甘肃黄土高原区主要城市雨洪资源利用潜力

根据甘肃省黄土高原区城市雨洪资源的分布特征,选取主要城市兰州、定西、平凉、庆阳和天水为研究区,研究了各主要城市降水量特征变化规律,并对各主要城市雨洪资源利用潜力进行了分析计算。结果表明,兰州、定西、平凉、庆阳和天水雨洪资源的平均理论潜力分别为5.71×10⁷,8.61×10⁶,2.38×10⁷,7.62×10⁶和3.21×10⁷m³,平均可实现潜力分别为2.91×10⁷,4.65×10⁶,1.43×10⁷,4.87×10⁶和1.95×10⁷m³。计算结果说明,甘肃黄土高原区各主要城市雨洪资源利用潜力相对较大,具有很好的开发利用前景,并且可为黄土高原区城市雨洪资源高效利用和有效管理提供参考依据。     

长江源区沱沱河流域1961-2011年径流特征及其对降水的滞后效应

[目的]分析51 a来长江源区沱沱河流域径流量在降水的年代、年代际、季节等时间尺度上的变化,以及径流对降水的滞后效应,为流域水资源管理和利用提供理论依据。[方法]利用1961-2011年长江源区沱沱河流域沱沱河水文站和气象站的径流量和降水数据,在此基础上结合累积距平、变差系数、集中度、集中期等统计方法开展分析研究。[结果]沱沱河流域51 a来年际及四季径流量均呈增加趋势,其中年际、春季、夏季增加显著,气候倾向率分别为1.00×10⁸ m³/10 a,6.00×10⁶ m³/10 a,6.30×10⁷ m³/10 a;径流量和降雨量主要集中在5-10月,尤其集中在7月下旬至8月中旬之间。径流量与降水之间存在极显著的相关性;径流对降水均具有滞后效应,多年平均滞后时间为10 d左右,且滞后天数随着时间的推移呈扩大趋势。[结论]近51 a来研究区径流量和降水量的变化趋势均呈增加趋势,径流对降水具有10 d左右的滞后效应。     

基于GIS的内蒙古自治区植被生态需水量研究

[目地] 分析计算内蒙古自治区不同典型分区的植被生态需水量,为该区域水资源管理和生态保护提供科学建议。[方法] 以Penman-Monteith公式为基础,利用实测与多源遥感数据,对1990—2020年内蒙古自治区4个典型区域（西部地区、中部地区、东部地区、东北部地区）植被生态需水量（ecological water requirement,EWR）和单位面积植被生态需水量（ecological water requirement for vegetation per unit area,ET）进行反演,并分析其时空变化的主导因素。[结果] ①时间上,30 a间EWR呈现先降后升的趋势,就区域总量来看西部地区较为稳定,维持在3.00×10¹⁰ m³左右;中部与东部地区在6.00×10¹⁰ m³左右,变化幅度较大,年间最大变幅超1.00×10¹⁰ m³;东北部地区高,且稳定在1.00×10¹¹ m³左右。②空间上,总体呈现出自西向东逐渐升高的态势且东西差异巨大,东北部区单位面积植被生态需水量（ET）均值较西部地区高近250 mm。[结论] 降水蒸发主导下的气候因素与土地覆盖类型变化主导下的人为因素是内蒙古自治区植被生态需水量变化的关键因素,后者影响程度要大于前者。     

2001-2015年北京市地下水资源承载力变化特征分析

北京市地下水超采现象严重,由此引发了包括地面沉降等相关环境问题,严重制约了北京市的经济社会发展。本文采用地下水可利用量和用水效率定义了地下水承载力,并结合地下水开采程度（R_G）和经济发展程度的投影图（R_Q）对北京市2001-2015年的地下水资源承载力进行了评价。结果表明：北京市地下水的供水量高于地表水的供水量,地表水和地下水供水量波动幅度较小;北京市农业用水效率和工业用水效率逐年升高,其他行业用水效率除在2014年和2015年出现小幅度降低外,其他年份均处于升高趋势,折算后的综合用水效率也从2001年的97元·m^-3增长到2015年的620元·m^-3;北京市地下水实际承载的GDP从2001年的2 636亿元增长到2014年的11 469亿元,2015年又减少到11 284亿元。以2010年为界限北京市地下水开采程度（R_G）和经济发展程度（R_Q）投影点分别位于Ⅰ区和Ⅱ区内,表明北京市地下水承载力2010年以前处于相对荷载过重的状态,2010年以后荷载状态有所缓解。虽然北京市实际承载的GDP低于理论承载的GDP,但是北京市地下水承载力仍然面临着严峻的挑战,逐步提高地表水使用量和提高用水效率是有效缓解北京市地下水超采的有力举措。     

