什么是水资源流域水资源, 流域水资源的概念是...

湘江流域管理的思考
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根据学习实践科学发展观活动要求,开展“问计基层群众,共谋科学发展”大调研活动的要求,我选择了湘江流域管理问题的调查研究。10月底,我带领水利厅水政处、规计处、水文局、水电设计院的有关同志,深入湘江的上游永州市、中游衡阳市、下游长沙市实地考察调研。在长沙还与水资源管理的基层工作人员。就水资源管理及流域管理问题进行了座谈。认真学习和查阅了流域管理理论资料和国内外流域管理相关材料,并与相关高校的同志进行了交流。通过这一系列活动,我对湘江流域水资源问题有了更深的了解,对加强湘江水资源管理有了一些新的认识和思考。一、必须高度重视湘江流域水资源及水资源管理问题湘江是我省最大的河流,流域面积9.6万平方公里,湖南境内流域面积8.53万平方公里。流域内多年平均降雨量达1460毫米,多年平均径流量600多亿立方米。湘江是湖南人民的母亲河,是孕育湖湘文明的生命之河。沿岸分布有长沙、株洲、湘潭、衡阳、永州、郴州、娄底等7个地级市,2007年流域总人口3276.5万人,约占全省人口的48%,其经济总量占全省2/3,是湖南人口最稠密、经济最发达的流域。建国以来我们在湘江流域兴建了一大批水利工程,开发利用水资源取得了巨大成就,为沿岸经济社会发展提供了较为丰厚的水源。但由于降雨时空分布不均、水利工程体系的不完善,特别是沿岸经济社会的快速发展及人口的快速增长,水资源问题已日益显现,这个问题随着经济社会的发展可能会进一步突出,同时水资源管理也与经济发展对水资源的需求不相适应。我们应予以高度重视。(一)流域水资源问题已经凸现通过这次基层调研,特别是通过我们平时工作中对流域情况的了解,目前,湘江流域面临诸多水问题。1、防洪除涝整体能力不强湘江流域防洪除涝体系建设与经济快速发展不相适应,其干支流水库防洪库容偏少,特别是干流缺乏控制性防洪水库,防洪调控能力弱。目前流域防洪主要还是依靠堤防,受历史条件和建设资金制约,其堤防达标率不高,每到汛期,流域防洪压力很大。沿岸城市排水管网系统不完善、不配套,且年久失修,一遇大雨内涝严重,影响人民生产生活。2、水资源紧缺问题凸现流域水资源总量相对丰沛,但时空分布不均。其下流控制水文站实测流量最大达20800m3/s,而最小流量仅100多m3/s。全流域缺乏有效的水资源配置工程,目前仅只有东江水库具有较大的水资源调控能力。但该水库属多年调节水库,年季水量有限,难以长时间为下游补水。同时由于河道采砂、航道疏浚及水流自然冲刷等原因造成河道严重下切,特别是枯水季节下游河段同流量水位严重偏低,近些年由于枯季水量减少及水位下降等原因,湘江下游水资源紧缺问题已经凸现,2003年、2007年、2008年枯水季节有较长时间主要依靠上游东江补水才基本保证下游长、株、潭的人民生产生活和生态用水需求。3、水环境状况堪忧全省有20%的大中型企业分布在湘江沿岸。自80年代以来,污水排放量一直呈上升趋势,近几年各级政府大力治理,节能减排取得明显成效,湘江重金属污染问题已有较大改善,但总体水资源质量没有显著提高,水环境状况没有根本好转,部分河段大肠菌群、氨氮超标严重,特别是干流衡阳、湘潭、株洲、长沙城区河段以及支流蒸水、郴江、渌水、涟水、浏阳河、捞刀河、沩水下游河段水质仍较差,出现IV类、V类水体,直接影响城市饮用水源安全。4、河流生态受到威胁湘江流域采矿业较为发达,加上城市化建设加快及工程建设等人类活动频繁。随意侵占岸线、水域、河道现象严重,人为新增水土流失问题也相当突出,特别是河道无序采砂、淘金,导致河床、河势破坏,影响防洪安全,危及河流健康。(二)经济社会发展过程中可能引发新的水资源问题为加强水资源管理,研究一个流域和区域的水资源现状问题很重要,但研究经济社会发展过程中可能出现的水资源问题更显重要,我在认真研究发达地区和发达国家在发展过程中的水资源问题的基础上,对湘江流域可能出现的问题也进行了一些研究和思考。1、经济社会发展会促使水资源量供需矛盾更为突出湖南正在大力推进城市化和新型工业化进程,随着城市化、工业化的推进,区域人口和经济的集中,城市规模的扩大,势必导致供水规模的扩大和供水保证率要求的提高,水资源的供需矛盾将更为突出,反过来对区域经济发展和人口扩张产生制约。如湘江下游长株潭地区在现有人口和现有经济总量情况下,只需加强三市城市污水治理,保证河流最小控制流量,基本能保证供水安全。但是在长株潭城市群建设规划中,预测2020年其经济总量将由2006年的2800亿增加到1.6万亿元,人口达到1000万人,要保证这一发展目标,水资源供需矛盾将更为突出,在水资源供给方面,除采取节水减排,加强城市治污外,还必须考虑上游各区域用水增加和水资源保护等问题,并在此基础之上,研究三市供水水源的布局和保护,以确保发展过程中的用水安全。2、经济结构和产业布局直接影响水环境我省正加紧承接沿海地区产业转移,沿海特别是珠三角地区,下一轮产业转移的目的地首选在湘江中、上游地区,这些地区与沿海距离近,交通便利,劳动力丰富,转移成本低。这些无疑是其流域经济加快发展的极好机遇,但如果对产业布局和市场准入把关不严,一些高耗水、高污染的企业和行业进入中上游地区,将严重影响整个流域的水资源配置,造成湘江流域新一轮的水环境压力和水资源失衡。