唐山市沙流河镇水资源供需平衡优化分析

运用系统论和线性目标规划法，结合唐山市沙流河镇实证研究，构建小城镇水资源供需平衡优化数学模型，剖析该镇水资源供需矛盾，提出水资源供需平衡优化方案。结果显示，沙流河镇水资源补给总量为1490.55万m³·a^-1，若对水资源利用量不加约束，2001、2005和2010年沙流河镇用水总量分别达到2352.73万m³、2429.73万m³和2491.72万m³；水资源超采量分别达到862.18万m³、939.18万m³和1001.17万m³；其中农业用水量最大，占90%以上。鉴于农业用水比重大、利用效率低，提出沙流河镇实施、推广节水灌溉技术和积极退耕还林等节水措施。经过逐年逼近平衡的办法，到2010年沙流河镇水资源量可以节余63.32万m³，基本实现全镇水资源供需平衡。     

北京市再生水利用潜力与配置方案研究

开展再生水利用潜力与配置研究将促进再生水的安全利用。再生水的科学配置应以区域水资源配置为基础，应当优先利用于农业，其次是工业和城市河湖。北京市再生水利用潜力为14.04亿m³，其中，中心城再生水利用潜力为8.44亿m³，郊区再生水灌溉利用潜力为5.6亿m³。提出北京市2010年再生水资源配置方案，市政用水、工业用水、河湖用水、农业灌溉再生水配置量分别为0.3234、1.6516、1.025亿、3亿m³，三级处理出水和二级处理出水利用量分别为1.09和4.91亿m³。     

宁夏引黄灌区井渠双灌节水效果研究

定量研究了宁夏引黄灌区地表水与地下水联合利用的节水效果。引黄灌区的大引大排是造成渠系输水损失、农田地下水位高和潜水蒸发严重的主要原因，在整个黄河流域用水十分紧张的现状下，以引黄灌区地下水可开采量为基础，根据现有的机井条件并有计划的布设发展一批机井，考虑开采一定数量的地下水用于农业灌溉，在灌区逐步实现基于井渠双灌的水资源高效利用。研究结果表明，随地下水利用量的增大，可有效的降低灌区地下水位0.5～1.0 m、使引黄灌区的总耗水量从39.64×10⁸ m³降低到29.95×10⁸ m³、渠首引用水量从81.71×10⁸ m³降低到64.79×10⁸ m³。     

甘肃河西走廊水资源供需分析及耕作节水研究

根据河西走廊有62.42×10⁸ m³地表水资源、4.94×10⁸ m³地下水资源和每年耗水70.44×10⁸ m³的矛盾，分析了水对这一地区的影响，指出了河西走廊只能靠减少水分蒸发、农业节约用水、提高水的利用率和灌水生产效率来实现水资源的平衡。在试验的基础上 ，提出了灌水生产率比传统耕作高60.78％和节水41.29%的保护性耕作方法。     

基于水足迹的河北省水资源安全评价

水足迹是基于消费基础的水资源利用情况的指示器, 能深刻揭示社会经济系统对水资源的真实消费, 为水资源可持续规划与管理提供了新的思路和研究方向。本文以河北省为例, 运用产品虚拟水研究方法计算了2010年河北省的虚拟水消费和水足迹。结果表明, 2010年河北省水足迹为896.40×10⁸ m³, 人均水足迹为 1 246.04 m³, 高于全国平均水平; 水资源匮乏度为747.81%, 水资源压力指数高达1 054.08%, 说明河北省水资源利用呈不可持续状态。亟需加快提高水资源利用效率, 优化作物布局、调整种植结构, 改善人类消费结构及消费模式和虚拟水进口, 强化节水工作。     

基于农户视角的农户灌溉区域差异及原因分析——以三工河流域为例

基于问卷调查, 运用数量统计和最小二乘估计, 分析新疆三工河流域不同区域农户灌溉差异, 并探讨差异性的原因。研究结果显示: (1)三工河流域从上游到下游节水滴灌面积比例和水价依次递增, 上、中、下游滴灌比例分别为3%、10%、28%, 水价为<0.075元·m^-3、0.069~0.075元·m^-3、0.13~0.35元·m^-3; 灌水量和农户水费负担依次减少, 灌水量为18 510 m³·hm^-2、12 810 m³·hm^-2、9 075 m³·hm^-2, 水费负担为18%、14%、12%; 种植结构由传统作物主导向经济作物主导发展, 种植结构趋于合理。(2)自然因素是导致农户灌溉差异的根源, 不同区域水资源多寡、土壤保水性、地块大小与破碎度的差异, 导致农户节水意识、节水设施选择意愿及政府调控措施的不同。(3)政府一方面通过调整水价增加农户灌溉压力, 减少农户用水量; 一方面通过提高渠系质量和激励农户采用节水设施提高水资源利用效益, 提升作物的灌水需求曲线。实证结果显示: 水价每上涨0.01元·m^-3, 灌水量就会减少484 m³·hm^-2; 采用滴灌技术, 灌水量减少1 617 m³·hm^-2; 改善渠系质量使土渠向水泥渠、板板渠发展, 灌水量减少736 m³·hm^-2。     

