"黄河流域水资源演变规律与二元演化模型"研究成果简介

简要介绍了在国家重点基础研究发展规划“973”项目“黄河流域水资源演变规律与可再生性维持机理”第二课题(G1999043602)中取得的三项主要成果:(1)流域水资源二元演化模型;(2)黄河流域水资源全口径层次化动态评价;(3)人类活动影响下的黄河流域水资源演化规律。首先,将分布式流域水文模型(WEP-L)和集总式水资源调配模型(WARM)相耦合,建立了流域水资源二元演化模型。然后,在界定“广义水资源”与“狭义水资源”概念的基础上,提出了水资源全口径层次化动态评价方法,并给出了黄河流域评价成果。最后,通过比较2000年现状下垫面条件下与历史系列条件下的评价结果,以及考虑与不考虑人工取用水条件下的模拟结果,初步发现:(1)黄河流域在强烈的人类活动影响下,水资源量及其构成均发生了显著变化,地表水资源量衰减,而不重复地下水量增加;(2)在狭义水资源量衰减的同时,伴随着有效蒸散即降水有效利用的增加,流域广义水资源量有一定幅度增加。研究成果对客观评价水土保持生态建设、农田基本建设等土地利用变化的水文水资源效应,对黄河的治理规划和水安全战略具有重要参考应用价值。     

水土保持对黄河流域水资源承载力的影响

摘要：采用虚拟水理论建立了水资源承载力评价模型，并应用该模型评价了黄土高原水土保持对黄河流域水资源承载力的影响。计算结果发现，尽管水土保持将每年减少入黄径流8~21亿m3，但是黄河流域每年因此可以减少输沙用水46.12亿m3，增加蕴藏在农林牧产品中的“虚拟水”226.42亿m3，二者合计为272.54亿m3，远大于水土保持减水量；扣除水土保持减水量，根据2000年我国人均水足迹，截至“九五”末期，黄土高原水土保持可以使黄河流域水资源多承载人口3974~4197万，从而大幅度提高了黄河流域的水资源承载力。     

水土保持对黄河流域水资源承载力的影响

采用虚拟水理论建立了水资源承载力评价模型,并应用该模型评价了黄土高原水土保持对黄河流域水资源承载力的影响。计算结果表明:虽然水土保持将每年减少入黄径流8亿～21亿m3,但是黄河流域每年可以因此减少输沙用水46.12亿m3,增加蕴藏在农林牧产品中的"虚拟水"226.42亿m3,总计272.54亿m3,远大于水土保持减水量;扣除水土保持减水量,根据2000年我国人均水足迹,截至"九五"末期,黄土高原水土保持可以使黄河流域水资源多承载人口3974万～4179万,能大幅度提高黄河流域的水资源承载力。     

基于流域水循环模型的广义水资源评价(Ⅰ)——评价方法

本文针对传统水资源评价中仅以径流性水资源为评价对象、没有考虑生态系统对雨水资源的直接利用，不能反映水循环过程中的全部有效水量及其利用效率等问题，阐述了广义水资源(既包括径流性水资源，又包括植被、作物等生态系统利用的雨水资源)的概念，论述了广义水资源评价的必要性与可行性；提出了基于流域水循环模型的广义水资源评价方法和具体计算公式，并以分布式流域水循环模型WEP-L为例对广义水资源各构成部分如何计算进行了说明；提出了根据广义水资源各分量在循环利用过程中，是否发挥关键功效来初步界定“高效水量”和“低效水量”的评价方法。     

现状条件下河南省水资源评价及其影响因素分析

河南省年降水量和地下水资源量较多年均值无明显变化,但水资源总量特别是地表水资源量明显减少。分析其变化原因,除气候变化因素外,一是受人类活动影响;二是采用实测地表径流加还原水量的天然径流计算方法。通过现状条件下水资源评价成果与以往成果对比分析,探明区域水资源调查评价和分析计算成果的影响因素,对今后研究改进现状水资源调查评价方法和提高计算成果精度,具有重要意义。     

