基于正态云模型的黄河流域水资源承载力评价

水资源是支撑区域经济社会发展的基本保障,科学合理地评价水资源承载能力对区域实现可持续发展具有重要意义。从"量、质、域、流"维度出发,筛选22个评价指标,构建水资源承载能力评价指标体系:针对评价指标量化、等级标准划分的不确定性问题,建立了基于正态云理论的水资源承载能力评价模型,并采用单因素轮换法(OAT)分析指标权重的敏感性。将构建的评价指标体系与模型应用于黄河流域2015年水资源承载力评价,结果表明:黄河全流域水资源承载能力等级特征值为2.70,处于第Ⅲ等级临界状态,其中,水量维度承载能力为第Ⅲ级临界状态,水质、水域、水流维度的承载能力均为第Ⅱ级超载状态,除甘肃、宁夏、陕西和河南四省区为Ⅱ级超载状态外,其他省区均为Ⅲ级临界状态。评价结果与SPA-VFS、TOPSIS法评价结果基本一致,表明基于"量、质、域、流"的评价指标体系及模型有效可行,研究以期为水资源承载力评价提供多维量化评价体系与方法。     

太湖流域水资源承载力特征分析及评价研究

针对水资源承载力多元复杂综合体系,在太湖流域水资源承载力内涵和特征分析基础上,突出水质、水生态对流域水资源承载力的重要作用以及湖泊水体循环流动的特性,对流域水资源承载力定义进行了界定。基于水资源的水量、水质、水生态、水流4要素,构建由目标层、要素层、表征层及指标层构成的多层次、分要素、能力-负荷双向表征的水资源承载力评价指标体系,采用单要素评价法和综合指数评价法对太湖流域水资源承载力进行了现状评价,评价结果表明:太湖流域现状水量要素能支撑人口经济发展,水质、水生态状况仍较为严重,对流域人口经济的承载能力薄弱。     

基于系统模拟的县域水资源承载力动态预测及调控研究——以庐江县为例

为实现区域水资源承载力的水量水质要素动态预测和定量调控,提出基于系统动力学方法的县域水资源承载力量质要素动态预测及定量调控方法。以巢湖流域庐江县为例,首先,在区域水资源承载力量质要素诊断指标的基础上,构建基于系统动力学的水资源承载力模拟预测模型;其次,由诊断指标推断水资源承载力的表征指标,得出水资源承载力量质要素的动态预测值;然后根据变量的可操作性和敏感性,从诊断指标筛选部分变量作为调控指标;最后,基于预测模型采用正交试验方法对调控指标进行优化以达到对区域水资源承载力的量质要素进行定量调控的目的。结果表明:选取的具有代表性的总人口、总用水量、COD排放量、氨氮排放量4个要素的预测结果相对误差均小于20%;2035年、2050年庐江县水资源承载力量质要素均处于超载状态;从诊断指标中筛选出的量质要素的调控指标依据正交试验进行分阶段定量调控,调控结果显示2035年、2050年庐江县水资源承载力量质要素可达到临界状态。表明WCCPDR-SD模型在区域水资源承载力量质要素的动态预测和定量调控有较好的应用价值。     

主成分分析法在辽河干流水资源承载力评价中的应用

将主成分分析法引入到水资源承载力研究中。以辽河干流为例,利用主成分分析法定量分析影响水资源承载力变化的最主要的驱动因素,结果表明:辽河干流水资源承载力的影响因素可以归纳为水资源开发利用因素、人口因素和社会经济因素3类;通过分析区域内各个城市的水资源承载潜力,表明辽河干流的承载能力基本处于饱和状态。     

基于改进TOPSIS法的盐城市水资源承载力评价及障碍因子诊断

为了解区域水资源承载力状况和发展趋势,以盐城市为例,构建了水资源承载力评价指标体系。采用改进的Topsis法,结合组合赋权法对盐城市水资源承载力进行了评价,并采用障碍因子诊断模型识别出主要的影响因素。结果表明:盐城市水资源承载力整体呈现提高的趋势,从2005的4级的水平提升至2020年2级的水平;从2005年到2020年,水资源子系统对盐城市水资源承载力影响不断加大,社会和经济子系统呈现相反的趋势,生态环境子系统对水资源承载力的影响变化不大;根据障碍度计算结果,人均水资源量、地下水超采面积比和城镇绿化覆盖率的障碍度在不断增加,用水效率相关指标则相反,水功能区水质达标率的障碍度呈现波动下降的趋势。该评价结果与评价方法合理可靠,可以为其他城市水资源承载力评价提供参考。     

