左德鵬，徐宗學(xué)，劉兆飛，等

氣候變化情景下渭河流域潛在蒸散量時(shí)空變化特征

左德鵬，徐宗學(xué)，劉兆飛，等

目的：氣候變化對(duì)地區(qū)、國(guó)家甚至全球的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生舉足輕重的影響。蒸散發(fā)是水循環(huán)的重要組成部分，也是水文模型的關(guān)鍵輸入因子，準(zhǔn)確地估算未來(lái)潛在蒸散量并分析其時(shí)空變化有助于深入理解其對(duì)未來(lái)水循環(huán)的影響，并對(duì)水資源規(guī)劃與管理、提高水資源利用效率以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境等具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。方法：根據(jù)渭河流域及周邊20個(gè)國(guó)家基本氣象站1959—2008年近50年的逐日氣象資料，以FAO Penman-Monteith法計(jì)算的各站逐日潛在蒸散量作為標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)基于氣溫的Hargreaves法進(jìn)行參數(shù)校正以使其適用于渭河流域，然后應(yīng)用統(tǒng)計(jì)降尺度模型SDSM將HadCM3大氣環(huán)流模式輸出數(shù)據(jù)降尺度到各氣象站點(diǎn)，生成A2，B2兩種情景下各站未來(lái)日最高、最低氣溫?cái)?shù)據(jù)，最后將其輸入校正參數(shù)后的Hargreaves模型，從而分析未來(lái)氣候變化情景下渭河流域潛在蒸散量以及最高、最低氣溫的時(shí)空變化趨勢(shì)。結(jié)果：參數(shù)校正后Hargreaves法在各站參數(shù)修正至0.0008～0.0010之間，與FAO P-M法的平均絕對(duì)誤差在0.28～0.79之間，平均相對(duì)誤差在16.51%～38.25%之間，均方誤差在0.36～1.04之間，確定性系數(shù)在0.64～0.92之間，說(shuō)明校正后Hargreaves法在各站模擬誤差均較小，模擬效果令人滿意，可用于估算渭河流域未來(lái)情景下潛在蒸散量。依據(jù)各站選擇的預(yù)報(bào)因子分別率定SDSM模型參數(shù)，率定期內(nèi)各站模擬的Tmax與實(shí)測(cè)序列的R2在0.833～0.924之間，驗(yàn)證期為0.784～0.921；率定期Tmin的R2在0.789～0.897之間，驗(yàn)證期為0.825～0.930，說(shuō)明率定后SDSM模擬效果較好，可用于GCM輸出降尺度應(yīng)用。兩種情景下日Tmax，Tmin和年ETP較基準(zhǔn)期均呈較明顯上升趨勢(shì)，B2情景下Tmax在未來(lái)3個(gè)時(shí)期分別升高1.31，2.46和3.60℃，除2020s與A2情景上升幅度相差無(wú)幾外，2050s與2080s均低于其上升幅度；B2情景下Tmin分別升高1.18，2.57和4.41℃，較A2情景上升幅度與Tmax基本一致；B2情景下ETP分別增大71.22，105.33和143.15 mm，2020s較A2情景略有增大，但2050s與2080s均低于A2情景增大幅度，這與Tmax和Tmin的變化趨勢(shì)基本一致。B2情景下渭河和北洛河上游是Tmax增幅較大區(qū)域，流域中下游大部增幅較小。增溫較大區(qū)域隨時(shí)間推移由渭河上游逐漸擴(kuò)大至中上游，其最大值分別為3.37℃，4.58℃和5.75℃，呈明顯遞增趨勢(shì)，而北洛河上游增溫區(qū)域則逐漸縮小，增溫較小區(qū)域相對(duì)較為穩(wěn)定。Tmin增幅較大區(qū)域集中在渭河、涇河和北洛河上游，增溫較小區(qū)域主要分布在渭河下游西安附近。增溫較大區(qū)域隨時(shí)間推移逐漸向中下游延伸，最大值分別為3.02，4.14和5.93℃，增溫趨勢(shì)明顯，增溫較小區(qū)域由渭河中下游逐漸萎縮至西安附近。ETP不同變幅區(qū)域空間分布較穩(wěn)定，增幅較大地區(qū)分布在渭河南岸，北洛河上游和涇河中游地區(qū)，最大增幅分別為190.42，236.82和294.12 mm，隨時(shí)間推移增大趨勢(shì)顯著。渭河北岸大部變幅較小，主要分布在涇河中下游地區(qū)。除變化量大小不同外，A2情景的空間分布規(guī)律與B2情景基本一致。結(jié)論：各站校正參數(shù)后的Hargreaves法可用于估算渭河流域未來(lái)情景下潛在蒸散量。兩種情景下流域日最高、最低氣溫和年潛在蒸散量呈明顯上升趨勢(shì)，且B2情景低于A2情景下增幅。潛在蒸散量增幅較大月份為5—10月，其中7月最為顯著。日最高、最低氣溫增幅較大區(qū)域逐漸擴(kuò)大，增幅較小區(qū)域逐漸萎縮。年潛在蒸散量不同變幅區(qū)域均成明顯增大趨勢(shì)，增幅較大地區(qū)為渭河南岸，渭河北岸大部變幅較小。氣溫、蒸散量是影響徑流、泥沙等過(guò)程的重要因素，因此，未來(lái)氣候變化情景下流域水循環(huán)對(duì)其的響應(yīng)研究將有待于進(jìn)一步探討。