3、流域内工程建设大量增加将加大水资源调度的难度随着今后几年国家实施积极的财政政策和适度放宽的货币政策的实施,流域内工程将逐步增多。但根据规划,流域内已几乎没有可用于水资源调控的工程,今后要建成的绝大多数是径流式电站和航运工程。随着这些工程的上马,流域中影响各用水部门、各区域的利益因素增加,水资源管理和调度难度加大。湘江干流、耒水、洣水、潇水等主要支流的梯级电站的开发已基本完成,但大量的是低水头的闸坝,在枯季如调度管理不力将导致水量不均匀下泄,或造成污染物积蓄,或造成下游水量的不足,影响区域及流域的用水安全。4、全球气候变化使水资源管理更为复杂在全球气候变化背景下,气温变暖,蒸发效应增强,全球水循环表现为加速的趋势,降水与流量更为集中、年际变化更大,水资源循环演化规律也相应发生变化,主要表现为干旱历时长、强度增加、极端天气事件频率和强度增加。由于全球气候变暖及人类活动加剧等因素,湘江流域水文循环规律也发生了变化,水资源时空分布不均的现象将进一步加剧,水文气象等极端灾害事件将会越发频繁。去年冬天发生了罕见的低温冰冻灾害,今年10月下旬和11月上旬,湘江流域刚出现长时间干旱少雨,出现特枯水位,紧接着又马上出现长时间的降雨,水位迅速抬升,部分河段甚至逼近警戒水位等反常现象。全球气候变化带来的水资源演变规律的异常,增加了水资源管理的复杂性和不确定性。(三)湘江水资源管理存在的问题不容忽视1、思想认识不到位流域内地方政府及社会对水资源形势缺乏深刻认识,广泛存在“湖南省是丰水地区,不存在缺水问题,也不需要节水”思想,水资源危机意识和节水意识较差。这种现象在水行政主管部门也同样存在,真正重视和认真开展水资源管理工作的人员较少,水资源管理意识淡薄,个别地方水资源管理严重滞后。2、管理体制没理顺流域内水资源管理体制不顺,形成了地区分割、部门分割、城乡分割、多头管水的局面,没有实施水资源统一管理和优化配置、合理利用,尤其是水量和水质分割管理极大地影响了水资源管理和保护。3、管理机制不健全水资源管理缺乏科学的、适用于管理、具有约束力的措施和办法,管理大部分是被动应付。在投入上缺乏有效的投入保障,管理设施装备滞后,工程建设资金短缺。没有建立以经济手段为主的节约用水机制,流域内工农业及生活用水耗水量大。4、行政执法不到位《水法》对水资源管理明确了一系列的管理制度,如取水许可与水资源有偿使用制度,水功能区制度、水资源论证制度、总量控制和定额管理制度、河道采砂许可制度等,由于管理等方面原因,这些制度并没完全到位,同时由于执法不严,违法和干扰管理现象也较为普遍。二、必须强力推进湘江流域管理在全党开展的学习实践科学发展观活动,就是要我们以科学发展观为指导,解决实际工作中的问题,推动工作。结合水资源管理特别是湘江水资源管理的实际,用科学发展观指导管理工作,就要求我们必须为湘江流域经济社会发展提供防洪安全、饮水安全、工农业用水安全和生态用水安全,确保社会经济可持续发展。要实现这一目标,就需要我们对现实存在的水资源问题和发展过程中可能出现的问题统筹研究,加以解决。怎样解决这些问题,根据湘江流域水资源管理工作的现状,必须从水资源管理的体制和机制着手,以科学发展观为指导,不断创新管理体制和管理机制,用新的理念和措施办法强化管理工作,实现全流域的用水安全。湘江流域的水资源管理工作应当建立一个怎样的管理体制和管理机制,我个人认为应当吸收国内外先进的管理经验,实行湘江流域管理。当前,国内外对于流域管理的概念已基本形成某种程度上的共识,即“流域管理就是以自然流域为单位,以水资源管理为核心,将流域的上、中、下游,左岸右岸,干流与支流,水量与水质,地表水与地下水,治理、开发与保护等作为一个完整的系统,将兴利与除害结合起来,运用行政、法律、经济、技术和教育手段,进行统一协调管理。”流域管理的实质,就是要建立一套适应水资源自然流域特性的管理制度,使有限的水资源实现优化配置、有效保护和发挥最大的综合效益,保障流域经济社会的可持续发展。从流域管理的概念和实质可看出,在湘江实行流域管理,按全流域进行水资源的统一协调管理是必须的,符合湘江目前水资源管理的实际情况,有利于现实和长远问题的解决。以下几方面也充分说明了这一点。(一)从水资源的自然特性看,必须推进湘江流域管理。水资源所具有的流域整体性以及其水量、水质等要素之间的关联性要求在流域层面实行水资源统一管理。水资源具有以流域单元为整体的自然特性。一个流域是一个完整的系统,流域的上中下游、左右岸、支流和干流、水质和水量、地表水和地下水等,都是流域不可分割的组成部分,流域内不仅各种自然要素之间联系极为密切,而且上中下游、干支流各地区间的相互制约和相互影响也非常显著。特别在湘江这样一个支流众多、人口密集、经济活动频繁的流域,其城市、重要集镇都依河而建,人们傍水而居,任何一个区域和河段出现水问题,都将对整个流域带来影响。流域是整体性极强、关联度很高的区域,流域内水资源的局部开发利用应考虑流域整体利益,考虑给流域带来的影响和后果。人为地将流域内的水资源分成不同的行政区域,依据区域关系调整水资源的保护和利用,割裂了水资源流域整体性的特点。同时,水资源是水量、水质、水生态等要素的结合体,这些要素是相互关联、相互影响的。将水资源的各要素分开,由不同的部门分别管理,对水资源的开发、利用和保护也极为不利。