宁夏水资源承载能力评价研究

以宁夏为例,根据自治区最严格水资源管理制度,以用水总量控制红线指标作为影响区域水资源承载能力的主要因素,采用偏最小二乘回归法筛选出与宁夏用水总量密切相关的7个指标作为区域水资源承载力评价关键指标,建立宁夏水资源承载能力评价指标体系,对2015年宁夏水资源承载力进行定量化分区评价,评价结果可为区域经济社会发展和生态环境保护长远战略规划提供科学依据。     

云南省金沙江流域水资源承载能力评价分析

根据云南省金沙江流域水资源分布及利用情况、环境保护状况、社会发展水平及经济结构组成等特点,利用模糊综合评判方法,以水资源承载力评价指标体系为导向,对流域水资源承载能力的各个因素进行单因素分析,通过综合评判矩阵对其承载能力作出多因素综合评价,采用相关的评价模型,计算出与之对应的模糊子集的隶属度,得出相应的评价结果及综合评分值,评价不同区域水资源承载力大小,从而全面地分析流域水资源承载能力的状况。结果表明,金沙江流域水资源承载力相对较好,存在一定的开发利用潜力。研究成果可为云南省金沙江流域水资源可持续开发利用提供决策依据,同时促进流域水资源与社会经济的协调发展。     

贵阳市水资源承载力演变的集对分析与诊断识别

利用集对分析法诊断识别出2005-2017年贵阳市水资源承载力的演变特征和脆弱性指标。研究结果表明:水资源承载力评价等级均高于2.0,处于临界超载状态;实施节水型社会建设后水资源承载状态呈现向好态势;人均水资源量和供水量不足以及农业灌溉定额偏高是水资源承载力致弱的主要因子;夯实节水型社会建设、提升水资源利用效率和加强地下水战略储备资源的保护与利用是提升贵阳市水资源承载力的一个有效途径。     

基于熵权物元可拓法的黑河中游水资源承载力评价

为了对黑河流域的水资源进行科学合理的利用,基于物元可拓评价方法,引入最大贴进度法作为改进的可拓方法,并采用熵值法确定其权重系数,对黑河中游地区的水资源承载力进行了计算分析和评价,然后就不同的治理方案进行了比较。结果表明,目前黑河中游的水资源开发已经具有一定的规模,属Ⅱ级水平,即承载力水平相对较低。对比各项治理方案,其评价特征值由现状年的2.451 7(Ⅱ级水平)调整至1.094 0(Ⅰ级水平)。影响黑河中游地区水资源承载能力的主要因素是农业用水量。因而,可采取提高黑河中游地区的农业用水水平并对其灌区面积加以限制、调整当地产业结构的方法,以提高其水资源承载能力。     

基于模糊综合评判的鹤壁市水资源承载力评价

以鹤壁市为研究对象,选取人均供水量、产水模数、万元GDP用水量、供水模数、需水模数、耕地灌溉率、生态用水率共计7个主要影响鹤壁市水资源承载力的因素作为评价指标,通过构建模糊综合评判模型对该市进行了水资源承载力评价。结果表明:2009-2015年间,鹤壁市水资源承载能力平均得分为0.422 4,属弱承载。承载力总体呈现先增强后趋于平缓,然后有所减弱的趋势,南水北调投入使用后,水资源承载能力有所提升,但仍存在一定程度的水资源短缺现象,因此优化配置水资源、实现水资源的合理开发利用仍然是当务之急。本文研究成果对于实现鹤壁市水资源可持续开发利用具有一定参考价值。     

中小尺度流域洪水模型模拟比较研究

中小尺度流域洪水模拟是水文预报和防洪减灾的重要基础工作,选择适宜的水文模型对制定水文预报方案具有重要意义。以长江上游支流沿渡河流域为研究对象,对比分析了3种不同类型的水文模型(新安江模型、TOPMODEL、人工神经网络模型)对场次暴雨洪水过程的模拟效果及适用性。结果表明:各模型在模拟场次和验证场次的平均NSE效率系数均超过0.7,平均径流深误差均低于12%,可见3种模型在沿渡河这一湿润地区典型中小尺度流域均有较好的适用性。在验证期,新安江模型模拟的径流深相对误差均未超出许可误差20%的范围,且NSE系数均值达到0.826,然而Topmodel和BP模型模拟下各场次洪水的NSE系数虽均大于0.6,但个别场次结果精度较低。此外,新安江和BP模型的实测与模拟流量点群更接近1∶1线,在流量模拟方面更好,Topmodel的流量模拟整体偏大。总的来说,新安江模型在流域的适用性更好,Topmodel和BP模型次之。     