來(lái)源出版物：水科學(xué)進(jìn)展, 2011, 22(4): 455-461

入選年份：2015

海嘯波作用下泥沙運(yùn)動(dòng)——Ⅰ.岸灘剖面變化分析

蔣昌波，陳杰，程永舟，等

摘要：目的：海嘯已成為最嚴(yán)重的海洋災(zāi)害之一。在近岸地區(qū)海嘯會(huì)引起劇烈的泥沙運(yùn)動(dòng)和岸灘演變，危害巨大?？紤]水位變動(dòng)的影響，基于波浪水槽實(shí)驗(yàn)，在組合坡上對(duì)海嘯波作用下的岸灘剖面變化進(jìn)行分析，將其與規(guī)則波和非規(guī)則波作用進(jìn)行對(duì)比，揭示海嘯波作用下近岸地區(qū)岸灘剖面演變規(guī)律。方法：實(shí)驗(yàn)在波浪水槽內(nèi)進(jìn)行。對(duì)海岸帶地形采用1/10和1/20組合坡度的斜坡來(lái)概化模擬。斜坡用篩分好的平均中值粒徑為d50＝0.318 mm細(xì)沙堆成。為考慮水位變化的影響，分別采用3種水位來(lái)概化低潮位、高潮位以及極端高潮位外加增水時(shí)的情形?？紤]到實(shí)際海嘯波的波形更像是N波而不是簡(jiǎn)單的孤立波，因此實(shí)驗(yàn)采用N波來(lái)模擬海嘯作用。同時(shí)選取規(guī)則波和不規(guī)則波進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。波高測(cè)量采用浪高儀，地形測(cè)量采用超聲波地形儀。波浪的上爬、回落和水躍過(guò)程采用攝像頭記錄。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前除了對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行校核和率定外，還開(kāi)展大量的預(yù)備實(shí)驗(yàn)對(duì)造波機(jī)造波重復(fù)性、初始地形可靠性和地形變化重復(fù)性等進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，保證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。結(jié)果：（1）N波作用下岸灘演變呈現(xiàn)沙壩剖面型式，向岸區(qū)的泥沙發(fā)生侵蝕，泥沙在離岸區(qū)淤積堆積。在規(guī)則波和不規(guī)則波作用下，岸灘會(huì)形成灘肩剖面，或沙壩剖面，破波點(diǎn)附近形成沖刷坑；隨著波高、波周期、床沙粒徑不同，泥沙或向岸堆積形成灘肩，或向海堆積形成沙壩，同時(shí)沙紋床面出現(xiàn)，然后隨著波浪作用時(shí)間的增加，向離岸方向發(fā)展，這是規(guī)則波和不規(guī)則波特有的現(xiàn)象。（2）當(dāng)水深足夠大時(shí)，N波幾乎不會(huì)引起地形變化，這一實(shí)驗(yàn)結(jié)論與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)得到的結(jié)果一致，表明海嘯中淤積的泥沙主要來(lái)源于近岸地區(qū)，而非深海。（3）N波作用下，高速薄層回流和出滲水流作用是灘肩沖刷的主要原因，水躍發(fā)生導(dǎo)致水流挾沙力降低，在離岸水躍處產(chǎn)生淤積。不規(guī)則波和規(guī)則波作用下，波浪破碎引起泥沙懸浮，破波點(diǎn)區(qū)域均形成沖刷坑，泥沙被搬運(yùn)到灘肩形成淤積。（4）水動(dòng)力特性的不同，造成了N波與規(guī)則波和不規(guī)則波作用下不同的岸灘剖面變化特點(diǎn)。水動(dòng)力特性和岸灘剖面形狀是一個(gè)相互作用的統(tǒng)一體，岸灘形狀隨著水動(dòng)力條件的改變而改變，始終朝著平衡的方向發(fā)展。結(jié)論：基于波浪水槽實(shí)驗(yàn)對(duì)海嘯波作用下的岸灘剖面演變規(guī)律開(kāi)展研究。N波作用下，水流回落時(shí)灘肩發(fā)生沖刷，泥沙在離岸水躍發(fā)生區(qū)域堆積，呈沙壩剖面。高速薄層回流和出滲水流作用是灘肩沖刷的主要原因，水躍發(fā)生導(dǎo)致水流挾沙力降低是淤積沙壩形成的主要原因。當(dāng)水深足夠深時(shí)，N波幾乎不會(huì)引起地形變化，淤積沙壩的泥沙來(lái)源于灘肩。

來(lái)源出版物：水科學(xué)進(jìn)展, 2012, 23(5): 665-672

入選年份：2015

大規(guī)模復(fù)雜水電優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的實(shí)用化求解策略及方法

程春田，申建建，武新宇，等

摘要：目的：中國(guó)水電系統(tǒng)經(jīng)過(guò)近20年的快速發(fā)展，現(xiàn)在水電裝機(jī)總?cè)萘恳呀?jīng)超過(guò)了3億kW，形成6個(gè)水電總裝機(jī)超千萬(wàn)kW的特大流域梯級(jí)水電站群、2個(gè)超過(guò)五千萬(wàn)kW省級(jí)電網(wǎng)和1個(gè)億kW級(jí)區(qū)域電網(wǎng)，單一電網(wǎng)集中調(diào)度的大中型水電站群數(shù)目超過(guò)了100座甚至200座，需要滿足非常復(fù)雜的水力電力時(shí)空高度耦合約束和條件，導(dǎo)水電系統(tǒng)調(diào)度問(wèn)題的可建模計(jì)算和結(jié)果可用性極其困難，如何結(jié)合工程實(shí)踐提出創(chuàng)新性的優(yōu)化思路和求解策略至關(guān)重要。為此，本文系統(tǒng)介紹了我們提出的大規(guī)模復(fù)雜水電系統(tǒng)的優(yōu)化求解策略及方法，主要包括縮減系統(tǒng)求解規(guī)模的智能化策略、處理系統(tǒng)維數(shù)災(zāi)問(wèn)題的組合求解方法、保證系統(tǒng)實(shí)用化的可視化交互方法。方法：構(gòu)建了大規(guī)模水電優(yōu)化調(diào)度求解框架，根據(jù)水電系統(tǒng)調(diào)度特征如問(wèn)題的層級(jí)、任務(wù)要求、尺度特點(diǎn)、計(jì)劃特殊性等對(duì)系統(tǒng)求解規(guī)模進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，并選擇不同優(yōu)化計(jì)算方法和策略，從而達(dá)到問(wèn)題可求解、快速求解和得到滿足工程實(shí)際要求計(jì)算結(jié)果目的；對(duì)于簡(jiǎn)化后的問(wèn)題，根據(jù)任務(wù)和工程特點(diǎn)選擇多種經(jīng)典的優(yōu)化方法進(jìn)行組合降維優(yōu)化計(jì)算，對(duì)于更大規(guī)模水電系統(tǒng)，采用正交抽樣技術(shù)與DPSA思想制定科學(xué)的抽樣規(guī)則，進(jìn)一步優(yōu)選參與計(jì)算的狀態(tài)變量，耦合我們提出的可變時(shí)間尺度和貫序約束相耦合的水電系統(tǒng)時(shí)空關(guān)聯(lián)搜索技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水電系統(tǒng)組合降維和高效求解，切實(shí)保證結(jié)果可用性，提高搜索尋優(yōu)效率。結(jié)果：以云南電網(wǎng)水電系統(tǒng)調(diào)度為例，包含大中型水電站約160座，采用經(jīng)典動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法很難解決此大規(guī)模水電優(yōu)化問(wèn)題，其計(jì)算時(shí)間會(huì)隨電站規(guī)模呈指數(shù)級(jí)大幅增長(zhǎng)，難以滿足實(shí)用化要求。采用本文方法在雙核2.13客戶端PC機(jī)上完成計(jì)算，耗時(shí)約為30 s，完全滿足電網(wǎng)運(yùn)行的時(shí)效性要求；優(yōu)化結(jié)果表明，水電系統(tǒng)總出力滿足了給定的出力帶寬要求，全年最小出力達(dá)到8081 MW（12月份），較發(fā)電量最大目標(biāo)所得最小出力6942 MW（2月份）提高了約16.4%，枯期發(fā)電能力明顯提升。從主要水電站的庫(kù)水位與出力過(guò)程可知，為提高枯水期發(fā)電效率，增大發(fā)電出力，多數(shù)調(diào)節(jié)電站在枯期各月份保持較高水位運(yùn)行，而且?guī)鬃嗄暾{(diào)節(jié)水庫(kù)在汛期發(fā)電也相對(duì)較少，以蓄水為主，有效利用了水庫(kù)的庫(kù)容補(bǔ)償調(diào)節(jié)作用，如小灣、西洱河一級(jí)、以禮河一級(jí)、茄子山?？傮w來(lái)說(shuō)，本文方法能夠有效均衡求解質(zhì)量和計(jì)算效率，是解決大規(guī)模水電系統(tǒng)調(diào)度問(wèn)題的一種實(shí)用化方法。結(jié)論：（1）隨著水電系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，面臨的約束、求解任務(wù)將更為復(fù)雜，如何利用已有知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化的求解規(guī)模進(jìn)行簡(jiǎn)化非常重要，不僅關(guān)系到系統(tǒng)可求解性，更重要的是關(guān)系到解的可行性和可用性；（2）水電系統(tǒng)優(yōu)化經(jīng)過(guò)70年研究，已經(jīng)產(chǎn)生了很多好的優(yōu)化方法，但直接將這些方法應(yīng)用于大規(guī)模復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)，將面臨處理復(fù)雜約束困難、導(dǎo)致現(xiàn)有的計(jì)算方法難以應(yīng)用，需要對(duì)現(xiàn)有的計(jì)算方法從初始解生成、可行解搜索及優(yōu)化計(jì)算等方面進(jìn)行改造，重建優(yōu)化調(diào)度方法，多個(gè)方法的有效結(jié)合是必須的，是將來(lái)求解大規(guī)模復(fù)雜水電系統(tǒng)的有效途徑。

