此可以看出在该5年中地下水储量变化的整体趋势是逐年较小的.