基于SHAP重要性排序和机器学习算法的灌区渠道调度流量预测

渠道泄水闸能够快速排除灌区入渠洪水,避免渠道漫顶。研究以淠史杭灌区灌口集泄水闸为例,以闸门调度流量为目标变量,以不同时段过去和未来降雨量、泄水闸闸上实时水位及其变化量为特征变量,比较8种机器学习算法的预测精度,同时采用Shapley Additive exPlanations（SHAP）法分析特征变量重要性。结果表明：1）集成学习算法预测评价指标优于传统回归算法,8种机器学习算法中随机森林回归（random forest regression, RFR）算法预测精度最高（训练集均方根误差、平均绝对误差、均方误差及决定系数分别为 0.146 m³/s、0.094 m³/s、0.021 m³/s、0.976;测试集分别为0.306 m³/s、0.197 m³/s、0.093 m³/s、0.931）;2）采用SHAP法确定的特征变量重要性排序表明灌口集泄水闸闸上水位对于泄水闸调度流量的预测结果影响最大,占特征重要性值总和的34.6%;3）以过去6 h降雨量、过去9 h降雨量、未来6 h降雨量、灌口集泄水闸闸上水位作为输入变量的RFR算法预测灌口集泄水闸调度流量效果最佳,模型误差指标为（训练集均方根误差、平均绝对误差、均方误差及决定系数分别为0.126 m³/s、0.080 m³/s、0.016 m³/s、0.982;测试集分别为0.263 m³/s、0.164 m³/s、0.069 m³/s、0.950）,研究结果对灌区防洪调度决策具有重要参考价值。     

间歇灌与农艺措施结合节水高产机理研究

针对阻碍农田水利用效率的关键因素及提高水利用效率的途径,采取把间歇灌灌溉技术、覆盖秸秆技术、化控、密植等农水措施溶于一体,取得了显著的节水增产效益和具有较强的可操作性。小麦、夏玉米产量分别为5250kg/hm²和8250kg/hm²,水分利用效率达1.61kg/m³和2.42kg/m³,平均为2.01kg/m³的较高水平。并对其节水高产机理作了探讨。     

基于GIS技术的北京通州区灌区生态需水研究

生态需水是区域需水的重要组成部分，灌区生态需水是维持灌溉农业持续发展的基础。在对降水、地表水和地下水分析的基础上，利用地理信息系统(GIS)技术对北京市通州区生态系统进行了分类，确定了不同生态系统的生态需水量。结果表明：2003年通州区生态需水量为45.33×10⁶ m³/a，生态、生活和生产需水量是可供水资源量的1.23倍，用水矛盾较为突出。在采用节水、开发新水源和区外引水等措施后，2010年和2020年研究区的生态、生活和生产需水基本可以得到满足，实现区域水资源的供需平衡。该文研究结果为通州区水资源的合理配置提供了科学依据。     