來(lái)源出版物：水利學(xué)報(bào), 2012, 43(7): 785-795

入選年份：2015

干旱頻率分析研究進(jìn)展

程亮，金菊良，酈建強(qiáng)，等

摘要：目的：旱災(zāi)是世界上分布廣泛、頻繁發(fā)生的重大自然災(zāi)害之一，全世界約有120 多個(gè)國(guó)家受到干旱威脅。干旱頻率分析從水文氣象要素（降水、徑流等）隨機(jī)性入手，對(duì)干旱歷時(shí)、強(qiáng)度和影響面積等干旱特征進(jìn)行概率描述，以揭示干旱發(fā)生頻次和時(shí)空分布特征，是抗旱工程規(guī)劃設(shè)計(jì)和管理、旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理的重要基礎(chǔ)。歸納闡述國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，提出亟需解決關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，以促進(jìn)干旱頻率分析與旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理發(fā)展進(jìn)步。方法：從干旱定義與識(shí)別、點(diǎn)干旱頻率分析和區(qū)域干旱頻率分析3個(gè)方面系統(tǒng)闡述干旱頻率分析研究進(jìn)展和存在問(wèn)題，歸納提出適用于干旱頻率分析的干旱定義，干旱識(shí)別、點(diǎn)干旱頻率分析以及區(qū)域干旱頻率分析的主要研究途徑及其優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)果：（1）干旱頻率分析中應(yīng)采用“水分收支或供求不平衡而形成的持續(xù)水分短缺的現(xiàn)象”這一定義。采用反映水分供給的水文氣象要素及其構(gòu)成的干旱指數(shù)描述水分短缺?？紤]用水需求時(shí)，需要采用合理的方式來(lái)反映水分的需求，以排除人類活動(dòng)的干擾、確保干旱的隨機(jī)特性。（2）游程理論可以判別干旱發(fā)生與否并計(jì)算干旱特征，是目前最常用干旱識(shí)別方法。閾值選取、水文氣象要素與干旱指數(shù)序列時(shí)間尺度選擇和干旱合并是利用游程理論識(shí)別干旱過(guò)程中需要特別關(guān)注的問(wèn)題。應(yīng)綜合多種水文氣象要素、干旱成因、旱情、旱災(zāi)等信息識(shí)別干旱。（3）與條件概率法和非參數(shù)方法相比，基于copula函數(shù)的多變量干旱頻率分析能較全面地描述干旱特征，是一種簡(jiǎn)便、通用、有效的多變量頻率分析方法。建議從多維copula函數(shù)的構(gòu)建、擬合度檢驗(yàn)和適宜copula函數(shù)類型的歸納總結(jié)等方面開(kāi)展深入研究。（4）當(dāng)前區(qū)域干旱頻率分析的三種主要途徑包括：分析展示水文氣象要素或干旱特征空間分布、對(duì)區(qū)域干旱面積、區(qū)域累積缺水量和區(qū)域干旱歷時(shí)等區(qū)域干旱特征進(jìn)行頻率分析以及采用區(qū)域洪水頻率分析方法進(jìn)行區(qū)域干旱頻率分析。結(jié)論：干旱的定義、描述和識(shí)別遠(yuǎn)比洪水復(fù)雜，干旱頻率分析比洪水頻率分析復(fù)雜。區(qū)域干旱頻率分析能反映干旱特征的空間分布和區(qū)域特性，是干旱頻率分析中重要研究?jī)?nèi)容之一，目前尚處于起步階段，亟需繼續(xù)加強(qiáng)深入研究。將干旱頻率分析應(yīng)用于水資源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)管理和干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理中的研究更少。干旱頻率分析的研究對(duì)象需要擴(kuò)展，理論、方法和應(yīng)用均很不成熟，亟需展開(kāi)深入研究。