黄河流域宁夏段径流对LUCC的响应研究

宁夏段黄河流域因降水量少、水土流失严重、工农业用水量持续增加等原因导致水资源日益紧张。为了充分合理调度水资源以缓解该区用水压力,研究利用SWAT模型对径流进行了模拟,采用确定性系数(R2)和Nash-Sutcliffe效率系数(Ens)评价了SWAT模型在宁夏黄河流域的适用性。模型构建后,通过改变土地利用和土地覆被类型,研究了水田、水浇地、旱地、有林地、灌木林地、草地6种土地利用方式的面积分别增加5%、10%、15%、20%和分别减少5%、10%、15%、20%的条件下径流的变化情况。结果表明:草地和灌木林地面积增加,径流量增大;水田、水浇地、旱地、有林地面积增加,径流量减小。     

黄河流域水资源利用趋势分析

为了提高公众的节水、惜水意识,促进黄河流域水资源的合理开发、利用、分配、节约和保护。本文介绍了黄河流域水资源及其利用情况。采用趋势和对比方法,分析了黄河流域水资源总量变化,地表、地下水资源和用水组成变化趋势。结果表明:近年来,黄河流域水资源总量呈减少趋势,而用水量在逐年增加。通过本次分析研究,提高了对黄河流域水资源及用水情况的认识。     

人类活动干扰对灞河流域设计洪水的影响研究

我国干旱半干旱地区,强烈的人类活动干扰引起城市河流洪水过程的显著变化,影响防洪与水资源规划设计结果。基于改进的网格化分布式降雨径流模型MCDRM(Modified Cell Distributed Rainfall Run-off Model),定量研究土地利用变化、水库建设运行对不同重现期暴雨洪水过程变化的影响。以秦岭北麓城市型河流灞河为例,结合流域典型人类活动干扰产汇流下垫面条件的实际情况,构建暴雨洪水模型,并依据推理公式法计算结果率定模型参数。研究结果表明:2000年后,西安市城镇加速扩张,并启动"八水润长安"工程建设,使得流域内城市用地及水域面积增加、水资源开发利用强度增加明显。强烈的人类活动改变了流域降雨产流、汇流的下垫面条件,引起流域洪水过程变化;秦岭北麓灞河流域1980-2015年设计洪水洪峰、洪水总量均减少。与1985年相比,2015年流域内重现期为10、20、50、100年一遇的设计洪峰流量平均减少22. 98%,设计洪水径流总量平均减少约21. 4%。其中,100年一遇标准设计洪峰径流减少23. 88%,20年一遇标准设计洪水径流总量减少21. 51%。基于改进的网格化分布式降雨径流模型,开展城市河流人类活动干扰的暴雨洪水模拟与响应变化研究,结果可为干旱半干旱区中小流域设计洪水复核与计算提供新的参考。     

永定河上游人类活动对降雨径流关系的影响

通过水资源开发利用及水土保持综合治理，永宁河上游流域下垫面条件不断改变，从而影响了产汇流条件和官厅水库入库径流；利用新资源延长官厅水库径流系列，建立流域降雨径流关系，定性分析人类活动对官厅水库年降雨径流关系的影响，为流域水资源开发利用和综合治理研究提供依据。     

环境变化对河北省可利用水资源的影响

环境变化及其对可利用水资源的影响是复杂的，根据20世纪50年代以来的大量统计数据分析表明，近30年来，由于自然环境的变化、人类活动的增强，河北省可利用水资源量处于减少的态势。地下水超采所引起的地下水位持续下降，不仅造成地表产流减少，而且使降水对地下水的补给量减少。作物产量水平的提高，在直接消耗大量水资源和土壤水分的同时，也使农田蒸散发加强，从而造成地表径流量和地下水补给量的减少。在新一轮水资源评价中，要充分考虑环境变化对水资源的影响，加强地下水位大埋深条件下，地表产流量，地下水补给量，以及作物产量水平提高对水资源影响的实验研究，以提高新一轮水资源评价成果的精度。     