河流曲度对水体中磷去除影响的试验研究

降低总磷浓度已成为我国河流污染治理的重要部分。为揭示河流曲度对水体中磷去除影响的机制,通过4组不同河流曲度的循环水试验,对比研究磷素在上覆水、河岸孔隙水中随时间变化的迁移转化特性。结果显示:上覆水总磷浓度下降过程可分为快、慢2个阶段,在快下降阶段,高曲度河流上覆水总磷浓度下降速率显著大于低曲度河流,上覆水总磷浓度去除效率随曲度增大而提高;受纵向潜流交换和横向扩散影响,弯曲河流河岸各点孔隙水总磷浓度存在差异(1号>2号;3号>4号;5号>6号);受横向扩散影响,顺直河流孔隙水总磷浓度沿远离河道的方向减小;上覆水磷去除效率受纵向潜流交换影响显著,受横向扩散影响小。     

不同矿化度对层状土入渗规律的影响研究

为研究不同矿化度水分对沙壤土中壤土夹层入渗规律的影响,设置4种矿化度处理,分别为0,1,3,5g/L,进行室内土柱垂直一维积水入渗试验。结果表明:壤土夹层对不同矿化度水分均有阻渗作用;各处理累积入渗量在湿润锋到达夹层界面前随时间呈非线性变化,通过夹层后随时间呈线性变化,各处理稳渗率大小关系为V(3g/L)>V(5g/L)>V(1g/L)+>V(0g/L);矿化度为0~3g/L时,累积入渗量、入渗后土壤含水率均随矿化度提高而增大;入渗结束后,各处理夹层界面上层土壤脱盐,夹层界面下层土壤积盐。     

生物炭施用对节水灌溉稻田土壤酶活性的影响

为探究生物炭施用对节水灌溉稻田土壤酶活性的影响,基于田间试验,分析了不同水碳调控情景下土壤酶随土层深度及水稻生长的变化规律。结果表明:节水灌溉条件下,施加生物炭对土壤酶活性有一定的提高作用,随着生物炭施用量的增加而增加,但在分蘖期的0~10cm土层出现了降低。同对照相比,中量(20t/hm^2)和高量(40t/hm^2)生物炭施用处理0~40cm土层的土壤过氧化氢酶活性分别增加了1.89%~4.64%和6.67%~8.75%,蔗糖酶活性分别增加了3.21%~23.38%和35.26%~73.43%;与常规灌溉相比,控制灌溉0~40cm土层土壤过氧化氢酶活性和土壤蔗糖酶活性均值分别提高了4.26%~12.44%和4.88%~20.98%。不同生物炭施加量处理的土壤蔗糖酶活性在分蘖期差异显著,在水稻生长的中后期逐渐减弱。稻田各生育阶段的土壤过氧化氢酶酶活性随土壤深度增加先增后减,土壤蔗糖酶活性基本上随土层加深逐渐降低。节水灌溉和生物炭施用的联合应用可以提高稻田土壤酶活性,且高量生物炭施用效果更加明显。     

生育期模型的不确定性对未来四川水稻灌溉需水量影响

生育期的准确模拟是预估未来气候变化对作物耗水影响的关键,但不同生育期模型间差异较大,其不确定性还未充分研究。采用3种经充分率定和验证的水稻生育期模型(ORYZA2000、CERES-RICE和RCM)结合降尺度后的CMIP5大气环流模式,模拟两种情景下(RCP4.5、RCP8.5)未来3个时期(2020s、2050s、2080s)四川省水稻生育期的变化趋势,再结合水量平衡模型和水稻常规灌溉制度,预估灌溉需水量的变化,同时评估模拟结果的不确定性。结果表明,未来气温的显著升高导致四川省水稻生育期长度显著缩短,而降水量的显著增加导致了灌溉需水量的明显减少。不同生育期模型在模拟水稻生育期以及灌溉需水量时存在着一定的差异,3种生育期模型模拟未来水稻生育期长度的偏差分别为天-2.8 d、-2.3 d、+4.2 d,模拟的灌溉需水量偏差分别为-1.4%、-2.4%、+3.8%,表明3个模型的模拟结果偏差在可以接受的范围内。     