各部门往往从部门利益出发考虑问题,难以对水资源实施统一管理和优化配置,不利于解决城市缺水问题;不利于统筹解决水污染问题;不利于水资源的综合效益发挥和可持续利用。(二)从湘江流域各区域经济社会协调可持续发展来看,必须推进湘江流域管理。湘江流域干支流沿岸分布有7个地级市,30多个县级城镇,各个行政区域经济社会发展的需求,形成对湘江流域水资源开发利用的强大驱动力。在现有的水资源管理体制下,各个行政区域从区域利益和区域视角出发,或者能够统筹考虑各自行政区域内水资源的开发、利用、节约和保护,尽量协调当地水资源承载能力与经济社会发展的关系,而无法从全流域的角度出发,统筹协调好全流域的水资源承载能力与经济社会发展的关系。在实践中如不合理地要求某个地方政府承担过多的流域水资源维护责任,会制约该地区的发展,也会使该地方政府消极应对,但如果不要求承担水资源维护责任,则会给流域其它区域的经济发展带来严重影响。湘江流域不同区域对水资源开发利用条件存在较大差异,如湘江下游长株潭地区,由于天然地形条件的劣势,缺乏水资源控制工程,在水资源的利用中往往受到上游的制约,处于相对弱势,其用水安全的保障依赖于上游对于水资源的节约、保护,甚至需要上游水资源工程的补偿调度来保障。因此,必须通过加强流域管理,建立流域水资源统一管理体制和运行机制,并遵循一定的原则,来协调处理流域内各区域间各利益相关者的利益诉求。(三)从实现长株潭两型社会建设的要求看,必须推进湘江流域管理。当今社会,人类对自然的影响比以往任何时候都广泛和深刻。长期以来,人类强调单一经济目标的流域资源开发利用模式,导致流域资源与环境问题日趋严重,世界许多流域普遍出现了资源退化、环境恶化与灾害加剧的趋势。主要表现为水土流失、流域水资源短缺和水环境恶化、生态失衡等问题。根据流域整体原理,这些问题的解决,必须按照流域管理的理念,将水环境容量、水资源开发利用、水量水质的保护和增进,以及对水体的改造和水生态的维护等多要素统筹结合起来,作出统一规划和部署,同步实施。长株潭位居湘江下游,目前是全国“两型社会”建设综合配套改革试验区。它既要在自身经济社会发展过程中实现资源节约和环境友好,同时也要为全国的经济发展模式提供经验。但在长株潭这样一个依湘水而居,水环境影响叠加的区域建设两型社会,水资源的“配置、节约、保护”的任务必须是“两型”社会建设实现资源节约和环境友好的重要内容。同样按流域整体性原理,这一任务能否实现也必须按流域管理的要求,全流域统筹安排,从源头抓起,沿江抓起。要实现长株潭的用水安全,也必须上、下游、左右岸兼顾全流域统一管理。(四)从国内外的成功经验看,必须推进湘江流域管理。我国开展流域管理工作较早,水利部在长江、黄河等全国7大江河流域都建立了流域管理机构。特别是近年来,国内各省对于加强流域管理的探索和改革取得丰硕成果,如黄河、新疆塔里木河、广东省韩江、西江、北江和东江都实行了以水资源管理为核心的流域管理,对流域总水量在地区之间和行业之间实行了合理的分配和水量、水质的联合调度,大大提高了流域水资源的配置效率和效益,提高了水资源对流域经济社会发展的承载能力。美国、法国、英国、德国等一些欧洲国家以及澳大利亚和日本、印度等国实行流域管理,已取得成功经验。美国田纳西流域管理是流域水资源开发和保护的成功典范。美国国会于1933年通过《田纳西流域管理法》,并成立了田纳西流域管理局。根据田纳西流域管理法,负责包括水资源在内的自然资源进行统一开发、利用和管理。经过七十多年的开发建设,田纳西河流域已成为世界上开发管理最为完善的水系之一。莱茵河是一条国际河流,流经欧洲9个国家,以前由于莱茵河缺乏统一管理,曾经污染严重,被称为“地球上污染最严重的河流之一”、“欧洲的下水道”和“欧洲的公共厕所”。通过建立莱茵河保护国际委员会,理顺了莱茵河管理体制,实现了全流域水资源统一管理,有效地改善了流域水环境状况,已经成为国际环境合作和跨国界河流实施水资源统一管理、有效治理水污染的成功典范。国内外流域管理的经验给我们带来许多启示:比如建立流域管理机构,以自然流域为单元的实行流域管理;编制流域综合规划,将流域综合规划作为流域管理的依据;通过立法保障流域管理;注重流域内相关利益方的参与协商;在流域管理中引入经济手段与完善投融资机制等等。总而言之,国内外对于流域管理已形成共识,即以流域为单元对水资源实行统一管理已成为当今世界的发展趋势。三、湘江流域管理的思路世界各国实行的流域管理内容和模式不尽相同。美国田纳西流域管理负责包括水资源在内的自然资源进行统一开发利用和管理。世界其它地方实行的流域管理绝大部分是实行的流域水资源的统一管理。结合湘江的实际,我认为湘江的流域管理应以水资源管理为核心,站在全流域的角度,统筹协调和开展水资源的开发、利用、保护。一方面不断满足经济社会发展的用水需求,另一方面对全流域或是某个区域的产业布局、经济发展模式及人类行为进行限制和规范。按这一思路,结合湘江实际,对湘江流域管理提出如下基本看法。(一)流域管理的目标和原则1、流域管理的目标湘江流域管理的目标是:通过加强流域管理,提高用水效率,有效保护水资源,全流域用水安全、防洪安全保障能力明显增强,在维系湘江河流健康的前提下,促进流域内经济社会健康持续发展。具体为:(1)用水效率全面提高。湘江流域水权制度基本建立,水市场基本形成,市场在水资源配置中的作用得到较好的发挥,高效的节水管理体制和运行机制基本形成,节水型社会建设取得重要进展,用水效率大大提高。