基于SD模型下的流域水资源-社会经济系统时空协同分析——以渭河流域关中段为例

以渭河流域关中段为例,以SD方法分别建立PRD系统线性增长模型、反馈增长模型和调水耦合模型,并采用Venp le软件进行系统仿真,结果显示:基于政府规划目标的线性增长模型是社会经济高速发展模式,但区内水资源供给与需求之间的缺口会持续加大;反馈增长模型可根据流域内水资源承载力状况调整社会经济发展目标,但难以完成关中地区所承担的发展和带动使命;调水耦合模型引入了区外水资源,地区缺水状况得到明显改善,社会经济发展保持较高的增长速度,是解决关中地区PRD问题有效途径,而调水工程和社会经济之间的协同则是近期需要解决的关键问题。     

渭河流域地下水监测与保护

渭河流域是陕西省工农业生产基地和科教，文化、经济发展中心，为保证社会经济的稳定发展和西部大开发的顺利进行，必须要从资源水利和可持续发展的战略高度充分认识和了解渭河流域水资源的实际情况，半下水监测工作的重要地位，切实加强地下水资源的监测与保护。     

基于PLUS和InVEST模型的渭河流域土地利用与生境质量时空变化及预测

生境质量是关系人类福祉和实现可持续发展的重要基础,对区域生态保护和土地资源可持续利用具有重大意义。以渭河流域为研究对象,基于2000、2010年和2020年的土地利用数据,应用斑块生成土地利用变化模拟（Patch-generating land use simulation,PLUS）模型、生态系统服务和权衡的综合评估（Integrated valuation of ecosystem services and trade-offs,InVEST）模型预测并评价了土地利用与生境质量时空变化特征。结果表明：（1） 2000—2020年渭河流域建设用地和草地面积逐年增加,林地面积略微增长,耕地面积持续减少;2020—2050年土地利用变化趋势同2000—2020年基本一致但剧烈程度显著下降,建设用地扩张趋势减缓,耕地减少幅度下降,草地面积占比超过耕地跃居流域第一。（2） 2000—2020年流域内生境质量两极分化趋势明显,低生境质量和高生境质量区域面积有所增加,中等生境质量的面积减少,整体生境质量水平呈上升趋势;2020—2050年生境质量水平继续保持逐年上升趋势但增幅放缓,生境质量变化强度下降,低生境质量区域面积逐渐减少,中等生境质量面积保持稳定,高生境质量面积有所增长。研究结果可为渭河流域土地资源可持续利用和高质量发展提供相应科学依据和决策参考。     

区域气象干旱评估分析模式

为应对全球范围内日益严重的干旱问题,对区域气象干旱相对完整的评估分析模式开展了探讨。提出了从区域气象干旱识别到干旱特征值计算,再到干旱特征多变量分析的3个分析评估步骤。并以渭河流域为例,对研究区域进行了矩形干旱评估单元划分,选取了RDI（Reconnaissance Drought Index）为评估指标对区域内各单元各时段的干旱状态进行了识别,结果与历史记载的干旱年份吻合较好。分别采用了分布拟合、相关系数和Copula函数等统计学方法对区域干旱的干旱特征值（干旱历时、干旱面积、干旱强度和干旱频率）进行了特征分析,得出了一系列的单变量、双变量及多变量特征分析对比结果。通过对各类分布函数的计算和绘图,得到了渭河流域干旱事件发生的条件概率和重现期,形成了一套相对完整的区域干旱评估分析模式。     

1951-2012年渭河流域降水频次变化特征分析

利用渭河流域26个气象站点1951-2012年的逐日及逐年降水数据,分析流域降水频次的变化特征及其相关影响。结果表明：（1）年降水频次在空间上表现出由北向南逐渐递增的趋势,最高年降水频次为111.39 d·a^-1,最低年降水频次为67.77 d·a^-1。强降水频次在空间上表现出由西北向东南逐渐递增的趋势,高值区最高年强降水频次为8.10 d·a^-1,低值区最低年强降水频次为1.99 d·a^-1。（2）年降水量与强降水频次Pearson相关系数>0的区域占到总流域面积的96.59%,>0.6～<1的区域占到了总面积的74.14%,呈现为强相关或者极强相关,Pearson相关系数为负数,且呈现强相关或极强相关的区域只占到了总面积的0.8%。（3）强降水频次在一定阶段符合幂律分布。在拟合趋势线中间会发生转折点,强降水频次的规模较大时,拟合方程为y=198.9x-1.199（R²=0.901 8,P<0.01）,强降水频次较小时拟合方程为y=113 466x-5.402（R²=0.983,P<0.01）。幂律分布规律可以深层次的解释强降水是引发渭河流域洪灾的重要影响因素。     