土壤入渗研究进展及方向评述

作为土壤水资源补给的主要途径,入渗决定着土壤对降水和灌溉的有效蓄存程度,影响作物生长和产量。在综述土壤入渗基本理论、测定方法、模拟方程和影响因素分析等方面研究进展的基础上,重点分析了现存问题和未来发展方向。传统土壤入渗研究侧重于单点监测,还需充分考虑环境变化的影响,以定量分析土壤入渗的时空变异规律;监测手段受到尺度限制;基本方程以土体单元单一入渗过程为主,需进一步考虑SPAC系统的协同作用。因此,亟需融合单点监测、遥感反演和数值模拟优势,加强气候变化和人为干扰下土壤入渗时空动态变化特征的研究。     

蓄水坑灌不同灌水上下限对苹果树叶片蒸腾日变化的影响

在田间试验条件下,以10a生矮化型红富士长富二号苹果树为材料,对不同灌水上下限条件(蓄水坑灌处理T1:田间持水量的80%与60%、T2:田间持水量的90%与70%、T3:田间持水量的100%与80%;地面灌溉对照处理CK:田间持水量的80%与60%)叶片蒸腾及其影响因素的日变化进行研究,并分析叶片水分利用效率对不同灌水上下限的响应。结果表明:不同处理苹果树叶片蒸腾速率日变化特征基本一致,均为单峰曲线且峰值都出现在13∶00,日平均叶片蒸腾速率大小排序为T3>T2>CK>T1;叶片蒸腾速率主要受土壤含水率、气孔导度、胞间CO2浓度、大气温度、叶面温度的影响。叶片水分利用效率日变化呈先降低后升高的趋势,日平均叶片水分利用效率大小排序为T1>T2>T3>CK,且T1与T2、T3、CK都有显著性差异。综合对比知,T1的节水效果最显著。     

蓄水坑灌下不同氮素水平对苹果叶片光合作用的影响

研究蓄水坑灌下不同氮素水平对苹果树叶片光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、叶片全氮含量、叶绿素含量的影响,同时分析Pn与后4者的相关性,为探索蓄水坑灌苹果的合理施氮范围提供参考,为阐释施氮对光合速率的影响机理提供依据。设置4个蓄水坑灌施氮水平(0、150、300、600kg/hm^2),同时与地面撒施对比,测定施肥前、后果树叶片的Pn、Gs、Ci、全氮含量及叶绿素含量。结果表明:同等施氮量条件下,与地面撒施相比蓄水坑灌苹果树叶片光合作用的提高效果更显著;随施氮量的增加,叶片全氮含量、Gs先增大后趋于稳定,叶绿素含量、Pn先增后减,Ci无明显变化;施氮后Pn与Gs、全氮含量、叶绿素含量相关性较强,与Ci相关性较弱,说明施氮对Pn的提高作用与全氮含量、叶绿素含量有关。本实验条件下T3处理(300kg/hm^2)更利于蓄水坑灌苹果树叶片光合作用。     

蓄水坑灌下苹果树根系生长对不同氮素水平的响应

研究蓄水坑灌下不同氮素水平对苹果树根长密度和根表面积密度的影响,为确定蓄水坑灌条件下苹果树合理的施氮范围提供了依据。以7a生矮砧密植红富士苹果树为研究对象,设置了4个蓄水坑灌施氮水平(0、10、20、40kg/hm^2)对应T1、T2、T3、T4处理,以地面施肥作为对照组CK(施氮水平为10kg/hm^2),利用微根管法对施肥前后不同土层深度的苹果树根长密度和根表面积密度进行了测定。结果表明:施氮可以有效促进苹果树根系生长,各处理根长密度和根表面积密度的生长速率随施氮量的增加先增大后减小。CK处理和同等施氮水平的T2处理相比,其根系在表层土壤生长状况更好,而T2处理苹果树根系在中深层土壤中发育更好。综合各个处理苹果树根系生长发育情况,本试验中T3处理最适合苹果树根系的生长发育。     

弯曲河道上底流消能工布置试验研究

传统的底流消能工常布置在顺直河段,针对受实际条件限制必须在弯曲河道上布置底流消能工的技术难题,基于某水库工程的物理模型进行了试验对比研究。试验结果表明,所提出的主、辅两级消力池与导流消力墩这一消导结合的消能工结构在弯道段水流流态、消力池回流强度、弯道段坡脚冲刷强度等水力指标方面均优于传统直线型消力池布置方案和曲线型跌坎消力池布置方案,解决了弯曲河道段布置底流消能工的技术难题。