基于二元水循环模式的水资源评价理论方法

国内外流域水资源评价方法是随着水资源稀缺性的逐渐增强而不断发展的。时至今日，传统的水资源评价方法在描述人类活动干扰和满足不同层次水资源规划要求方面面临严峻挑战。本文提出了水资源全口径层次化动态评价方法，即以降水为资源评价的全口径通量，遵照有效性、可控性和可再生性原则对降水的资源结构进行解析，实现广义水资源、狭义水资源、径流性水资源和国民经济可利用量的层次化评价。在手段上，构建了由分布式水循环模拟模型与集总式水资源调配模型耦合而成的二元水资源评价模型，并将下垫面变化和人工取用水作为模型变量以实现动态评价。     

陕北秃尾河流域水土保持措施径流效益研究

为评价径流变化特别是水土保持措施对陕北秃尾河径流的调节效果,依据已有的研究成果,并结合该流域实测资料,利用成因分割法等方法对秃尾河流域径流的变化情况进行了研究,计算出水土保持措施径流效益。研究结果表明,经以流域为单元的水土保持综合治理,秃尾河流域径流量相对减少,其中水土保持措施的径流效益显著。可为更好地维护陕北地区生态环境、治理黄河中游流域水土流失以及科学合理调配利用水资源提供依据。      

黄河流域水资源量分配思路探讨

根据黄河流域水资源调查评价成果,分别给出了黄河流域分区水资源量、断面水资源量成果,与现行黄河水量分配方案对比,发现现行水量分配方案存在所依据的黄河径流量偏多、没有考虑地下水量等不足,因此合理的黄河水资源分配应为水资源总量分配,应当同时考虑地表水和与地下水的水量分配,两者共同构成沿黄各省(区)的可消耗黄河水量。     

气候变化和人类活动对黄河重点区间径流的影响

科学分析径流变化归因是流域治理的一项基础工作,对水资源管理具有重要意义。采用水文模拟途径定量评估了气候要素变化和人类活动对黄河重点水文站华县、河津、■头、龙门水文站河川径流变化的影响。结果表明:受人类活动影响,实测径流量出现明显的阶段性变化,突变之后的径流量较突变前减少了30%以上;可变下渗容量模型对黄河流域天然径流量具有较好的模拟效果,能够用于天然径流量的模拟;人类活动是黄河径流量减少的主要原因,人类活动的影响占径流量减少的70%以上;进入21世纪以来,由于降水增加,因此气候要素对径流量减少的贡献率有减小趋势。     

农业水价调整对广义水资源利用效用研究

文章旨在反映农业水价变化对地区水资源利用效率和效益的影响。以经济学理论为基础,建立起农业用水的需求函数模型,研究宁夏农业水价与用水的关系;对不同水价方案进行水资源配置分析和水循环过程模拟,分析各种方案下用水部门的用水效率;进一步分析各方案的经济、社会和生态后效性响应,评价区域广义水资源利用效益。随着水价的提高,农业用水将呈下降趋势,用水量变化影响了区域的水循环转化过程,改变了生活、经济及生态的广义用水格局,使得区域水资源消耗总量减少,促进了地区用水效率的提高,同时也促进了单位水经济产出的增加,使得用水结构趋于合理、用水效用趋于高效。     

黄河流域水资源利用与保护问题及对策

考虑气候变化和人类活动对下垫面的影响等因素,评价分析了黄河流域水资源量及其未来变化的趋势,分析了经济社会发展和城镇化进程加快条件下的流域供用水变化情况。根据流域特点和未来经济社会发展态势,分析了黄河流域2020、2030水平年水资源利用与保护面临的形势,提出了相应的水资源保护措施:①优化配置、统一调度水资源;②强化节水,加快节水型社会建设;③控制污染物入河总量;④加快大型骨干水利工程建设;⑤建立水资源可持续利用的制度体系;⑥积极推进跨流域调水;⑦建立水资源战略储备,提高风险应对能力。     

