华北平原区地表水与地下水统一评价的二元耦合模型研究

在系统分析华北平原区“四水”转化机理和地下水补、径、排规律的基础上，研究和提出一种基于“四水”转化水文模型和地下水数学模拟模型的二元耦合模型，并结合安阳市水资源评价实例，较好地解决了大埋深条件下平原区水资源统一评价问题，为华北地区乃至全国开展第二次水资源评价工作进行了有益的尝试，并积累了一些宝贵的经验。     

华北地区水循环与水资源安全:问题与挑战(一)

华北地区缺水及其日趋严重的生态环境变化是中国首要解决的问题之一。目前,由于山区和平原径流明显减少和过量开发利用水资源,业已造成了地下水漏斗、平原区河道干涸、湖泊湿地萎缩、地表和地下水污染等生态环境恶化问题,严重影响了华北地区水资源安全。以海河流域为重点对象,通过国内外学科前沿进展综述,指出华北地区缺水及其导致的生态环境恶化问题背后的自然和人文因素作用和发展演化的背景,强调高强度人类活动作用下的水循环基础研究的重要性,提出华北地区水资源安全的水循环基础与应用问题研究的若干建议。在此基础上,研究自然和人类活动双重作用下的华北地区水循环过程、水体运动与污染物质输移及其与生态环境演变的耦合机制,阐明华北地区“河道断流,水体污染,湿地消失,地下水枯竭”的成因规律特别是人类活动的驱动分量,提出生态环境修复的理论基础。这不仅对变化环境下流域水环境演变的地学基础科学前沿研究有重大的学术价值,而且对中国可持续发展和社会进步具有重要的战略意义。     

华北地区水循环与水资源安全:问题与挑战(二)

华北地区缺水及其日趋严重的生态环境变化是中国首要解决的问题之一。目前,由于山区和平原径流明显减少和过量开发利用水资源,业已造成了地下水漏斗、平原区河道干涸、湖泊湿地萎缩、地表和地下水污染等生态环境恶化问题,严重影响了华北地区水资源安全。以海河流域为重点对象,通过国内外学科前沿进展综述,指出华北地区缺水及其导致的生态环境恶化问题背后的自然和人文因素作用和发展演化的背景,强调高强度人类活动作用下的水循环基础研究的重要性,提出华北地区水资源安全的水循环基础与应用问题研究的若干建议。研究自然和人类活动双重作用下的华北地区水循环过程、水体运动与污染物质输移及其与生态环境演变的耦合机制,阐明华北地区“河道断流,水体污染,湿地消失,地下水枯竭”的成因规律特别是人类活动的驱动分量,提出生态环境修复的理论基础。这不仅对变化环境下流域水环境演变的地学基础科学前沿研究有重大的学术价值,而且对中国可持续发展和社会进步具有重要的战略意义。     

"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。     

五道沟水文模型

五道沟水模型是我国第一个以试验站命名的平原区“四水”转化水模型，它根据五道沟试验站（1953－2000年）47年的径流实验资料研制而成，该模型由降水入渗补给地下水模型、地表水径流模型、田间蒸散发模型、地下水开采模型、土壤水模型、潜水蒸发模型6个子模型构成，模型输入为降水量、水面蒸发量，输出为土壤含水率、地下水位和地表径流过程，模型可广泛应用于农田除涝水计算、产汇流分析、水资源评价等领域。     

河北省平原区水资源评价模型研制及应用

根据水循环及水均衡原理,研制了河北省平原区水资源评价模型.根据小流域代表站的资料对模型参数进行了率定.并应用此模型及各分区的降水、蒸发、地下水埋深、开采、灌溉等资料,计算了现状条件河北省平原区年径流量及降水入渗补给量,成果达到了较高精度.     