用分布式水循环模型与机器学习预测内蒙古河套灌区节水潜力

为探究内蒙古河套灌区真实节水潜力,该研究构建河套灌区分布式水循环模型与基于机器学习的盐分模型,设置节水方案集,定量分析各方案下的灌区引、耗水量、地下水埋深、积盐量变化等。结果表明：1）水面蒸发的纳什系数均不低于0.654,相对误差绝对值不高于分别为4.82%,相关关系为0.88,排水过程纳什系数均不低于0.600,相对误差绝对值不高于分别为5.11%,相关关系为0.82,地下水埋深的纳什系数均不低于0.628,相对误差绝对值不高于分别为5.12%,相关关系为0.86,满足灌区水循环满足精度要求。本文选择采用土壤盐分模型,得到土壤积盐量与实测值的纳什系数均不低于0.76,满足精度要求。2）渠道砌衬方案S1、田间节水调控方案S2、种植结构调整方案S3的耗水节水量分别为2.93亿、3.02亿和2.54亿m³。S1+S2+S3组合方案灌区耗水节水量最多,为9.11亿m³,S2+S3方案组合次之。3）渠系水利用系数提高,将引起地下水水位下降,不利于排盐,S1方案下地下水埋深大于3 m的面积比例较基准方案增加了7.59%,不利于灌区排盐。田间工程措施使得相应的农田入渗量减少,地下水位下降,有利于灌区脱盐,S2方案下地下水入渗补给量较基准方案减少2.57亿m³,灌区地下水位下降较为明显,S2方案有利于灌区脱盐。S3方案下地下水入渗补给量略微减少,地下水位变化不大,有利于灌区脱盐。不同方案组合,S1+S2、S1+S2+S3方案下对地下水埋深影响较大,尤其是S1+S2+S3方案在灌区西北部、山前、乌拉特前旗、乌梁素海东部的形成连片埋深高值区,影响区域生育期农田作物与林草地植被生长。S1S2方案下不利于灌区脱盐,自然植被生育期平均埋深超过2.5 m的比例较基准方案增加了5.46%。在综合考虑生态环境的约束下,推荐耗水节水量最大的方案S2+S3,即灌区适宜的耗水节水潜力为5.69亿m³。该方案下虽然也会引起地下水位略有下降、进乌梁素海排入水量略微减少,但最有有利于灌区排盐。研究可为引黄灌区节水方案制定与灌溉管理提供技术支撑。     

协同调控水-农业-生态的干旱区多水源优化配置

干旱区农业发展往往以挤占生态用水和超采地下水为代价，考虑水-农业-生态互馈关系的水资源优化配置有助于平衡利益冲突。该研究以地下水均衡、经济效益和生态用水满足度为调控目标，构建基于水-农业-生态协同调控的多水源优化配置模型，并推求协调发展度计算式，提出了结合NSGA-Ⅱ算法和协调发展度的协同优化算法，分析石羊河流域水、农业和生态之间的权衡和协同关系，确定水-农业-生态协同提升下的水资源配置方案以及适宜的农业和生态用水比例。结果表明，现状条件下，六河子系统的水资源优化配置方案的经济效益可提升1.9%，实现地下水正均衡0.59亿m³；全流域农业和生态用水比例为90%: 10%，渠井用水比为67%: 33%。平水年保障蔡旗来水为3.48亿m³/a时，能够以牺牲中游1.6%的经济效益实现生态用水满足度和地下水均衡量分别较基准情景提升4.8%和18.6%。研究为协同调控复杂的水-农业-生态关系提供了一种有效方法，可为干旱区流域水资源规划与管理提供参考。     

基于生态需水的水资源分析——以贵州省盐津河流域为例

[目的]探究中国西南湿润地区流域生态需水量计算方法,为流域水资源配置提供科学的数据参考。[方法]选择贵州省盐津河流域为研究对象,采用彭曼法、Kristensen-Jensen模型、MIKE SHE分布式水文模型(DHI)、环境功能设定法等方法从农田系统、林草系统、水生态系统计算流域最小及满意需水量,并结合水资源状况对盐津河水资源配置提出建议。[结果]盐津河总生态需水量为1.39×10~7~2.04×10~7m~3,流域内农田用水较多的是4,7和8月,林草系统不存在缺水现象,河道内枯水期及丰水期水量差距较大,可利用水量为3.84×10~7~9.17×10~7 m~3,在保证枯水期生态水量同时,取水时间主要在5—8月。[结论]河道取水应注意考虑农田作物用水规律,在预留农业用水时需要考虑作物类型及种植面积,严格遵循降雨及生态用水规律,建立蓄水设施,保证全年的生产生态用水。     

中国粮食生产与消费中的虚拟水平衡动态变化研究

为优化我国粮食生产水资源利用的空间配置,运用虚拟水分析方法,多尺度分析我国近十年粮食生产和消费中的虚拟水含量空间分布动态变化规律。结果表明:北方粮食生产虚拟水量呈上升趋势,由1998年的3019.1亿m3上升到2007年的3197.5亿m3,上升幅度达5.90%;南方粮食生产虚拟水量则呈下降趋势,由1998年的3207.5亿m3下降到2007年的2801.4亿m3,下降幅度达12.66%。1998～2006年,全国粮食消费虚拟水增长4.43%,年均增长0.49%。北方增长速度快,9年间增长7.70%,而南方则只增长1.84%。近十年全国粮食生产与消费的虚拟水平衡整体表现为负。南方的虚拟水平衡一直为负,且数值呈上升趋势,北方虚拟水平衡态势则整体表现为正。粮食生产和消费的虚拟水资源"北水南调"现象稳定存在,且有增强趋势。其中,东北是虚拟水资源"北水南调"的实质性调出区,黄淮海、华北、东南和华南为实质性调入区。研究结果说明,从水资源的角度看,我国当前的粮食生产和消费格局存在较大问题,需要进行适当调整。     