(2)水资源得到有效保护。以水功能区管理为基础的水资源保护制度建立和完善,污水限排取得成效,流域供水水源地水质及各水功能区水质达到目标要求。(3)用水安全得到保障。全流域及流域内各区域、各行业用水总量得到有效控制,供用水工程体系完善,枯水年份、枯水季节各主要河段满足最小流量要求,可以确保生活、生产和生态安全,水资源短缺对流域内经济社会发展的制约得到缓解。(4)防洪安全保障不断增强。以堤防为基础、干支流水库以及防洪非工程措施相配套的防洪体系日趋完善,洪水调控能力明显增强,重要城镇安全保障显著提高。(5)人水和谐的局面得以呈现。流域呈现水质良好、水生态环境优美的健康状态,能够适应经济社会发展的需求,能够支撑和保障流域经济社会的持续健康发展。2、流域管理的原则湘江流域管理要以科学发展观为指导,适应流域的特性要求,坚持以下原则:(1)统一管理的原则。流域管理必须尊重流域的整体性,以流域为单元,以流域水资源统一管理为重点,理顺全流域管理与区域管理以及与部门分割管理的关系,对流域内的涉水事务进行统一管理。(2)以人为本的原则。以更好地满足人民的生存和发展对水的需求为首要任务,防止洪涝灾害造成对人民的生命财产安全的伤害,保证城乡生活用水、生产用水安全。同时,积极鼓励、动员流域内用水户、人民群众、全社会的力量参与流域管理。(3)统筹协调的原则。统筹协调流域内各行政区域之间、城乡之间和管理部门之间的关系;统筹协调上下游、左右岸、干支流的关系;统筹协调开发利用和节约保护的关系;统筹协调管理中的经济手段和行政手段的关系;统筹协调水资源承载能力与经济社会发展的关系。(4)可持续的原则。流域管理的目的既是为了满足人当前的需要,也要满足其未来发展的需要,要体现“保护优先”原则,要体现“代际公平”的要求,为子孙后代的发展留下空间。(二)流域管理目标的实现途径1、科学划定水功能区,强化水资源保护湘江流域的水资源持续利用,重在保护,难在保护。要实现流域水资源保护,应按水资源管理要求对全流域各水域河段进行科学合理区划,并对其主要功能进行定位,划定水功能区。按其主要功能确定各江段的水质目标,并据此核定各个水功能区的纳污总量。根据流域各水功能区的纳污总量,对流域各行政区域提出污染物排放的限排要求。建立流域完整的水质监控体系,对各水功能区和行政区界水质状况实行监测,监督各行政区域污染物按标准排入。促使区域内各级政府严格限制高耗水、高污染行业、企业的发展和产业结构的调整,促使地方政府实现节能减排目标,水资源保护得到明显增强。2、科学配置水资源,提高用水效率根据湘江水量充沛、丰枯差异大,工程调控能力弱的特点,科学核定流域水资源可用量,并在此基础上,按效率、公平原则对可用水资源量按行政区域科学配置,对每个行政区域用水实行总量控制。并实行严格取水许可制度和技术监测措施,保证流域内各行政区域取用水量不超过控制指标。促使流域内各级政府采取比较合理的经济增长方式和产业布局,并积极采取行政、市场、经济、技术等手段推进区域内企业、单位、居民的节约用水,不断提高用水效率和效益。3、科学规划岸线,强化水域管理按人水和谐要求,统筹考虑发挥湘江沿岸及水域的防洪、生态、交通和人居环境等功能。按照全流域经济社会发展的总体要求和经济社会发展的现状,在流域水资源和水功能区划基础上,对全流域沿岸的城市布局、产业发展、交通布设、生态景观进行全面合理规划。建立相应法律法规,并促使各区域政府严格遵守。同时,按照河流防洪和生态要求,对岸线利用、河道采砂、涉河工程进行合理的规划,并规范人类活动。实现湘江河流安澜、经济发达、两岸秀丽、水域生态。4、科学调度水源工程,强化水资源利用湘江流域由于缺乏控制性水源工程,水资源调控能力相对偏弱。必须对水利工程实行科学调度,实现水资源优化配置,提高水资源利用的效率和效益。在汛期,要树立洪水也是资源的意识,在保证防洪安全的前提下,不断提高雨情、水情监测、预报手段,实行水库水位动态控制,最大限度的利用雨洪资源;在汛末,要实行水库精细调度,尽可能拦蓄尾洪,提高水库汛末蓄水率,为枯水季节提供充足的水资源保障;枯水季节要统筹考虑全流域水利工程优化调度、联合调度,保障流域用水安全;针对极端枯水年和可能发生的水资源突发污染事件,要建立应急调度机制,确保流域生活用水安全,确保生态用水的基本要求,保证工农业生产的基本需求。(三)推进流域管理要抓好4项工作1、加大宣传力度推进湘江流域管理,关键是要统一思想,统一认识,这是我们开展流域管理的前提。要加大宣传力度,使全社会都能认识到湘江流域经济社会发展所面临的水资源的严峻形势。使社会各界、各级政府充分认识到以流域为单元统一管理水资源, 是现代治水的新思路, 是加强水资源保护,提高水资源利用效率和效益,以水资源的可持续利用、保障经济社会可持续发展的重要措施。在统一认识、统一思想基础上,使湘江流域管理变为我们各级各部门的积极行动,都来积极思考研究湘江流域管理问题,共同探讨湘江流域管理的措施和办法,加速湘江流域管理的进程。2、理顺管理体制推进湘江流域管理的关键环节是水资源管理体制问题,按照水资源特性和流域管理的特点,加强水资源管理,首先应当是要实行以流域为单元的水资源统一管理。要改革目前在地域上“城乡分割”、在职能上“部门分割”、在制度上“政出多门”的局面,建立涉水事务一体化管理体制,形成水资源统一管理机制。