河北省平原区地表水资源量评价方法及对比

影响平原区产流的主要因素有两方面,即降水和下垫面条件.流域下垫面情况包括流域的地形、地貌、植被和表层土壤的性质及地下水埋深,其中最易受人类活动影响的因素是地下水埋深.河北省在第二次水资源评价工作中,针对北方平原区地下水埋深逐年下降的实际情况采用了两种方法对平原区水资源量进行计算.笔者现对这两种方法略述如下,并加以比较.     

河北省平原区水资源评价模型研制及应用

根据水循环及水均衡原理，研制了河北省平原区水资源评价模型，根据小流域代表站的资料对模型参数进行了率定，并应用此模型及各分区的降水，蒸发，地下水埋深，开采，灌溉等资料，计算了现状条件河北省平原区年径流量及降水渗补给量，成果达到了较高精度。     

第二松花江干流“四水”转化模型研究

“四水”是指大气水、地表水、土壤水、地下水。“四水”转化模型是建立在流域水文模型基础上的一种用于水文水资源数量评估计算的模拟技术。模型的建立过程可分为参数初值的确定，参数的率定，参数综合，模型检验等。通过在2个小流域和2个大区间流域上的应用，征明该模型用于平原区的四水转化的分析计算是可行的。     

云水资源及其计算方法

为满足国家对云水资源统一管理和合理配置的需求,本文首先以二元水循环规律为理论基础,通过对空中水、地表水、土壤水和地下水四水转化关系的分析,提出了云水资源的内涵并揭示其组成过程及其3种存在形式;其次,依据着陆后云水资源3种存在形式,给出云水资源水量计算公式模型;最后,以研究区为例进行应用研究,在雨季末期人工降水20mm时,用此模型计算了研究区3个子区域云水资源水量。通过应用得知:受水区得到云水资源转化的土壤水和地下水水量受到其初始土壤含水率和初始地下水位限制。结果表明,云水资源量计算公式为云水资源统一管理、合理配置和效益补偿等下一步研究提供了理论基础。     

人类活动对河北平原地下水承载能力与供水安全的影响

河北省平原区水资源匮乏,地下水是维系河北省平原区工农业发展和人类生存的宝贵资源.本文从分析点、面源污染对河北平原地下水水质的影响出发,定量给出了人类活动对地下水可利用量的影响,揭示了人类活动是影响河北省平原区地下水承载能力和供水安全的重要因素.     

SWAT-MODFLOW 耦合模型 在地下水量均衡分析中的应用

利用地下水-地表水半松散耦合数值模拟方法, 选取北京市苏密怀地区为典型地区, 以长时间序列 SWAT 模型获取的平原区地下水补给量和山区对平原区地下水补给量作为传递变量, 分别代替 MODFLOW 模型中降雨入 渗补给量和山前侧向补给量的研究思路, 建立半松散式 SWAT2MODFLOW 耦合模型, 利用地下水位校验耦合模型 并对苏密怀地区地下水水量平衡进行分析。结果表明: 该方法可以提高地下水模型的精度, 耦合模型较传统算法计 算得到的降雨入渗补给量减少了 01 54 亿 m3 / a, 反映出当下垫面条件发生变化和包气带厚度增加时, 含水层的降水补给量减少。本研究为水资源的准确评价提供技术支持。     

平原区地下水水质水量调查与综合评价方法

经过“六五”，“七五”国家重点科技项目的攻关，河北省平原区浅层地下水的数量及时，空分布特征基本查清，但是，如何进行地水水质，水量的结合评价，仍是当今水资源评价中没有很好解决的问题。本文以河北省环境监测中心开展的历时两年完成的《平原地区下水水质水量调查与综合评价方法研究》课题为依据，用翔实可靠的实测资料和科学的方法，揭示了引起河北省平原地区下水水质内变化的成因以及地下水水质随站给源水质与地质条件影响     