甘肃省淤地坝水资源的利用潜力

[目的] 分析淤地坝拦泥蓄水及其水资源利用潜力,为淤地坝水资源利用及管理提供依据。[方法] 本文通过调查法对甘肃省多沙粗沙区淤地坝建设现状、拦沙数量及空间分布、水资源利用效益和利用潜力进行分析。[结果] 截至2019年底甘肃省共建成淤地坝1 600座,其中大、中、小型坝各为559,452,589座;坝控面积4 101 km²,总库容4.82×10⁸ m³,其中设计拦泥库容2.29×10⁸ m³。目前拦泥库容1.43×10⁸ m³,占设计拦泥库容的62.37%;拦泥库容中,大、中、小型坝各占80.86%,13.21%和5.93%;泾河流域、黄河干流、渭河流域、洮河流域各占71.46%,13.91%,12.72%,1.91%。由于流域产沙量减少,大型坝平均淤积17 a后（平均设计淤积年限15 a）剩余拦泥库容占设计拦泥库容的43.88%;中型坝平均淤积后（平均设计淤积年限10 a）剩余拦泥库容占设计拦泥库容的38.81%。全省淤地坝剩余拦泥库容8.62×10⁷ m³,可作为今后蓄水利用的潜在库容。目前,淤地坝蓄水主要用于应急抗旱、农业及果园高效节水灌溉、土地多种经营及经济综合开发、畜禽养殖、淤地坝田园综合开发利用等。庆阳、平凉、天水和定西市安定区今后可开发用于人饮备用水源地、提灌补灌工程水源地、水体养殖（鱼塘）的淤地坝数量共147座。[结论] 为满足当地乡村振兴与高质量发展对淤地坝的社会需求,对有蓄水用水需求的区域,应提高新建坝的设计标准,建设可长期蓄水的高标准淤地坝;对已建成的大中型淤地坝进行提质改造,保证淤地坝坝体、防洪及水资源利用的安全性,同时建立淤地坝风险管控预警机制,有效化解缺水地区淤地坝蓄水用水与防汛管理的矛盾。     

径流季节变化对清水河河道生态环境需水量的影响

[目的] 估算清水河河道生态环境需水量,为保证清水河发挥其正常生态功能以及流域内水资源的合理配置提供依据。[方法] 通过对清水河流域用水情况实地调查,在分析整理多年水文统计资料的基础上,考虑生态用水安全,根据清水河径流随降水时间的季节性变化特点以及流域多年水文变化特征,在空间上选取清水河干流的不同断面计算河道生态环境需水量。针对需要满足河流不同生态功能要求,分别采用Tennant法、面积定额法,90%保证率最枯月水量法等方法计算河道基础生态需水量、蒸发需水量、输沙需水量以及水体自净需水量。[结果] 清水河河道生态环境需水量包括基础生态需水量、蒸发需水量、输沙需水量及水体自净需水量,年需水总量上游段为6.29×10⁶ m³,中游段为6.57×10⁷ m³,下游段为1.65×10⁸ m³。[结论] 清水河河道生态环境需水量与泥沙含量和水质有直接关系。泥沙含量高是清水河河道生态环境需水量高的最主要因素。     

新疆城乡居民虚拟水消费结构及其用水效率评价

水足迹模型是评估人类消费结构对水资源影响的有效方法。结合1995~2007 年的统计资料, 运用水足迹模型, 对新疆城乡居民虚拟水消费结构进行综合评价, 并引入水文和社会水资源稀缺度、集约利用度等指标, 考察城乡居民用水效率。结果表明: 1995~2007 年间新疆全社会总水资源足迹呈现上升趋势, 从1995 年的108.95×10⁸ m³ 上升到2007 年的158.40×10⁸ m³, 增幅达45.4%; 城镇居民虚拟水消费结构多样性指数平均值比农村居民高0.69, 说明城镇居民的虚拟水消费结构更加合理; 不同社会群体的消费多样性指数呈上升趋势,表明居民消费品分布逐步分散化, 饮食结构单一化在逐步改善; 水资源集约利用度从1995 年的7.58 上升到2007 年的22.22, 水资源利用效率有较明显提高。     