來(lái)源出版物：水科學(xué)進(jìn)展, 2013, 24(2): 296-302

入選年份：2015

氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水文循環(huán)影響研究進(jìn)展

宋曉猛，張建云，占車生，等

摘要：目的：氣候變化和人類活動(dòng)是影響流域水文循環(huán)過(guò)程和水資源演變規(guī)律的兩大驅(qū)動(dòng)因素，所引起的水文效應(yīng)已成為當(dāng)前全球變化研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)問(wèn)題。水循環(huán)系統(tǒng)是氣候系統(tǒng)的重要組成部分，氣候變化對(duì)水循環(huán)要素的影響必然導(dǎo)致流域水資源的時(shí)空變化。同時(shí)，人類活動(dòng)對(duì)流域水循環(huán)的影響也日益顯著，主要表現(xiàn)為土地利用/覆被變化、修建大型水利工程等引起的流域下墊面條件變化，進(jìn)而影響流域內(nèi)的產(chǎn)匯流機(jī)制。如何正確認(rèn)識(shí)變化環(huán)境下水文情勢(shì)演變規(guī)律，陸面水文過(guò)程的響應(yīng)機(jī)制以及水循環(huán)要素變化檢測(cè)與歸因成為當(dāng)前水科學(xué)研究的關(guān)鍵問(wèn)題。方法和結(jié)果：通過(guò)系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)外在氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水循環(huán)影響方面的相關(guān)研究成果，針對(duì)氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)流域水循環(huán)要素的影響機(jī)制，剖析了氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)陸面水文過(guò)程影響研究的主要進(jìn)展，探析了變化環(huán)境下水循環(huán)要素的演變規(guī)律，明確了變化環(huán)境下水循環(huán)要素變化的檢測(cè)與歸因的定義及研究范圍；并從水文要素時(shí)空變化檢測(cè)與歸因的角度，系統(tǒng)總結(jié)了變化環(huán)境水文響應(yīng)的檢測(cè)和歸因的主要方法，分析了各種檢測(cè)與歸因方法的優(yōu)缺點(diǎn)；從降水、蒸散發(fā)和徑流3個(gè)方面深入探討了國(guó)內(nèi)外在變化環(huán)境下水循環(huán)要素變化的檢測(cè)與歸因問(wèn)題上的主要成果；指出當(dāng)前氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水循環(huán)過(guò)程影響研究方面存在的主要問(wèn)題和困難。結(jié)論：針對(duì)變化環(huán)境下的水文效應(yīng)機(jī)理研究尤其在定量化研究、水文要素的變異性識(shí)別、時(shí)空尺度的復(fù)雜性問(wèn)題以及氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水循環(huán)過(guò)程的影響分離等方面的不足，從學(xué)科發(fā)展的角度指出了當(dāng)前變化環(huán)境下水科學(xué)研究面臨的主要挑戰(zhàn)，提出了未來(lái)研究的重點(diǎn)方向：（1）加強(qiáng)氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水循環(huán)要素變異的驅(qū)動(dòng)機(jī)理研究，定量化識(shí)別氣候變化和人類活動(dòng)的影響貢獻(xiàn)率，科學(xué)回答變化環(huán)境下水循環(huán)過(guò)程演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制；（2）強(qiáng)化水循環(huán)要素時(shí)空變異的診斷分析，量化變化環(huán)境下的水循環(huán)過(guò)程的時(shí)空變異特征，并揭示變化條件下的極端水文氣象事件變化規(guī)律，準(zhǔn)確把握氣候變化和人類活動(dòng)影響下的水資源演變規(guī)律，保障人類社會(huì)發(fā)展的水資源安全；（3）深化水文模型技術(shù)及不確定性研究，進(jìn)一步提高模型模擬效果，深入探討模型的不確定性影響，進(jìn)而提高模型研究的可靠性。