渭河流域秋雨统计降尺度预估的试验研究

在比较不同大尺度预报因子联合场、空间范围和数据预处理方法对统计降尺度模型预测能力影响的基础上,基于HadCM3和CCSM3两种分辨率大气环流模式(GCM)输出资料,采用主成分分析和多元线性回归相结合的降尺度方法,建立了渭河流域秋雨的统计降尺度模型,并根据分析两种GCM基准期内降尺度预测效果,对未来不同情景进行预估。结果表明,对降水量的3次方根正态化处理并不能改善模型的预测性能,而去趋势处理可提高模型对于9月的预测能力。850 hPa经向风和相对湿度组合是渭河流域秋雨的最佳预测因子。低分辨率的HadCM3模式降尺度预测效果优于高分辨率的CCSM3模式,具体表现在前者对整个流域的预测能力较高,后者只对中下游流域附近的预测效果较好。以基准期内可预报性较好的站点对渭河流域秋雨进行预测,两种模式的不同情景预估结果均表明,渭河流域2000—2099年9月降水量呈增加趋势,10月降水量呈下降趋势,降尺度模型成功预测了21世纪前10年的秋雨增加趋势。      

渭河流域汉代洪涝灾害研究

通过对渭河流域汉代(202 a B.P.~220 A.D.)历史资料的搜集和整理,对该区域该时期洪涝灾害等级、洪涝灾害的时间变化及成因进行研究。结果表明,在汉代的423 a中,渭河流域共发生洪涝灾害109次,平均每 3.9 a发生1次。轻度涝灾,中等涝灾,大涝灾和特大涝灾分别占到洪涝灾害总数的44.0%,24.8%,22.9%和 8.3%。渭河流域汉代存在两个洪涝灾害多发期,分别出现在49~10 a B.P.和91~130 A.D.。渭河流域汉代轻度和中度涝灾存在3~4 a的周期,大涝灾存在20 a左右的周期,特大涝灾存在着60~70 a左右的周期。     

渭河流域人地关系地域系统耦合状态分析

随着人类对流域水土地资源开发强度的不断扩大,流域人地关系地域系统及其演化逐步为国内外学者所关注.文章从资源环境和社会经济两个方面出发选择了与流域人地系统相关的40项指标,建立了流域人地关系地域系统评价指标体系;运用层次分析法确定指标权重,并借助系统理论建立了人地关系地域系统协调发展的动态耦合模型,对1996-2006年渭河流域人地关系地域系统的耦合态势进行了实证分析.研究表明,1996-2006年间,渭河流域的社会经济发展水平呈波动上升趋势,资源环境状况对经济社会发展响应明显,并随经济社会发展而波动,呈现先好转后恶化再好转义恶化的反复波动态势.对渭河流域人地系统耦合度的研究表明,渭河流域耦合度增长很快,并呈现出一种S型规律,即随着经济社会的发展,在开始时因资源开发需要,流域人地系统的耦合度发展缓慢,随着经济社会发展对环境逐步适应,耦合度快速上升,最后受资源过度消耗和环境污染的限制耦合度将接近某一饱和水平.目前,渭河流域已处于过度开发阶段,资源环境危机也已处于潜伏期,若不注意环境保护、过度开发资源,将很快跨越现在的阶段,持续增长的经济水平和不断提高的消费水平使资源环境系统不堪重负,环境质量不断降低,人地系统关系不断恶化,同时资源环境反馈于社会经济,系统将进入负增长阶段.     

渭河流域人地关系地域系统模拟

以渭河流域(干流地区)为例,以水资源利用为主线,利用系统动力学方法,建立了渭河流域人地关系地域系统动态仿真模型,并利用Venple软件,选取经济高速发展模式、缺水反馈模式、缺水污染反馈模式、调水耦合模式等4种方案对该系统进行调控实验.结果表明:与传统的数理模型比较,利用系统动力学模型对流域人地关系地域系统进行模拟更能够反映出流域系统的非线性、高阶次和反馈性的特征,可以较好的模拟流域水资源、污染和经济发展的耦合关系;通过对4种情形下建立的不同模式的运行结果进行比较,发现在经济高速发展模型中经济发展速度最快,但是加重了生态环境的负担,同时水资源和经济的矛盾会急剧恶化;缺水反馈模式和缺水污染反馈模式考虑了资源和环境的限制,是对经济高速发展模式的完善;调水渊控模式将区外水资源引入渭河流域,在一定程度上减轻了环境和资源压力,经济保持一定的增长速度,是最接近实际,也是目前对渭河流域人地系统进行调控最可取的方案.建议政府部门在政策制定时考虑经济、资源、环境的统筹发展,综合考虑各种约束条件可能对区域发展造成的影响,使决策更为科学合理.     

近33年来渭河流域蒸发皿蒸发量的变化特征及原因分析

为了研究渭河流域气候变化趋势及其成因,利用陕西渭河流域43个气象台站1978~2010年观测资料,采用气候趋势系数、气候倾向率和相关系数方法,分析了近33年来陕西渭河流域的蒸发皿蒸发量及其影响因子的相关性和变化趋势。结果表明:近33年来陕西渭河流域年蒸发皿蒸发量呈波动状升高,但并非显著性上升;春季和冬季的蒸发皿蒸发量表现为上升趋势,夏季和秋季则为下降趋势;四季蒸发皿蒸发量的下降主要在渭北西部;导致陕西渭河流域年蒸发皿蒸发量上升的主要原因是平均气温上升和降水量下降。