鉴于此,站在湘江全流域的高度,必须也只能是建立一个流域管理机构,由这个管理机构实行对全流域的水资源统一管理。与此同时还要注重流域管理机构和区域管理的职能划分和协调。应按照流域管理机构宏观更加综合,区域管理机构微观更加细化的原则,科学划定职能,使得流域管理机构既具有统管全流域的能力,而又能不失去平衡流域各方利益的公正性,也使得区域管理具体到位。3、加强规划编制以基础分析和技术成果作为支撑,按照流域管理的目标、原则和思路,加强对流域水资源状况的基础研究,合理科学的确定管理控制指标。以此为基础研究提出管理模式、机构设置、管理措施和办法,为推进湘江流域管理打下坚实基础。4、加快立法步伐通过立法保障流域管理的合法性,确认流域机构的管理地位,确立流域管理的目标、原则、体制和运行机制,包括流域管理的利益相关方之间的权利义务关系、流域机构的职责与权力,明确各种流域管理制度和奖惩机制。目前,湘江流域亟待制定《湘江流域管理条例》、《湘江流域水量分配办法》、《湘江流域水量调度管理条例》等法律法规。
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松辽流域水资源智能管理研究进展-2014第二届中国水利信息化与数字水利技术论..
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松辽流域水资源智能管理研究进展
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淘豆网网友近日为您收集整理了关于三川河流域水资源演变个例研究的文档,希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍:三川河流域水资源演变个例研究 三川河流域水资源演变个例研究仇亚琴1,周祖昊1,贾仰文1,秦大庸1,王浩1,严登华1,姜乃迁2,王国庆21中国水利水电科学研究院,北京,1000442黄河水利科学研究院,郑州,450003摘要:应用 WEP-L 分布式水文模型,以三川河流域为例,模拟了不同情景下流域水循环过程,在此基础上,定量分析了降水、人工取用水以及下垫面条件这三个主要驱动因子对流域水资源演变的影响。通过对比分析 8 种不同情景下的水资源量,初步得出:降水单项因子减少 4.5%引起各种口径水资源量的减少,地表水资源量减少 18.4%,地下与地表水资源不重复量 15.8%,狭义水资源量 18.3%,有效蒸散发量 2.1%,广义水资源量 4.6%;在人工取用水单项因子作用下,地表水资源量减少 4.6%,而地下与地表水资源不重复量增加 113.5%,在狭义水资源量减少 0.4%的同时,伴随有效蒸散发量增加 0.9%,广义水资源量增加 0.7%;在下垫面条件单项因子作用下,狭义水资源量及其构成地表水资源量和地下与地表水资源不重复量分别减少 4.3%、4.3%和 2.8%,有效蒸散发量增加 7.1(来源:淘豆网[/p-8052230.html])%,广义水资源量增加 5.3%;三个因子对水资源量的综合影响是,地表水资源量减少 30.6%,地下与地表水资源不重复量增加 114.5%,狭义水资源量减少 25.8%,有效蒸散发量增加 6.7%,广义水资源量增加 1.1%。研究成果对于其它流域水资源演变规律研究具有参考价值。关键词:三川河流域水资源水资源演变分布式水文模型 WEP-L 模型1 前言水资源作为自然资源的重要组成部分,近几十年来,其循环过程逐渐受气候变化以及日益加剧的人类活动等多种扰动因素的影响。流域水资源的动态变化及其对气候以及人类活动的敏感性使得水资源演变成为极其复杂的过程。水资源演变规律方面的研究,目前开展的工作大致分为流域(区域)水资源演变规律和趋势、水资源演变驱动因子分析两个部分,后一个部分包括水资源演变驱动因子影响水文水资源的机理分析和定量评估各项驱动因子对水资源演变的贡献方面的研究[1]。在水资源演变规律定量研究方面,水文模型是有力的工具,目前很多研究者都采用或者开发水文模型来模拟各项因子的水文水资源效应[14]。但(来源:淘豆网[/p-8052230.html])这些水文模型,绝大多数是统计模型或者概念性模型,这类模型由于物理机制不清,不能详细而准确地描述水分运动的各个环节和过程,一般用来初步评价断面水资源量的变化,不能作为全面定量评估水循环全过程变化的工具[1]。在过去 10 年里,水文学研究领域内分布式水文模型模拟大尺度的水文过程逐渐受到关注,主要基于以下原因:首先,能够模拟水文参数和自然地理条件空间变异特征;其次能够模拟大流域的径流过程并进行水资源评价及水文预报,以适应现代水资源规划和管理的需要。本文采用具有物理机制的分布式水文模型(WEP-L 模型)[57]模拟三川河流域的水循环过程,定量评估水循环驱动因子对水资源演变规律的影响,综合分析和预测水资源演变规律。影响水循环的图 1 水资源二元演化模式示意图驱动因子,无外乎自然和人工两个方面。容易发生变化的自然因素主要包括降雨、气温、日照等等气象要素和天然覆被状况,人工因素主要包括人类活动对流域下垫面的改变和人类对水资源的开发利用。但对水资源影响较大的驱动因子主要有降水、人工取用水和下垫面条件。