來(lái)源出版物：水利學(xué)報(bào), 2013, 44(7): 779-790

入選年份：2015

大規(guī)模灘涂圍墾影響下近海環(huán)境變化及其對(duì)策

張長(zhǎng)寬，陳欣迪

摘要：目的：沿海灘涂是重要的土地后備資源，具有拓展生存空間的巨大潛力。大規(guī)模圍海造地雖然可以為人類生存提供新的空間，為我國(guó)沿海地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供重要的土地資源支撐，這是可見(jiàn)效益的一面，但同時(shí)也可能導(dǎo)致負(fù)面的近海環(huán)境變化。以江蘇大規(guī)模灘涂開(kāi)發(fā)利用為例，提出灘涂圍墾開(kāi)發(fā)的指導(dǎo)思想、基本原則、布局方案等，討論大規(guī)模人類活動(dòng)影響下近海環(huán)境變化及其對(duì)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)方法，提出相應(yīng)的灘涂資源保護(hù)措施。方法：通過(guò)對(duì)江蘇沿海灘涂開(kāi)發(fā)利用歷史資料進(jìn)行收集和分析，在充分研究江蘇沿海灘涂地貌與動(dòng)力特征，江蘇潮間帶沖淤演變特征，圍墾與濕地保護(hù)、自然區(qū)保護(hù)、河口治導(dǎo)線保護(hù)的關(guān)系等的前提下，分析沿海的生態(tài)環(huán)境承載力，提出江蘇沿海灘涂圍墾開(kāi)發(fā)總體構(gòu)想及空間布局特點(diǎn)。結(jié)合大規(guī)模灘涂開(kāi)發(fā)利用對(duì)沿海環(huán)境已產(chǎn)生的影響，并根據(jù)江蘇沿海水動(dòng)力泥沙環(huán)境、生態(tài)環(huán)境特征，基于海岸動(dòng)力學(xué)等理論，提出未來(lái)可能產(chǎn)生的環(huán)境影響。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有圍填海環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法或圍填海適宜性評(píng)估模型的特征進(jìn)行分析，給出影響評(píng)價(jià)結(jié)果科學(xué)性與實(shí)用性的主要因素?；趯?duì)歷史灘涂圍墾工程建設(shè)的主要負(fù)面影響的研究，提出江蘇沿海灘涂開(kāi)發(fā)利用的保護(hù)措施。結(jié)果：江蘇近海海域受2個(gè)潮波系統(tǒng)的影響，形成以弶港為頂點(diǎn)的輻射狀潮流場(chǎng)，為輻射沙脊群的形成和維持提供了必要的動(dòng)力環(huán)境，是形成江蘇豐富灘涂資源的前提條件。江蘇沿海灘涂面積約5000 km2，灘涂資源豐富，約占全國(guó)灘涂總面積的1/4，居全國(guó)各省之首。江蘇沿海灘涂圍墾空間布局的主要特點(diǎn)為：以髙灘圍墾為主、維持潮流通道暢通、保護(hù)并開(kāi)發(fā)港口資源、注重生態(tài)保護(hù)。大規(guī)模灘涂圍墾開(kāi)發(fā)利用將對(duì)近海環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。江蘇沿海的海洋動(dòng)力環(huán)境相當(dāng)獨(dú)特，歷史研究成果表明，圍墾方案實(shí)施后，海域地形和海洋動(dòng)力環(huán)境之間將通過(guò)相互作用達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)：（1）對(duì)移動(dòng)性駐潮波而言，圍墾方案實(shí)施后，除局部范圍有較小差別外，對(duì)近岸的潮波系統(tǒng)幾乎沒(méi)有影響。（2）對(duì)泥沙輸運(yùn)和海岸演變而言，總體上，進(jìn)入輻射沙脊群區(qū)域的泥沙量大于輸出的泥沙量，輻射沙脊群中區(qū)區(qū)域仍處于緩慢淤漲狀態(tài)，但沿海圍墾開(kāi)發(fā)等大規(guī)模人類活動(dòng)將引起大陸海岸線格局發(fā)生變化，沿岸圍墾會(huì)導(dǎo)致海岸剖面的重塑。圍填海工程海堤前沿灘面淤漲速度幾乎不可能跟上圍填海實(shí)施前灘面淤漲速度，潮間帶面積的永久喪失，使得原來(lái)一直受廣闊灘涂保護(hù)的海岸失去了天然屏障，更多的堤防暴露于較深的水中，風(fēng)暴潮、臺(tái)風(fēng)浪等海洋災(zāi)害問(wèn)題會(huì)變得嚴(yán)峻。（3）對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境而言，灘涂圍墾占用了一定面積的灘涂空間，必然對(duì)灘涂濕地和生物多樣性、海岸帶水陸環(huán)境、自然保護(hù)區(qū)以及海岸生物資源產(chǎn)生一定的影響。圍填海環(huán)境影響的評(píng)價(jià)方法或圍填海適宜性評(píng)估模型一般包括目標(biāo)層、一級(jí)指標(biāo)層和二級(jí)指標(biāo)層等3個(gè)層?？茖W(xué)、準(zhǔn)確地選取指標(biāo)是體現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果科學(xué)性與實(shí)用性的主要因素，而各評(píng)價(jià)因子或評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦分則是另一個(gè)重點(diǎn)。一般運(yùn)用層次分析法對(duì)不同層次各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)重要性進(jìn)行比較、判斷，得出各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值。對(duì)灘涂開(kāi)發(fā)利用的環(huán)境保護(hù)措施，應(yīng)堅(jiān)持對(duì)灘涂濕地資源可持續(xù)發(fā)展的保護(hù)原則，在充分研究相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面的規(guī)劃、區(qū)劃的前提下，分析沿海的生態(tài)環(huán)境承載力，提出灘涂資源適度開(kāi)發(fā)利用的規(guī)劃方案，采取切實(shí)可行的灘涂保護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)灘涂資源的可持續(xù)利用，減少圍墾對(duì)生態(tài)環(huán)境的不利影響。同時(shí)，要加強(qiáng)我國(guó)圍填海管理，加強(qiáng)海洋資源的管理。結(jié)論：我國(guó)淺海灘涂分布廣，面積大，是潛在的后備土地資源。選擇適宜的區(qū)域圍墾開(kāi)發(fā)，形成大規(guī)模的土地后備資源，對(duì)有效拓展人類的生存空間，促進(jìn)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。大規(guī)模人類活動(dòng)，特別是超越灘涂自然淤漲速率的大規(guī)模灘涂圍墾會(huì)對(duì)海岸天然濕地、近海海洋和海岸生態(tài)系統(tǒng)、近岸生物資源等帶來(lái)負(fù)面影響，充分認(rèn)識(shí)這些影響，更好地推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，加強(qiáng)海洋和海岸環(huán)境保護(hù)十分必要?？茖W(xué)確定圍墾布局是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模灘涂圍墾目標(biāo)的第一步，圍墾布局是一項(xiàng)有利也有弊，處理不當(dāng)甚至有害的系統(tǒng)工程，它不僅涉及圍墾區(qū)的水動(dòng)力、泥沙等自然條件，生物生態(tài)環(huán)境，還與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展聯(lián)系緊密。圍墾工程涉及自然科學(xué)、工程技術(shù)、社會(huì)科學(xué)的多個(gè)學(xué)科，一般情況下又是正面效益強(qiáng)調(diào)多，負(fù)面影響研究不足，更需要足夠的時(shí)間思考、研究，目前的評(píng)估理論、方法、模型均不足以清楚地回答人們的疑慮。開(kāi)展大規(guī)模灘涂開(kāi)發(fā)利用的環(huán)境影響及其評(píng)價(jià)方法的深入研究刻不容緩。江蘇大規(guī)模沿海灘涂的開(kāi)發(fā)、利用及保護(hù)的經(jīng)驗(yàn)可為我國(guó)其他沿海地區(qū)灘涂的可持續(xù)發(fā)展提供一定的借鑒意義。

來(lái)源出版物：河海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2015, 43(5):424-430