水生生态系统服务功能与辐射效应——以河南省洛阳市为例

[目的] 分析区域水生生态系统服务功能的价值变化和辐射效应,为区域水资源可持续发展和流域生态补偿提供科学依据。[方法] 利用ArcGIS软件对2000—2020年河南省洛阳市土地利用数据进行提取得到水域类型面积,采用能值方法对水生生态系统服务功能进行量化,并分析其变化。同时通过断裂点模型分析其功能辐射。[结果] 2000—2020年洛阳市水生生态服务总能值分别为8.01×10²¹sej, 1.29×10²²sej, 1.27×10²²sej, 1.29×10²²sej, 1.31×10²²sej,总体上呈增长趋势。其中,服务构成重心已由供给功能向文化功能偏移,系统中生物多样性保护、水产品生产、水资源供给、水资源调蓄和休闲娱乐功能居于支配地位,且休闲娱乐功能已成为核心功能。此外,洛阳市水生生态系统服务功能主要转出地区为嵩县和洛宁县,向外转移总量分别为3.10×10²⁰sej和3.21×10²⁰sej,主要转入地区为栾川县、宜阳县、伊川县及汝阳县。[结论] 在洛阳市同类地区,需要重视水生态保护,加大对区域旅游事业的扶持引导,同时合理地进行流域内生态补偿,促进各地区经济、社会、生态协调发展。     

近60年新疆吐鲁番盆地坎儿井衰败的影响因素及环境效应

近60a来,吐鲁番盆地坎儿井经历了先增加后急剧减少的变化。引起坎儿井变化的主要原因是：(1)绿洲规模不断扩大。解放初期至60年代初,坎儿井的变化和绿洲耕地面积的增加相一致,而60年代中期至今,二者变化趋势则相反。(2)坎儿井补给水源减少。60年代初,盆地开始开发利用地表水,在各流域上游和中游修建水库和防渗渠道。到1993年修建中小型水库8座,总库容达8.00×10⁷m³,防渗渠长达4774km,防渗率达70%。减少了坎儿井水源的补给。(3)盲目发展机电井,掠夺式开采地下水。吐鲁番盆地机电井数量由1966年的127眼增至2009年的5309眼,相应地年出水量由1.10×10⁸m³增至7.04×10⁸m³;机电井布局不合理,有相当数量的机电井打在坎儿井分布区或是其上游。地下水位下降,坎儿井干涸,严重影响了当地居民的生活及生态环境。具体表现在：居民生活受到严重影响,部分村庄整体搬迁;盆地坎儿井的控灌面积不断减少,同时盆地旱灾和风灾呈现不断增加趋势;由坎儿井水维持生长的天然植被面积减少了45.37%。     

南水北调中线水源地土壤侵蚀经济损失估算

在GIS的支持下,通过气象数据分析、实地调查、野外采样及室内分析、DEM计算、遥感解译等,构建了南水北调中线水源地丹江口水库库区流域地理信息数据库,并利用USLE估算了研究区的土壤侵蚀量。以1990年的价格为基准,利用市场价格法、机会成本法和影子工程法估算了水源区年均土壤侵蚀带来的经济损失。结果表明,水源区的年均土壤侵蚀模数为2394 t/(km²·a)。研究区表土流失造成的全氮、全磷、全钾和有机质损失量在分别换算成标准化肥磷酸二铵、氯化钾及薪柴后的经济损失分别为1.64×10⁸,7.25×10⁷,1.17×10⁹和2.97×10⁷元;年均侵蚀的土壤相当于61.94 km²的土地被废弃,经济损失为3.71×10⁷元。土壤侵蚀导致的涵养水分、泥沙淤积和泥沙滞留方面的经济损失分别为3.22×10⁵,1.88×10⁷和1.95×10⁶元。水源区年均土壤侵蚀总经济损失达1.50×10⁹元,其中养分损失占96.11%。     

新疆皮山县绿洲需水量变化与绿洲稳定性

[目的]探讨和评价新疆地区皮山县在水资源供需平衡状况和水资源约束条件下的绿洲稳定性,为该区域生态环境保护提供决策支持与科学依据。[方法]基于1998—2012年Landsat TM/ETM+遥感影像数据和基础地理数据,在RS技术的支持下对皮山县绿洲进行了土地利用信息提取,结合水文和气象数据(气温、降水数据)估算皮山县绿洲15a来的社会经济和自然生态系统综合需水量,并在此基础上进行分析。[结果]皮山县绿洲渠系利用系数低,耕地灌溉定额高,耕地耗水比例大,且社会经济耗水量不断增加。15a间皮山县绿洲需水量增加了2.73×108 m3,现状供给量存在很大的缺口。2010年缺水总量到达2.74×108m3,虽然2012年缺水有所缓解,但自然生态环境缺水量增加,占到水资源总缺水量的59.75%,供需表现出很大的不平衡性。[结论]从现有的绿洲面积看,水资源供给量存在较大的缺口,绿洲已处于极不稳定状态。     