黄河中游河道生态环境需水量研究

河流生态环境需水量作为维持河流生态系统功能的重要因素已成为当前研究的热点问题之一.本文在探讨河流系统生态环境需水量内涵的基础上,系统阐述了生态环境需水各分项的计算方法,并以黄河中游为例,针对该区的实际情况,采用蒙大拿法、最小月平均流量法、最大月平均含沙量法等计算研究区主要支流的生态环境需水量.计算结果表明,黄河中游生态环境需水量为47.356亿m3,输沙需水量为40.666亿m3,水面蒸发需水量为10.314亿m3.窟野河、无定河、汾河、泾河、北洛河、渭河、伊洛河和沁河的河道生态环境需水总量分别为2.071亿m3、3.393亿m3、10.143亿m3、8.699亿m3、3.575亿m3、34.601亿m3、6.481亿m3和2.505亿m3.由于黄河中游并非一个独立的河流系统,与上、下游有着密切的水利联系,难以确定黄河中游河道生态环境需水总量,有待进一步探讨和研究.     

南方暖湿地区河流生态环境需水量估算

以广东省鹤山市沙坪河生态环境需水为研究对象,从河流水资源规划、开发利用过程中涉及到的生态环境需水问题出发,提出了暖湿地区河流生态环境需水量计算的方法,并计算了各项生态环境需水的数量和比例。其中:基本生态环境需水量0.79 m3/s;水面蒸发需水量0.05 m2/s;输沙需水量0.70 m3/s;稀释净化污染物需水量1.10 m3/s;水土保持需水量1.00 m3/s。沙坪河生态环境需水总量3.64 m3/s,总生态环境需水量约占地表径流总量的38.6%,成果可用于水资源规划与开发利用。     

干旱内陆河流域平原区生态环境需水分析——以新疆自治区台兰河流域为例

从干旱区台兰河流域存在的环境问题出发,在确定流域平原区生态环境需水类型的基础上,构建了台兰河流域平原区生态环境需水定量模型,估算了流域平原区生态环境的规模。计算结果表明,台兰河平原区最大生态环境需水量为4.146×108m3,最小生态环境需水量为2.372×108m3,最适生态环境需水量为2.983×108m3,分别占台兰河平原区水资源总量(8.121×108m3)的51.05%,29.21%和36.73%。在不考虑河流输沙需水量的情况下,台兰河河流生态环境需水量平均为1.440×108m3。在考虑输沙需水量的情况下,河流生态环境需水量平均为2.604×108m3。明确了在确定流域生态环境需水量时,必须考虑研究区环境状况和生态保护目标,从而在不同区域和用水部门间进行调配,并针对流域不同的生态系统状况和对应生态系统类型确定了面向生态的水资源合理配置方案。     

内蒙古“十-五”规划对水资源的影响评价

水资源是内蒙古自治区经济社会发展的刚性约束资源.从水资源供需平衡角度评价了内蒙古自治区"十一五"国民经济和社会发展规划的目标及方案是否在水资源供给能力之内.采用情景分析法和承压法评价了内蒙古"十一五"规划的水资源供需平衡以及未来对水资源的影响.结果表明,按照"十五"期间的节水力度(情景1),到2010年内蒙古需水总量为2.52×1010 m3,按"十一五"规划的节水力度(情景2),则需水总量为2.06×1010 m3,预计可供水量为2.29×1010 m3.在情景1时水资源缺口达2.36×109 m3,在情景2时,水资源盈余2.2×109m3.从总体来看,只要加大节水力度,内蒙古"十一五"规划目标完全在水资源的供给能力之内.但由于水资源区域分布差异大,中西部地区在情景2时仍然处于缺水状态,因此,中西部地区需要调整规划的农业灌溉面积和局部工业发展规模.     

黄河流域水土保持减水定额研究

 流域年径流量是水资源评价与合理配置利用的重要依据,而水土保持减水定额又是估算水土保持对河川年径流量影响的基础。综合分析了水土保持减水作用现有主要研究成果,在对黄河上中游进行生态环境建设分区的基础上,采用小流域综合治理法,计算出黄土丘陵沟壑区、黄土高塬沟壑区、土石山区的水土保持减水定额依次为245.5、118.5、471.9m3/hm2,并提出了推求黄河流域水土保持减水量的有效途径。     

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。