入選年份：2015

中國(guó)大陸降水時(shí)空變異規(guī)律：I.氣候?qū)W特征

任國(guó)玉，戰(zhàn)云健，任玉玉，等

摘要：目的：了解中國(guó)大陸及其主要流域大氣降水季節(jié)性和空間分異特征有助于深入認(rèn)識(shí)區(qū)域水循環(huán)過(guò)程和流域水資源、水災(zāi)害等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。方法：采用1956—2013年2325個(gè)站網(wǎng)日降水資料，對(duì)全國(guó)和十大流域現(xiàn)代大氣降水氣候?qū)W特征進(jìn)行了綜合分析。日降水量是指一天24 h降水的累計(jì)量；降水日數(shù)是指24 h內(nèi)降水量達(dá)到或超過(guò)0.1 mm的天數(shù)；小雨日數(shù)是指24 h內(nèi)降水量在0.1～10.0 mm的天數(shù)；暴雨日數(shù)是指24 h內(nèi)降水量達(dá)到或超過(guò)50.0 mm的天數(shù)。降水變異系數(shù)是任意分析時(shí)段內(nèi)臺(tái)站或流域平均降水量（日數(shù)、強(qiáng)度）序列標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比值。在分析各個(gè)流域平均降水量季節(jié)循環(huán)時(shí)，將流域候平均日降水量達(dá)到4.0 mm作為雨季開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間，流域候平均日降水量達(dá)到6.0 mm作為豐雨期的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間，流域候平均日降水量達(dá)到8.0 mm作為特豐雨期的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間。全國(guó)降水指標(biāo)平均值的計(jì)算均采用面積加權(quán)平均方法。12月—翌年2月為冬季，3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季。結(jié)果：（1）東部沿海日降水強(qiáng)度明顯高于中西部?jī)?nèi)陸，最大值出現(xiàn)在華南沿海；暴雨量、日數(shù)和強(qiáng)度最高站點(diǎn)分布在華南沿海，而小雨量、日數(shù)最多出現(xiàn)在江南內(nèi)陸山地、丘陵；東部季風(fēng)區(qū)山地、丘陵更易出現(xiàn)低強(qiáng)度降水，而平原和沿海更易發(fā)生高強(qiáng)度降水；西北諸河的年降水量、日數(shù)和強(qiáng)度，以及年暴雨量、日數(shù)和強(qiáng)度，年小雨量和強(qiáng)度，均為各大流域中最低；多數(shù)降水指標(biāo)在珠江流域和東南諸河流域最高，但小雨日數(shù)在長(zhǎng)江流域最多，海河流域最少。（2）各季節(jié)降水量都從西北內(nèi)陸向東南沿海方向逐漸遞增；春季江南和華南降水量最高，青藏高原東南部次高；夏季降水量在全國(guó)各大流域均顯著高于其他季節(jié)，表明所有大河流域都是典型的夏季降水類型區(qū)；南方秋季雨量明顯小于春季，但華西和江南沿海條帶區(qū)域秋雨相對(duì)較多；冬季降水主要出現(xiàn)在江南地區(qū)，東南丘陵是高值中心。（3）各大流域平均降水量年內(nèi)分布具有明顯不同的特征。珠江、東南諸河和長(zhǎng)江流域一年出現(xiàn)2～3個(gè)峰值；東南諸河最大峰值出現(xiàn)在6月中下旬，次峰值在8月末，冬季降水全年最少，但仍為所有流域中最高；珠江流域存在6月和8月中雙峰值，后者略低；長(zhǎng)江流域總體表現(xiàn)為單峰型，峰值出現(xiàn)在6月下旬和7月初，對(duì)應(yīng)梅雨季節(jié)；淮河流域最大降水出現(xiàn)在7月上中旬；其他流域在7月末降水量達(dá)到最大值。（4）南方各大河流域從2月末到6月中下旬陸續(xù)進(jìn)入雨季，北方各大河流域進(jìn)入雨季時(shí)間集中于6月末、7月初，黃河流域作為整體沒(méi)有嚴(yán)格意義上的雨季，西北諸河流域全年沒(méi)有雨季。北方河流雨季結(jié)束時(shí)間集中于8月中下旬，南方各大河流域雨季結(jié)束時(shí)間分布在9月初到10月初，均比雨季開(kāi)始時(shí)間集中得多。我國(guó)各大河流域從南到北進(jìn)入雨季時(shí)間前后持續(xù)120 d以上，而從北到南退出雨季時(shí)間則持續(xù)不足45 d。（5）珠江流域在5月初進(jìn)入豐雨期，9月上旬后期結(jié)束，豐雨期最長(zhǎng)；東南諸河5月上旬進(jìn)入豐雨期，7月上旬結(jié)束，8月末再度短暫出現(xiàn)，9月初最終退出；長(zhǎng)江流域6月中下旬入豐雨期，7月中旬結(jié)束；西南諸河豐雨期始于7月中旬，結(jié)束在8月下旬；淮河流域在7月上旬入豐雨期，7月底、8月初退出；北方各河流域只有遼河在8月初出現(xiàn)極短暫豐雨期。珠江和東南諸河流域還分別出現(xiàn)1個(gè)月（6月上旬到7月上旬、8月中旬）和半個(gè)月（6月中到6月末）的特豐雨期。（6）降水年際變異性最高的區(qū)域出現(xiàn)在青藏高原西南部、塔里木盆地、阿拉善高原，華北平原北部和汾河谷地，江南地區(qū)降水年際變異性較小。在十大流域里，海河流域平均年降水量和降水強(qiáng)度均具有最大的變異系數(shù)，長(zhǎng)江流域年降水量、日數(shù)和強(qiáng)度變異系數(shù)最小。結(jié)論：華南沿海暴雨量、日數(shù)和強(qiáng)度最高，南方內(nèi)陸山區(qū)、丘陵小雨量、日數(shù)最多；東部季風(fēng)區(qū)平原和沿海易出現(xiàn)高強(qiáng)度降水；南方秋季降水量明顯小于春季，華西和江南沿海秋季降水較多，東南丘陵冬季降水出現(xiàn)高值中心；珠江和東南諸河流域降水量年內(nèi)存在2個(gè)峰值，長(zhǎng)江流域總體表現(xiàn)為單峰型，西南諸河流域和北方所有流域均為典型的夏季單峰型；南方各大河流域從2月末到6月中下旬陸續(xù)進(jìn)入雨季，北方各大河流域進(jìn)入雨季時(shí)間集中于6月末、7月初；從南到北進(jìn)入雨季時(shí)間持續(xù)120 d以上，而從北到南退出雨季時(shí)間則僅持續(xù)不到45 d；青藏高原西南、塔里木盆地、阿拉善高原、華北平原北部和汾河谷地降水年際變異性高，尤以海河流域?yàn)樽睢?/p>