变化环境下清水河流域径流演变特征及驱动力

海河上游清水河流域地处我国北方半干旱半湿润过渡带,水资源短缺且生态环境极为脆弱,对气候变化和人类活动高度敏感。明晰变化环境下清水河流域的径流演变规律及气候变化和人类活动的贡献,对实现流域内水资源的可持续利用以及确保本流域作为首都地区生态屏障的功能定位具有重要的意义。根据清水河张家口水文站和啕来庙水文站近70年的实测径流资料,利用有序聚类分析、小波分析和双累积曲线等方法,系统分析了清水河流域径流演变特性及气候变化和人类活动的影响。结果表明:(1)近70年清水河流域径流呈显著减少趋势,径流深年均减少0.6mm;各月径流亦均呈显著减少趋势,其中以春夏两个汛期的减少最为显著;(2)径流在1979年前后发生突变,径流变化的第一、二主周期分别为27a、8a;(3)径流年内分布的不均匀程度明显增加,春汛(3月-4月)占全年径流总量的比例增加,而夏汛(7月-8月)占全年径流总量的比例则呈现减少态势;(4)双累积曲线分析结果表明径流演变的主要驱动因素为人类活动(89%)。     

基于VAR模型分析径流对降水和水土保持措施的响应

确定自然及人类活动对径流的影响程度是水文水资源科学的研究难点。根据1996-2012年黄土高原三条黄河支流的径流、降水及水土保持措施面积,采用VAR模型方法评价降雨及水土保持措施对径流变化的作用程度。结果表明:年径流量对年降水量和水土保持措施面积的响应均具有滞后性,对当年各措施面积变化均不响应;各水土保持措施对年径流量的影响不是一成不变的,15年滞后期内径流有增有减,时间越长对径流变化的影响越小。1996-2012年间林地是减少径流的主导因素;采用方差分解可知,各因素相对贡献程度依次为:草地封禁林地梯田坝地降水。从长期来看,水土保持措施对径流量减少的贡献可达60%以上,随着时间的推移,贡献度有所增加。径流量减小是水土保持措施持续增加的结果。     

广义水资源合理配置研究(Ⅰ)——理论

本文探讨了广义水资源合理配置的理论内涵、配置系统、配置目标及协调与冲突、研究框架、调控机制、全口径供需平衡分析方法和后效性评价体系。广义水资源含义是指把狭义的径流性水资源拓展为包括土壤水和降水，合理配置是以此广义水资源为配置水源，以自然-人工复合系统为配置对象，以宏观经济分析为总控，以水循环模拟为基础，通过水量水质统一配置，实现水资源在经济社会和生态系统中高效配置，维持经济社会的健康发展，保障生态与环境的稳定，以水资源的可持续利用保障经济社会的可持续发展。     

黄河流域降雨-径流关系时空演变研究

由于气候变化和人类活动的影响,黄河流域的降雨-径流关系发生了显著性变化,严重影响流域水资源的规划和管理。为了揭示黄河流域降雨-径流关系的变化特征、趋势及主要驱动因素,研究采用Mann-Kendall检验、双累积曲线法、Copula函数、累积量斜率变化率法分析1960-2010年黄河流域的径流系数时空变化规律、7个主要区间降雨-径流关系的突变年份、降雨径流组合概率变化,以及气候变化和人类活动对降雨-径流关系变化的贡献率。结果表明:黄河全流域降雨-径流关系有明显的趋势性变化,其中除黄河源区的径流系数没有明显变化及少数地区的径流系数有增大的趋势外,绝大部分地区的径流系数有明显减小的趋势;黄河流域7个主要区间,即唐乃亥以上、唐乃亥—兰州、兰州—头道拐、头道拐—龙门、龙门—三门峡、三门峡—花园口及花园口—利津的降雨-径流关系突变年份依次为1989、1984、1997、1979、1992、1987和1970年,年份差异主要受到人类活动时间的影响,流域内大规模水土保持措施开展的年份、水利工程的兴建时间都是造成降雨-径流关系发生转折的重要因素;黄河流域主要区间降雨-径流关系发生转折后,同等降雨条件下其产流能力降低;人类活动是降雨-径流关系变化的主要驱动因素,贡献率均在50%以上,且越往下游,影响越大。