基于水与物质循环的水资源管理指标核算理论与方法研究

发布时间：2020-06-20 17:53

【摘要】：我国是一个水资源严重短缺的国家,同时工农业用水效率较低、水资源浪费严重,粗放式的水资源开发利用也带来了严重的水污染问题。水资源、水生态和水环境瓶颈制已经严重制约了我国经济社会的正常发展。制定科学、合理的水资源管理指标,加强生态保护,统筹解决好水短缺与生态环境问题已经时不我待。十八大报告将生态文明建设提高到了新的高度,我国的用水方式和管理发生了新的变化。201 1年中央提出实行最严格的水资源管理制度,明确要求构建水资源管理红线指标,实施总量控制与效率控制管理。2017年,十九大报告又提出了新时代“绿色发展”理念,实行严格的生态保护制度,加强生态环境保护与修复,重建绿水青山。“绿水青山就是金山银山”的发展理念为我国未来的经济发展和生态保护提供了指导方针。将我国当前最严格水资源管理制度与对水文循环及其伴生过程的认识和研究相结合,提高指标的合理性和可行性,是当前我国水资源管理实践所面临的重大科学需求,也因此成为水资源学科需要突破的方向。然而当前我国的水资源管理指标核算研究尚停留在初步探讨阶段,对水资源管理指标核算没有清晰的理论基础,基于水循环机理的水资源管理指标核算方法与科学的评价体系尚未形成。本文基于新时代绿色发展理念,在自然-人工复合水循环理论的基础上,系统地提出了基于水与物质循环的水资源管理指标核算理论方法体系,研发了基于水与物质循环的“量-质-效”联合调控模拟模型SWAT_WAQER,并将模型成功地应用到了水资源与水环境问题突出的南流江流域。设置了考虑经济社会发展、节水、污染控制和生态保护等多种情景,采用基于经济、社会、资源、环境与生态五大系统多目标综合决策方法进行方案优选,量化了南流江流域的水资源管理指标。本文所做的主要工作如下:(1)针对我国水资源管理制度要求以及绿色发展理念,以自然-人工复合水循环理论为核算基础,以水资源的经济、社会、资源、生态与环境五维属性的协调发展为核算准则,以“指标选择-情景设置-方案模拟-效果评价-指标核算”为核算思路,以“量-质-效”三位一体控制为核算目标,并提出了方案设置、模型构架以及方案评价方法,系统构建了基于水与物质循环的水资源管理指标核算理论与方法体系。(2)通过对SWAT模型的改进,研发了基于水与物质循环的“量-质-效”联合调控模型SWAT_WAQER。模型采用全新的”子流域-灌区-行政区-水功能区”嵌套式坡面离散方法,很好地处理了天然子流域边界、行政区边界、灌区边界互不重合的问题;实现了国民经济发展与需水预测模型耦合、自然-社会水循环模型与水资源配置模型耦合,具有经济社会发展预测模拟、需水预测模拟、自然-人工水循环耦合模拟、水量水质耦合模拟以及水资源配置模拟等功能。通过模型进行水稻产量、径流、蒸散发、泥沙和水质等方面的校验,验证了 SWAT WAQER模型模拟性能可靠,模拟效果良好,可以作为基于水与物质循环的水资源管理指标核算的有力支撑工具。(3)以广西南流江流域为研究对象,通过各方案的评价优选,量化了2030年南流江流域水资源管理总量控制与效率控制指标:全流域国民经济用水总量控制指标为23.28亿m3,其中地表取水总量控制指标为23.26亿m3,生活用水总量控制制指标为3.98亿m3,工业用水控制指标为1.42亿m3,农业用水控制指标为17.45亿m3,生态用水控制指标为0.43亿m3;全流域总氮入河排放量控制指标为10965t,其中点源排放量1821t,面源排放量为9144t;总磷入河排放量控制指标为1250t,其中点源排放量148t,面源排放量为1102t。万元工业增加值控制指标为27m3,灌溉水有效利用系数为0.60。(4)通过采用HadGEM2-ES模式,分析了RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种排放情景下的南流江流域水与物质循环对气候变化的响应。三种排放情景下,未来南流江流域降水和气温呈现增加态势。除RCP4.5排放情景外,未来南流江流域天然径流量呈现减少趋势,其中,在RCP4.5排放情景下,天然径流量增加了4.0%;在RCP8.5排放情景下,天然径流量减少了10.8%;实际蒸散发分别增加了6.4%、4.5%和6.3%;三种排放情景下的污染负荷来呈现出不同的变化趋势。在RCP2.6情景下,流域总氮负荷量将减少39.6%,总磷负荷量减少46.5%;在RCP4.5情景下,流域总氮负荷量减少27.9%,总磷负荷量减少28.6%;在RCP8.5情景下,流域总氮负荷量将增加6.9%,总磷负荷量增加7.8%;未来南流江流域粮食的单位面积产量呈现减少趋势。三种排情景下,南流江流域水稻平均产量分别减少2.3%、0.67%和3.4%。(5)选用RCP4.5排放情景,采用SWAT WAQER模型的模拟以及对各方案的评价优选,对气候变化条件下的2030年南流江流域水资源管理指标进行了核算:全流域国民经济用水总量控制指标为18.18亿m3。其中,地表取水总量控制指标为18.18亿m3,生活用水总量控制指标为3.98亿m3,工业用水控制指标为1.42亿m3,农业用水控制指标为12.35亿m3,生态用水控制指标为0.43亿m3;全流域总氮入河排放量控制指标为8537t,其中点源排放量1821t,面源排放量为6716t;总磷入河排放量为750t,其中点源排放量148t,面源排放量为602t。万元工业增加值控制指标为27m3,灌溉水有效利用系数为0.60。
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV213.4
【图文】：

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逦第二章基于水与物质循环的水资源管理指标核算理论与方法逦逡逑（１）用水总量影响因素逡逑生活用水总量影响因素主要有人口数量及城镇化率、供水管网漏损率等供水条件、逡逑生活水平、节水意识、政策与水价等（图２－ｌａ）。本研究认为人口数量以及城镇化率是逡逑生活用水总量的最重要影响因素。人类的生存需要消耗一定量的水，人类繁衍是用水总逡逑量增长的原始驱动力。人口的城镇化进程改变了原有的城乡人口分布，使城市人口增加，逡逑城市用水需求上升，进一步加剧了城市用水压力。工业用水总量主要受产业规模、工业逡逑类型、设备与工艺、节水技术、管理制度等多方面影响。总结起来，主要受两方面的影逡逑响：一是区域工业规模及结构；二是由于采取先进的节水技术。引进新工艺等措施，提逡逑高了用水效率。农业用水总量影响因素有多种，可以归结为两大因素影响：一是区域／逡逑流域灌溉规模；二是由于采取先进节水措施，引起灌溉水有效利用系数变化。逡逑，邋—＿、邋，一逦■逦逦逦逦逡逑

本文编号：2722757