來(lái)源出版物：水科學(xué)進(jìn)展, 2015, 26(3): 299-310

入選年份：2015

流域城市化進(jìn)程中雨洪綜合管理量化關(guān)系分析

王虹，李昌志，程曉陶

摘要：目的：針對(duì)城市化進(jìn)程中流域尺度暴雨洪澇水文特征的變異及徑流峰值與總量的增加，應(yīng)用GIS技術(shù)與數(shù)值模擬方法從流域尺度進(jìn)行雨洪蓄滯滲用排量化研究，將簡(jiǎn)單的場(chǎng)地蓄滯控制轉(zhuǎn)變?yōu)榱饔蚍秶鷥?nèi)的雨洪總體調(diào)蓄管理。利用流域內(nèi)“上蓄下排”，子流域區(qū)之間“錯(cuò)峰削峰”的原理以及LID措施對(duì)蓄滯滲用排及進(jìn)行優(yōu)化分析，以減少流域尺度所需的蓄滯容積。方法：選擇一個(gè)185 km2的典型流域并應(yīng)用DEM數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)及GIS技術(shù)建立流域尺度水文數(shù)值模型。以2005年土地利用狀態(tài)為開(kāi)發(fā)前情景，2040年預(yù)測(cè)的土地利用狀態(tài)為開(kāi)發(fā)后情景開(kāi)展研究。以100年一遇24 h降雨條件下，開(kāi)發(fā)后的降雨徑流峰值不超過(guò)開(kāi)發(fā)前為控制條件來(lái)確定開(kāi)發(fā)后整個(gè)流域內(nèi)必須提供的雨水蓄滯容積，并在此基礎(chǔ)上加入多種組合的LID措施進(jìn)行蓄滯滲用排優(yōu)化分析。主要組合方案包括：（1）傳統(tǒng)場(chǎng)地儲(chǔ)蓄方式，控制每個(gè)子流域的排放徑流量；（2）傳統(tǒng)場(chǎng)地儲(chǔ)蓄方式，控制主干流8個(gè)支流匯流點(diǎn)處排放徑流量；（3）根據(jù)流域內(nèi)“上蓄下排”“削峰錯(cuò)峰”的原理模擬不同子流域蓄滯容積的優(yōu)化組合；（4）在方案C的基礎(chǔ)上增加LID入滲措施，以控制25 mm的雨水量；（5）在方案D的基礎(chǔ)上增設(shè)雨水回用措施以控制10 mm的雨水量。結(jié)果：流域水文數(shù)值模擬顯示，開(kāi)發(fā)后流域尺度的洪峰值比開(kāi)發(fā)前增長(zhǎng)85%；峰現(xiàn)時(shí)間提前5 h 20 min。傳統(tǒng)的徑流場(chǎng)地蓄滯理念旨在保持城市開(kāi)發(fā)后的降雨徑流峰值與開(kāi)發(fā)前相同，以消除城市化對(duì)水文水環(huán)境的影響，卻忽略子流域徑流形成及匯流時(shí)間的影響，沒(méi)有考慮河道行洪過(guò)程與各個(gè)子流域徑流峰值在匯流點(diǎn)的疊加影響，導(dǎo)致河道洪峰值增加，流域出口處的洪峰值增加27.8%。采用控制河流洪峰流量的方法，每個(gè)子流域允許排放的徑流峰值相應(yīng)減少，蓄滯容積增加，整個(gè)流域所需蓄滯容積增加49.7%。以流域?yàn)檎w綜合蓄滯，利用“錯(cuò)峰削峰”原理，采用流域內(nèi)“上蓄下排”措施，根據(jù)每個(gè)子流域的匯流時(shí)間，徑流峰值與流量，河流的洪水演進(jìn)過(guò)程等因素對(duì)每個(gè)子流域的蓄滯容積進(jìn)行優(yōu)化分析，流域整體蓄滯容積減少24.7%。增加LID及雨水回用優(yōu)化分析顯示，這類措施在削峰的同時(shí)，還可以延長(zhǎng)峰現(xiàn)時(shí)間，縮短高流量持續(xù)時(shí)間，減少流域整體蓄滯容積。增加LID及雨水回用后，流域整體蓄滯容積減少60.3%。結(jié)論：模擬流域城市化條件下不同的雨洪管理方案顯示，單純控制開(kāi)發(fā)場(chǎng)地的徑流排泄峰值雖然控制了場(chǎng)地的徑流排泄峰值，在流域范圍內(nèi)，尤其是河流下游，仍會(huì)產(chǎn)生較大洪水?？刂坪恿鲄R流點(diǎn)處洪峰流量，可以保持河流的洪峰流量等同于開(kāi)發(fā)前，減緩大洪水對(duì)河流的威脅，但是河流高水時(shí)間延長(zhǎng)。結(jié)合流域范圍內(nèi)“削峰錯(cuò)峰”“上蓄下排”的原理在流域尺度上優(yōu)化安排雨洪蓄滯，可以充分利用河流的行洪能力，顯著降低流域尺度所需的蓄滯容積。在流域范圍內(nèi)優(yōu)化蓄滯的基礎(chǔ)上進(jìn)一步采取LID入滲及雨洪利用措施可將整個(gè)流域所需的蓄滯容積減少60.3%，并顯著縮短高水持續(xù)時(shí)間。

來(lái)源出版物：水利學(xué)報(bào), 2015, 46(3): 271-279

入選年份：2015

海河流域河川徑流對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)理

賀瑞敏，張建云，鮑振鑫，等

摘要：目的：以氣溫升高和降水變化為主要特征的全球氣候變化對(duì)地球系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，其中水文過(guò)程是受氣候變化影響最直接和最重要的領(lǐng)域之一。氣候變暖將加劇水文循環(huán)過(guò)程，影響降水、蒸散發(fā)、土壤含水量和河川徑流等的時(shí)空分布特征，并且影響區(qū)域水資源的狀況，從而影響到國(guó)家的中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略。研究河川徑流對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)理是有效應(yīng)對(duì)氣候變化的重要基礎(chǔ)工作，不僅可以在很大程度上增強(qiáng)對(duì)流域水文循環(huán)過(guò)程機(jī)理的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)于未來(lái)氣候變化背景下的水資源規(guī)劃及管理等具有重要意義，從而能夠促進(jìn)流域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)性開(kāi)發(fā)利用。方法：在海河流域的選取了6個(gè)水文站，從南到北基本覆蓋了整個(gè)海河流域，能夠很好地反映海河流域不同區(qū)域的屬性代表全流域的空間特征。利用可變下滲容量（Variable Infiltration Capacity，VIC）模型，根據(jù)河川徑流對(duì)氣候變化響應(yīng)的定義，利用觀測(cè)的水文氣象數(shù)據(jù)來(lái)率定VIC模型的參數(shù)，然后假定降水和氣溫的變化來(lái)產(chǎn)生未來(lái)的氣候變化情景，利用假定的氣候情景來(lái)驅(qū)動(dòng)率定好的水文模型，最后通過(guò)比較水文模型模擬的未來(lái)情景下的河川徑流量和基準(zhǔn)期的河川徑流量來(lái)分析河川徑流對(duì)氣候變化的響應(yīng)。結(jié)果：（1）構(gòu)建的海河流域大尺度影響評(píng)價(jià)模型對(duì)于徑流過(guò)程有較好的模擬結(jié)果，可以用作氣候變化的影響評(píng)價(jià)工具。（2）在年平均氣溫升高2℃時(shí)，海河流域的徑流量將減少6.5%。徑流量對(duì)氣候變化響應(yīng)的空間差異性也較大。流域西北部徑流對(duì)年平均氣溫的升高更敏感，徑流最大減少了15%；而流域東南部對(duì)年平均氣溫升高的敏感性較弱，最小的變幅僅為－1%。（3）當(dāng)年降水量增加或者減少10%時(shí)，海河流域的徑流量將分別增加26%和減少23%。徑流對(duì)年降水量變化響應(yīng)的空間分布較復(fù)雜，總體上，流域北部、西北部和西南部山區(qū)對(duì)年降水的敏感性較大，而東部平原區(qū)對(duì)降水的敏感性較弱。（4）在年平均氣溫升高2℃的前提下，年降水量增加或者減少10%會(huì)引起海河流域徑流量增加18%或者減少28%。當(dāng)年平均氣溫升高2℃同時(shí)年降水量增加10%時(shí)，徑流的敏感性從流域東南部向流域西北部遞減。當(dāng)年平均氣溫升高2℃同時(shí)年降水量減少10%時(shí)，徑流敏感性的空間分布散亂，總體上西部山區(qū)的敏感性較大。（5）在年降水量不變的前提下，當(dāng)汛期降水占年降水量的比例 分別增加或者減少10%時(shí)，全流域的徑流量將會(huì)增加12%或者減少7%。當(dāng)汛期降水占年降水量的比例增加10%時(shí)，流域東部和東北部的徑流增加幅度最大達(dá)到了24%，而流域西部山區(qū)的徑流量幾乎沒(méi)有發(fā)生變化。當(dāng)汛期降水占年降水量的比例減少10%時(shí)，流域東部的徑流減少程度最大為－19%，而流域西部的徑流量呈增加趨勢(shì)。結(jié)論：氣候變化與水文過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，涉及到多學(xué)科的交叉和融合。就目前的認(rèn)知水平，評(píng)估氣候變化對(duì)水文水資源的影響具有非常大的不確定性。如何定量估計(jì)并減少這種不確定性是未來(lái)需要著重研究的方向之一。