降水(来源:淘豆网[/p-8052230.html])作为驱动水资源演变的因子既是内因也是外因;人工取用水改变了水资源的赋存环境,也改变了地表水和地下水的转化路径,使得蒸发、产流、汇流、入渗、排泄等流域水循环特性发生了全面改变;下垫面条件变化影响了产汇流特性,进而影响了水资源的演变特性。本文着重对这三个主要驱动因子的水资源效应进行分析研究。2 研究方法2.1 “二元”水资源演变模式和二元水循环模拟人类活动从循环路径和循环特性两个方面明显改变了天然状态下的流域水循环特征,使流域水循环带有“天然—人工”二元特征[8]。一个是天然降水、径流以及蒸发形成的主循环圈,另外一个是由取水—输水—用水—排水—回归五个基本环节构成的侧支循环圈(见图 1)。天然循环圈与侧支循环圈彼此影响导致水循环以及水资源演变发生深刻的变化,因此研究水资源演变应该建立在“天然—人工”二元理论基础之上。为模拟“天然—人工”二元水循环过程,采用用具有物理机制的WEP-L 分布式水文模型和集总式流域水资源调配模型进行耦合,构成了流域水资源二元演化模型[6]。2.2 层次化水资源量评价水资(来源:淘豆网[/p-8052230.html])源的本质特征包括有效性、可控性和可再生性[8] [10~11]三个方面,水资源评价相应地有三个评价准则。有效性是指对社会经济发展和生态及环境具有效用的水分均可以看作是水资源;可控性是指在对人类具有效用的水分中,通过采取工程措施可以开发利用的那一部分水分;可再生性是指水资源在流域水循环过程中形成和转化,其作为可再生性资源的充分必要条件是保持流域水循环过程的相对稳定。由此可见,根据有效性准则定义的水资源包括了降水中的有效部分和径流性水资源,是一种广义水资源;在广义水资源范畴内,根据可控性准则定义的水资源是传统水资源评价的径流性水资源,即狭义水资源。本文重点研究不同驱动因子对狭义水资源和广义水资源及其构成的影响。狭义水资源评价的口径与现行水资源评价口径一致,即地表水资源量与地下与地表水资源不重复量(以下简称不重复量)之和。广义水资源量等于不重复的有效蒸散发量(以下简称有效蒸散发量)与狭义水资源量之和[7],可用式(1)表示:Ws=(R+D)+Eef (1)上式中:Ws 指广义水资源量;R 指地表水资(来源:淘豆网[/p-8052230.html])源量;D 指不重复量;Eef 指有效蒸散发量,即生态系统对降水的有效利用量,包括冠层截留蒸发量、植被蒸腾量、作物/植被棵间土壤蒸发以及居工地(包括城镇用地、农村居民点和其它建设用地)地面截留蒸发。3 个案研究——以三川河流域为例3.1 典型流域概况三川河发源于山西省方山县东北赤坚岭,流经方山、离石、中阳、柳林四县,在石西乡上庄村入黄,全长 176.4km,流域面积 4161km2,三川河主要支流有北川、东川和南川,干流出口站后大成控制流域面积为 4102km2。流域属于大陆性气候,多年平均降水量 501.9mm,其中 60 年代年均降水量为525.3mm,70 年代年均降水量为 486.6mm,80 年代年均降水量为 505.2mm,90 年代年均降水量为476.0mm,降水的年际变化比较大,最大的年降水量为 665.3mm,最小的年降水量为 235.4降水量年内分布不均,汛期 6~9 月份降水量为全年的 72.2%。三川河流域位于黄土高原的多沙粗沙区内,水土流失十分严重,特别是黄土丘陵(来源:淘豆网[/p-8052230.html])侵蚀强烈。自 70 年代以来,该流域开展大规模的水土保持工作,80 年代又开展大规模小流域治理工作,再加上水利工程以及城镇建设,流域下垫面变化强烈。3.2 三川河流域二元水循环模拟为进行模型验证,在
年共 45 年历史水文气象系列及相应下垫面条件下进行连续模拟计算。取
年为模型校正期,主要校正参数包括饱和导水系数、河床材料透水系数、Manning糙率、各类土地利用的洼地最大截留深以及地下水含水层的传导系数及给水度等。校正准则包括[6]:模拟期平均年均径流量误差尽可能小;Nash-Sutcliffe 效率尽可能大;模拟流量与观测流量的相关系数尽可能大。取
年为模型验证期,模型校正后,保持所有模型参数不变,对后大成45 年连续模拟结果进行验证。模型分别对有无人工取用水两种模拟结果进行校验,其中无人工取用水的校验方式是将其计算的径流模拟结果与后大成“还原”后的河川径流过程进行对比;有人工取用水的校验方式是将其计算的径流模拟结果与后大成实测的(来源:淘豆网[/p-8052230.html])河川径流过程进行对比。从校验结果来看,后大成
年多年平均天然径流量的偏差为-3.4%,Nash 系数为 0.63,多年平均实测径流量的偏差为-3.1%,Nash图 2 三川河流域水系图系数为 0.63,月径流拟合结果见图 3 和图 4。这个精度基本能满足水资源评价的需要。图 3 天然径流量校验结果图 4 实测径流量校验结果3.3 各项驱动因子对水资源影响的定量分析影响流域水资源演变的主要驱动因子是降水、人工取用水和下垫面条件。在模型中仅改变降水、人工取用水及下垫面条件单项驱动因子,研究各种驱动因子对水资源演变的影响。3.3.1 降水对水资源演变的影响降水是流域水资源的唯一来源,对流域水循环起到至关重要的作用。降水对于流域水资源演变的定量计算,可以在水资源二元演化模式的 WEP-L 模型中,保持其他驱动因子不变,即采用 2000年下垫面条件、无人工取用水模式,取不同降水系列作为输入,然后对比其结果,即可得到降水对流域水资源演变的影响。计算表明,近几十年来,三川河流域降水呈减少(来源:淘豆网[/p-8052230.html])趋势,80 年代以后降水比80 年代以前减少很多,本文以