华北平原种植结构变化对农业需水的影响

不同种植结构下的农田需水研究是调整农业种植结构、制定切实可行的区域灌溉方案的重要依据。为了定量估算华北平原种植结构变化对农业需水的影响,本文基于MODIS NDVI数据和TM/ETM遥感影像提取了2002年和2012年华北平原主要作物类型及其种植面积,同时基于作物系数法计算了华北平原7种主要作物需水量,分析了华北平原种植结构变化对作物需水的影响。结果表明:2002—2012年,主要作物种植面积减少60.7万hm~2。其中,种植面积明显减少的作物分别为冬小麦-夏玉米(-43.18万hm~2)、棉花(-32.43万hm~2)、水稻(-9.3万hm~2)和春玉米(-4.9万hm~2),种植面积增加的作物主要是林果(+16.61万hm~2)和蔬菜(+12.6万hm~2)。2002—2012年,华北平原主要作物的总需水量从742.7亿m~3下降至695.5亿m~3,共下降6.37%。其中,需水量减少的作物类型为冬小麦-夏玉米(-35.41亿m~3)、棉花(-24.31亿m~3)、水稻(-7.48亿m~3)和春玉米(-2.1亿m~3),需水量增加的为林果(+11.24亿m~3)和蔬菜(+10.71亿m~3)。从空间分布来看,华北平原作物需水量整体呈减少趋势,仅在河北平原、鲁西北以及滨海平原靠近城市周边的区域呈增加趋势,其中滨海平原需水增加量最大。华北平原由于作物种植面积减小引起的作物需水减少量达44.7亿m~3;由作物种植结构调整引起的作物需水减少量为2.5亿m~3。种植规模的减小是华北平原作物需水量减少的主要原因。     

三江源地区林草生态系统水源涵养服务评估

[目的]分析青海省三江源地区生态工程实施前后生态系统水源涵养服务的变化情况,客观评估生态工程的效果。[方法]采用降水贮存量法估算三江源地区林草生态系统的水源涵养量。[结果]1997—2012年三江源地区林草生态系统水源涵养服务在波动中有所提升,平均水源涵养量为1.54×1010m~3/a,单位面积水源涵养量为430.67m~3/hm~2。三江源生态保护与建设工程实施后(2005—2012年)林草生态系统年平均水源涵养量比前期(1997—2004年)增加了15.60%。从空间格局而言,三江源地区林草生态系统涵养水源能力自东南向西北逐渐递减。单位面积水源涵养量澜沧江流域最高,其次为黄河流域,长江流域最低。真实气候条件和平均气候状况下,生态工程实施后的区域林草生态系统水源涵养量均比前期高。前期主要受到区域气候变化的影响,后期则叠加了生态工程的驱动作用。两种情况下,生态工程实施后三江源地区林草生态系统水源涵养量的线性变化趋势分别为1.94×10~9和4.64×10~8 m~3/10a。[结论]生态工程对三江源地区水源涵养服务提升的贡献率约为23.98%。     

快速城市化地区土地利用变化的生态环境效应——以杭州市中心城区为例

[目的]评价和分析杭州中心城区1995—2014年土地利用变化的生态环境综合效应,为土地利用管理和城市生态环境治理提供依据。[方法]基于杭州市中心城区1995,2000,2005,2010和2014年5期TM影像数据,获取不同时段土地利用变化数据,并利用生态系统价值评估、碳排放核算和景观格局指数等分析方法。[结果]近20a来,杭州市生态系统服务总价值从1995年的32.43亿元下降至2014年的23.96亿元,共减少26%,占同期GDP比重从5.86%下降至0.56%;土地利用净碳排放从1995年的4.26×10t增加至2014年的1.51×107 t,碳吸收从7.22×105 t下降至6.49×105 t,2014年碳排放的社会成本已高达145亿元;生态服务低价值区主要以中部为中心向周围蔓延,土地利用生态景观分析结果显示破碎化程度降低,连通性提高趋势,但多样性锐减。[结论]研究区内林地和水体面积减少,建设用地增加是生态系统服务总价值减少的主要原因。建设用地碳排放急剧增加和林地的碳吸收锐减是土地利用净碳排放增加的主要原因。研究区土地利用变化引起的生态景观格局变化明显,生态服务价值空间分布不均。     