來(lái)源出版物：水科學(xué)進(jìn)展, 2015, 26(1): 1-9

入選年份：2015

氣候變化下水資源動(dòng)態(tài)承載力研究

左其亭，張修宇

摘要：目的：氣候變化是目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的最主要全球性環(huán)境問(wèn)題之一，未來(lái)的氣候變化將進(jìn)一步加劇水資源的供需矛盾，影響著水資源承載力的變化。定量研究氣候變化下水資源承載力動(dòng)態(tài)變化過(guò)程十分困難。本文提出基于預(yù)測(cè)-模擬-優(yōu)化的控制目標(biāo)反推模型方法（簡(jiǎn)稱PSO-COIM），并以塔里木河流域?yàn)閷?shí)例，探索氣候變化下水資源動(dòng)態(tài)承載力計(jì)算途徑。方法：采用基于預(yù)測(cè)—模擬—優(yōu)化的控制目標(biāo)反推模型方法（PSO-COIM），來(lái)構(gòu)建氣候變化下水資源動(dòng)態(tài)承載力計(jì)算模型。該模型考慮到氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源系統(tǒng)的雙重影響作用，以氣候模式輸出模塊作為陸面系統(tǒng)的輸入，根據(jù)多年觀測(cè)資料構(gòu)建氣溫、降水等氣象因子與陸面水資源系統(tǒng)（河川徑流）之間的輸入—輸出關(guān)系子模型，搭建起大氣系統(tǒng)“氣候變化”因子與“水資源系統(tǒng)”因子之間的定量聯(lián)系；以氣候模式輸出結(jié)果為基礎(chǔ)計(jì)算陸面水資源系統(tǒng)未來(lái)演變預(yù)測(cè)結(jié)果；將“水資源系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)相互制約、互為參數(shù)建立的耦合系統(tǒng)（模擬）模型”作為基礎(chǔ)模型，以“構(gòu)建的維系生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)控制方程組或指標(biāo)閾值”為控制約束，將“復(fù)合大系統(tǒng)支撐的最大經(jīng)濟(jì)社會(huì)規(guī)?！弊鳛閮?yōu)化目標(biāo)函數(shù)，建立大系統(tǒng)最優(yōu)化模型。通過(guò)該最優(yōu)化模型求解（或控制目標(biāo)反推）得到的“最大經(jīng)濟(jì)社會(huì)規(guī)模”，就是水資源動(dòng)態(tài)承載力。將該方法在塔里木河流域進(jìn)行應(yīng)用檢驗(yàn)。首先，以2012年中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心制作并發(fā)布的中國(guó)地區(qū)氣候變化預(yù)估數(shù)據(jù)集（第3版）作為氣候模式輸出模塊的數(shù)據(jù)來(lái)源，結(jié)合塔里木河流域代表性水文站1961—2010年的多年觀測(cè)資料構(gòu)建氣溫、降水氣象因子與陸面水資源系統(tǒng)（河川徑流）之間的輸入—輸出關(guān)系子模型（采用多元平穩(wěn)時(shí)間序列（ARIMAX）模型方法）。接著，以氣候模式輸出結(jié)果為基礎(chǔ)計(jì)算不同水平年的RCP8.5、RCP4.5、RCP2.6三種情景下塔里木河流域水資源量動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)值。然后，建立PSO-COIM大系統(tǒng)優(yōu)化模型。最后，通過(guò)迭代數(shù)值法計(jì)算得到2010年、2020年、2030年3種不同情景下可承載的人口總數(shù)，進(jìn)而對(duì)水資源動(dòng)態(tài)承載力進(jìn)行分析。結(jié)果：從塔里木河流域水資源動(dòng)態(tài)承載力計(jì)算結(jié)果可以看出：（1）塔里木河流域2010年、2020年、2030年RCP8.5、RCP4.5、RCP2.6三種情景下水資源總體情勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定，其中阿克蘇河、開(kāi)孔河水資源量呈增加趨勢(shì)，而和田河、葉爾羌河水資源量呈減少趨勢(shì)。（2）2010年、2020年、2030年RCP8.5、RCP4.5、RCP2.6三種情景下塔里木河流域水資源承載力呈動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，和田河流域水資源承載度變化不大，雖略有好轉(zhuǎn)，但經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展規(guī)模一直處于水資源承載力的臨界狀態(tài)；開(kāi)孔河流域、葉爾羌河流域水資源承載度變化比較明顯，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展規(guī)模逐漸控制在水資源承載力的范圍之內(nèi)；阿克蘇河流域水資源承載度變化最為明顯，但經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展規(guī)模仍然超出水資源承載力的范圍。盡管阿克蘇河水量多，但需水量大、主要是農(nóng)業(yè)用水多，導(dǎo)致承載壓力較大。通過(guò)多方面的分析認(rèn)為，計(jì)算結(jié)果能夠清晰地反映出該流域水資源的變化情勢(shì)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展規(guī)模和流域水資源承載力的變化趨勢(shì)。結(jié)論：基于提出的氣候變化下水資源動(dòng)態(tài)承載力的概念、內(nèi)涵、理論框架和模型方法，在塔里木河流域開(kāi)展實(shí)例研究。研究表明：提出的PSO-COIM計(jì)算模型充分考慮了氣候變化和人類活動(dòng)的不確定性作用，計(jì)算結(jié)果體現(xiàn)出水資源承載力的動(dòng)態(tài)變化特征，適合于復(fù)雜流域水資源動(dòng)態(tài)承載力的計(jì)算。該模型既能表達(dá)過(guò)去水資源承載力動(dòng)態(tài)演進(jìn)過(guò)程，也能充分反映未來(lái)不同氣候模式情景下水資源承載力變化過(guò)程和趨勢(shì)。

來(lái)源出版物：水利學(xué)報(bào), 2015, 46(4): 387-395

入選年份：2015