年降水系列(情景二)和
年降水系列(情景一)作为输入,进行对比研究。表 1 不同时段水资源量评价结果情景降水地表水资源量地下水资源量不重复量有效蒸散发狭义水资源广义水资源量总量产水系数产水模数mm 108m3 108m08m3104m3/km2108m3情景一 512.64 2.51 1.29 0.09 14.29 2.61 0.12 6.17 16.90情景二 489.70 2.05 1.09 0.08 13.99 2.13 0.10 5.04 16.12从表 1 中可以看出, 年多年平均降水量为 490mm, 年多年平均降水量513mm,后一时段降水量减少 4.5%,降水量的减少使得各项水资源量都呈现减少的趋势:地表水资(来源:淘豆网[/p-8052230.html])月平均流量(m3/s)0500月降水(mm)面雨量(三川河后大成) 计算流量(三川河后大成) 还原水量(后大成)992000月平均流量(m3/s)0500月降水(mm)面雨量(三川河后大成) 计(来源:淘豆网[/p-8052230.html])算流量(三川河后大成) 实测流量(后大成)源量减少 18.4%,地下水资源量减少 15.1%,不重复量减少 15.8%,狭义水资源量减少 18.3%,产水系数变化不大,但产水模数减少显著,有效蒸散发量减少 2.1%,广义水资源量减少 4.6%。在三川河流域,降水减少引起的地表水资源量衰减比例要比地下水资源量大,狭义水资源量比广义水资源量大。3.3.2 人工取用水对水资源演变的影响人工取用水对于流域水资源演变的定量计算,可以在二元模型中,保持降水和下垫面条件(包括农田)不变,即采用 2000 年下垫面、 年降水系列模式,取有人工取用水(情景四)和无人工取用水(情景三)两种情景分别进行模拟,然后对比其结果,即可得到人工取用水对流域水资源演变的影响。从表 2 可以看到,人工取用水改变了三川河流域水资源量的构成:地表水资源量减少了 0.11×108m3,主要原因一方面是取水-用水-耗水-排水改变水资源的分布,影响了地表径流的产水条件,地下水的开采致使包气带厚度增厚,增加了地表径流的入渗量,减少了地表径流量,另一方面人工开采地下水使得地下水水位降低,减少了地下水向河流的排泄量;不重复量增加了 0.10×108m3,不重复量受地下水补给量和排泄量的影响,补给量除受岩性、降水量、地形地貌、植被等因素的影响外,还受地下水埋深的影响,人工开采地下水影响了地下水水位,改变了地下水的补给量,同时也改变了地下水的排泄方式,袭夺了潜水蒸发以及河川基流量,两种因素共同作用导致不重复量增加;地表水资源量的减少和不重复量的增加使得狭义水资源量减少 0.01×108m3;人类大量取用地下水降低了地下水位,增加了包气带的厚度和土壤储存水的容量,因而有效蒸散发量增加 0.13×108m3;狭义水资源量的减少和有效蒸散发的增加使得广义水资源量增加 0.13×108m3。虽然人工取用水对狭义水资源量影响不大,但是改变了其水资源量的构成。广义水资源量略有增加,可见人工取用水下增加了降水的有效利用量。表 2 有、无人工取用水水资源量评价结果情景降水地表水资源量地下水资源量不重复量有效蒸散发狭义水资源广义水资源量总量产水系数产水模数mm 108m08m/km2108m3情景三 501.93 2.30 1.20 0.08 14.15 2.38 0.11 5.64 16.53情景四 501.93 2.19 1.17 0.18 14.28 2.37 0.11 5.62 16.663.3.3 下垫面因素对水资源演变的影响下垫面条件对于流域水资源演变的定量计算,可以在二元模型中,保持其他输入因子不变,即采用
年降水系列、天然水循环模式,取不同下垫面情景分别进行模拟,然后对比其结果,即可获得下垫面条件对流域水资源演变的定量影响。随着大规模农田建设、水土保持建设、城市建设等工程的实施,三川河流域下垫面状况发生了极大的改变。本次研究在采集植被、农业、土地利用、水土保持和水利工程等各类下垫面空间信息的基础上,在统一的 GIS 平台上进行综合处理,模拟生成了三川河流域不同年份的下垫面信息。本节取 2000 年现状下垫面(情景六)与 年系列模拟下垫面(情景五)两种情景,对比分析不同下垫面条件对流域水资源演变的影响。植树造林、人工梯田、淤地坝等水保措施增加了地表植被的覆盖度,增加了地表的截留、叶面蒸散发以及植被的蒸腾量,同时改变了降水的入渗条件,相应减少了地表径流和地下径流量,增加了生态对于降水的有效利用量;水库建设增加了地表截留和渗漏、蒸发,使得地表径流减少,地下水的补给增加。另外城镇化率的提高导致不透水面积大幅度增加,从而减少了地表截留和入渗,使得地表径流增加,而地下径流减少。各种因素综合作用,影响了流域地表、地下产水量,导致入渗、径流、蒸散发等水平衡要素的变化,改变水资源量的构成。采用二元模型进行计算(见表 3),初步得出:地表水资源量减少 4.3%,地下水资源量变化不大,不重复量减少 2.8%,有效蒸散发增加 7.1%,狭义水资源量减少 4.3%,广义水资源量增加 5.3%。