基于流域水循环模型的广义水资源评价(Ⅱ)——黄河流域应用

本文介绍了WEP-L模型在黄河流域的应用情况，包括输入数据处理、参数估算与模型验证，以及广义水资源初步评价成果。应用结果表明，所提出的模型和方法，能够评价径流性水资源、生态系统利用的雨水资源及其构成，能够分析在强烈人类活动影响下黄河流域广义水资源与构成所发生的显著变化。1985年及2000年下垫面条件下的水资源评价结果对比分析表明，水土保持、农田建设及取用水活动等引起的下垫面条件变化，使得流域狭义水资源总量减少(地表水减少但不重复地下水增加)、广义水资源总量增加，水土保持及农田建设增加的降水高效利用量远大于其减少的径流性水资源量。最后讨论了成果对黄河流域水安全战略和水资源可持续高效利用的一些启示。     

位山灌区四水转化模型模拟研究

四水转化模型是认识区域水资源转化消耗规律的重要工具.根据半干旱半湿润区特点对四水转化模型进行改进后应用于位山灌区,得到了地下水实测值的验证.2000年模拟结果表明:降水与引黄是位山灌区的主要水源,水资源供给相对丰富;不同情景下渠系水利用系数对整个灌区的水量平衡影响不显著,地下水开采的增加有助于保证农作物供水,同时引起地下水位下降;引黄水量的减少引起地下水位下降并影响农作物供水.     

四平市四水转化产流模型研究

利用公主岭、十屋、周户屯三个站的基本水文资料和流域内的工农业用水情况,研制了四平市四水转化产流模型,研究降水、蒸发、地表水、土壤水、地下水的转化关系,为四平市的水资源评价、开发提供了科学依据。     

现代水资源规划若干问题及解决途径与技术方法(一)--还原"失真"与"失效"

针对人类活动剧烈条件下的水资源分析问题,探讨了传统水文还原方法存在的“还原失真”与“还原失效”的现象及其成因,并通过对人类活动水文效应的物理机理分析,提出了利用分布式水文模型进行水资源分析的一致性修正方法。     

近52年和林格尔气温和降水量变化

针对高强度水资源开发利用条件下流域水循环研究存在的问题,从认知、试验、理论、方法四个层次探讨了适应水资源开发利用条件的流域水循环的研究方法,构建了一个以水资源配置模型与水循环模型耦合为核心,以流域供需水分析和流域生态、环境、经济综合评价为响应的多目标调控模型。利用该模型,对黄河流域水资源进行了合理配置计算。结果表明,现状条件下黄河流域缺水严重;而在未来情境下缺水将更加严重,大力节水能够较大程度缓解缺水状况。     

水资源开发利用条件下的流域水循环研究

针对高强度水资源开发利用条件下流域水循环研究存在的问题,从认知、试验、理论、方法四个层次探讨了适应水资源开发利用条件的流域水循环的研究方法,构建了一个以水资源配置模型与水循环模型耦合为核心,以流域供需水分析和流域生态、环境、经济综合评价为响应的多目标调控模型。利用该模型,对黄河流域水资源进行了合理配置计算。结果表明,现状条件下黄河流域缺水严重;而在未来情境下缺水将更加严重,大力节水能够较大程度缓解缺水状况。     

基于ET控制的平原区县域水资源管理研究

受气候变化和人类活动的影响,水循环过程发生改变,单纯基于用水侧考虑已不能完整反映区域的水资源问题,必须从水资源物理成因角度开展用水控制。本文从水资源的自然属性出发,以水循环过程为基础,重点阐述了基于ET控制的水资源管理的基本理论与方法,针对平原区县域的特征,提出了基于ET控制的平原区县域水资源管理模型及计算方法,并以地下水超采典型区—滦南县为例进行了实例应用。模型以县域ET控制为手段,以消减ET实现为目标,从水资源的物理驱动过程入手,考虑了产业发展、种植结构、节水潜力以及地下水超采等县域发展的实际问题,使规划管理方案更贴近县域生产实际,控制超采更具可操作性。