石羊河流域水资源对武威市经济发展模式的影响

[目的]通过分析甘肃省武威市水资源消费量与产业结构之间的关系,为制定干旱区城市发展策略提供参考。[方法]利用IPAT模型的演化方程(IGT方程)以及优化建模软件LINGO 10.0。[结果]在1998—2004年无约束的水资源供给条件下,武威市经济增长严重依赖于水资源消费量。2005年开始实施限水措施后,其经济增长对水源消耗依赖程度开始大幅下降,2008年以后处于一种较为稳定的下降状态。通过水资源利用情景模拟,得出最有利于减缓水资源消费量的途径。武威市2015年的水资源消费量为1.67×109 m3,地区生产总值为4.40×1010元。[结论]在加速经济增长,合理调整产业结构,加强节水的弱控水条件下,最有利于实现武威市经济与水资源消费稳步发展。     

苹果和柑桔损耗与浪费的综合足迹评估

水果全产业链损耗不仅浪费了食物,还意味着生产、收获后处理、贮藏、流转消费等各环节中水、耕地、能源等各种资源的浪费。本研究采用问卷调查和"一对一"访谈的方法,在苹果和柑桔主产区和主销区进行实地调研,调查分析水果全产业链(生产、收获后处理、贮藏、流转和消费)损耗现况,主产区累计调研全产业链从业者209人,主销区调研消费者271人。通过生态足迹、碳足迹和水足迹等模型对损耗浪费产生环境和资源影响进行定量评估。结果显示,苹果和柑桔损耗浪费率分别为18.56%和17.15%,其中流转环节占比最高,约为总损耗的1/3。损耗量分别为719.86×10~4t和733.99×10~4t,损耗总量为1453.85×10~4 t。苹果和柑桔损耗浪费的生态足迹分别为13.33×10~4 hm~2和13.76×10~4 hm~2,总生态足迹为26.09×10~4 hm~2;碳足迹分别为92.37×10~4 t (CO_2 eq)和102.98×10~4 t (CO_2 eq),碳足迹总量为195.35×10~4 t (CO_2eq);水足迹分别为57.65×10~8 m~3和41.10×10~8 m~3,水足迹总量为98.75×10~8 m~3。其中生产环节碳排放占比最高,占总排放的9成以上。综上,水果损耗和浪费也产生了巨大环境影响,需要尽快采取相关措施,减损降耗,从而减轻环境资源压力,提高水果供给水平。     

甘肃省庆阳市董志塬水土保持功能服务价值估算

[目的]估算水土保持服务功能价值,为水土流失综合治理和促进水土保持可持续发展提供科学依据。[方法]基于水土保持功能的定义,利用参照法、市场价值法和替代成本法等方法对庆阳市董志塬区土地的水土保持服务功能价值进行估算。[结果]庆阳市董志塬区水土保持服务功能的总价值为1.94×109元,每1m2的水土保持服务功能价值为4.3元。其中,占总服务价值最大的是固碳释氧服务价值,为7.05×108元,其次为改善物种多样性功能的价值,为5.34×108元;最小的是保存土壤肥力功能价值,为3.37×107元。[结论]庆阳市董志塬区的水土保持措施具有较高的功能服务价值,未来应继续保持或完善相关水保措施,以发挥更大的功能服务价值。     

西安市引汉济渭与黑河引水工程多水源联合调配模拟

[目的]建立陕西省西安市引汉济渭与黑河引水工程多水源联合调配模拟模型,为西安市水资源可持续发展提供决策依据。[方法]在分析西安市供水工程和用水户基础上,绘制水资源系统网络概化图,构建了多水源联合调配模拟模型,确定调配规则。通过典型年和长序列年法求解模型,得到不同来水频率情况下的多水源联合调配方案。[结果] 2020水平年,来水频率分别为50%,75%和95%时,引汉济渭调水量分别占西安市需水量的39.74%,37.59%和35.33%;在特别枯水年,引汉济渭供生活用水达1.19×10~8 m~3,占西安市生活需水总量的36.28%。[结论]计算结果表明,引汉济渭工程通水后,西安市水资源短缺局面得到缓解,调水量对保障西安市供水安全发挥了极大的作用。