下垫面条件变化引起的广义水资源量的变化比例要大于狭义水资源量。表 3 不同下垫面条件水资源量评价结果情景降水地表水资源量地下水资源量不重复量有效蒸散发狭义水资源广义水资源量总量产水系数产水模数mm 108m08m/km2108m3情景五 501.93 2.40 1.20 0.087 13.21 2.49 0.12 5.89 15.70情景六 501.93 2.30 1.20 0.084 14.15 2.38 0.11 5.64 16.533.3.4 三个驱动因子对水资源演变的综合影响三川河流域以 1979 年为界,降水后一段比前一段减少很多,人类对水资源的开发利用和对下垫面的改造后一段比前一段的强度剧烈,本节为研究三个驱动因子的综合影响效应,取 2000 年现状下垫面、 年降水系列、有人工取用水(情景八)与
年系列模拟下垫面、 年降水系列、无人工取用水(情景七)两种情景进行对比。由表 4 可以得到,在三个因子的共同驱动下:地表水资源量减少 30.6%,地下水资源减少 15.4%,不重复量增加 114.5%,狭义水资源量减少 25.8%,有效蒸散发量增加 6.7%,广义水资源量增加 1.1%。三个驱动因子对水资源的综合影响并不是单个因子的简单叠加。表 4 三种驱动因素变化引起的水资源量变化情景降水地表水资源量地下水资源量不重复量有效蒸散发狭义水资源广义水资源量总量产水系数产水模数mm 108m08m/km2108m3情景七 512.64 2.65 1.27 0.09 13.23 2.74 0.13 6.49 15.97情景八 489.70 1.84 1.08 0.20 14.11 2.03 0.10 4.82 16.154 结论1、描述了流域水资源演变规律分析方法。以二元分布式水文模型为工具,刻画流域水循环过程;在此基础上,采用层次化的水资源评价方法对流域水资源状况进行评价;通过设定不同情景,模拟、评价单项水循环驱动因子对流域水资源的影响和多种水循环驱动因子对流域水资源的综合影响。2、在“降水”驱动因子作用下, 降水量的减少使得所有的水资源量都呈减少的趋势,其中对地表水资源量的影响最大,减少率达 18.4%,对有效蒸散发量的影响最小,减少率为 2.1%。另外地下与地表水资源不重复量减少 15.8%,狭义水资源量减少 18.3%,广义水资源量减少 4.6%。3、人工取用水对水资源演变产生的影响主要是:地表水资源量减少 4.6%,地下水资源量减少2.6%,不重复量增加 113.5%,狭义水资源量略有减少,有效蒸散发量增加 0.9%,广义水资源量增加0.7%。在“人工取用水”驱动因子作用下,狭义水资源量变化不大,但其构成发生了改变,不重复量的变化最大,广义水资源量略有增加。4、下垫面条件引起的变化有:地表水资源量减少 4.3%,地下水资源量变化不大,不重复量减少 2.8%,有效蒸散发增加 7.1%,狭义水资源量减少 4.3%,广义水资源总量增加了 5.3%。在“下垫面条件”驱动因子作用下,狭义水资源量减少,而广义水资源量增加,其中对地下水资源量的影响最小,对有效蒸散发量的影响最大。5、在三个驱动因子共同作用下,水资源量的演变是:降水减少 4.5%,地表水资源量减少 30.6%,地下水资源减少 15.4%,不重复量增加 114.5%,狭义水资源量减少 25.8%,有效蒸散发量增加 6.7%,广义水资源量增加 1.1%。参考文献[1] 周祖昊,变化环境下黄河流域水资源演变规律研究,中国水利水电科学研究院博士后研究工作报告[D],.[2] 王国庆, 王云漳, 尚长昆. 气候变化对黄河水资源的影响[J]. 人民黄河, ): 40~41, 45.[3] 王国庆, 王云璋, 史忠海等. 黄河流域水资源未来变化趋势分析[J]. 地理科学, ): 396~400.[4] 穆兴民, 王飞, 李靖等. 水土保持措施对河川径流影响的评价方法研究进展[J]. 水土保持通报, ):73~78.[5] 贾仰文,WEP 模型的开发和应用,水科学进展[J],2003,Vol14,增刊,2003,14(增刊), 50~56.[6] 贾仰文,王浩,倪广恒等. 分布式流域水文模型原理与实践[M] . 北京:中国水利水电出版社(水科学前沿学术丛书). 出版年份:2005 年. 196-236.[7] 王浩,贾仰文,王建华等. 人类活动影响下的黄河流域水资源演化规律初探,自然资源学报[J],):157~162.[8] 王浩,陈敏建,秦大庸等. 西北地区水资源合理配置和承载能力研究[M] . 郑州:黄河水利出版社,出版年份:2003 年. 23~26.[9] 贾仰文, 王浩,王建华等. 黄河流域分布式水文模型开发和验证. 自然资源学报[J],):300~308.[10] 王浩、秦大庸、陈晓军. 水资源评价准则及其计算口径,水利水电技术[J],-4.[11] 王浩,王建华,秦大庸等. 现代水资源评价及水资源学学科体系研究,地球科学进展[J],): 12~17.[12] 姜大膀,王会军,郎咸梅等. SRES A2 情景下中国气候未来变化的多模式集合预测结果,地球物理学报[J],) :776~784播放器加载中,请稍候...
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