沙颍河流域经济社会—水—生态互馈机理及分布式模型

发布时间：2020-08-01 18:06

【摘要】：把经济社会-水-生态看作由经济社会子系统、水子系统和生态子系统组成的复杂系统,子系统之间存在相互关联和制约的和谐依存关系。随着人类社会的快速发展,人与自然的联系越来越密切,人类发展对自然生态系统的影响越来越复杂。尤其是在高强度人类活动流域,水文、水资源、生态、环境面临的问题突出,已成为制约人与自然和谐发展的主要因素。但是,从目前的研究来看,单纯以自然或社会要素为核心的机理和模型研究在处理高强度人类活动流域经济社会-水-生态复杂系统问题时,很难取得理想的效果。因此,迫切需要从系统角度,开展经济社会-水-生态互馈机理和定量模型研究。本文在团队前期研究成果和综述国内外最新进展的基础上,从系统的角度,提出经济社会系统对河流系统影响的定量方法,揭示高强度人类活动流域经济社会-水-生态互馈机理;以SWAT模型的水循环模块为基础,通过研究自然-社会水循环过程与河流水质和水生态模型的耦合机理,构建经济社会-水-生态分布式模型并进行模型程序集成;通过与和谐调控模型相结合,将构建的分布式模型应用于沙颍河流域经济社会-水-生态和谐调控研究,为流域水资源综合管理提供技术和方法支持。主要研究内容和结论如下:(1)沙颍河流域经济社会-水-生态系统要素演变特征分析。在对经济社会-水-生态系统概念和结构组成解读的基础上,针对沙颍河流域多闸坝、高污染和强人类活动的典型特征,从经济社会、河湖水系、水文、水质和水生态等方面选择代表性指标,基于水生态实验数据和统计学方法,分析经济社会-水-生态系统要素演变特征。结果表明,近年来沙颍河流域经济社会发展较快,径流量趋于减小;受经济社会发展影响,水质指标变化剧烈,但并无明显的减小趋势。(2)沙颍河流域经济社会-水-生态互馈机理研究。从定性方面,分析子系统两两以及三者的相互作用关系;从定量方面,基于典型相关分析(CCA)方法和河流水质和水生态评价方法,提出研究经济社会系统对河流系统影响的定量方法。结合沙颍河流域特征,研究经济社会对河流水质和水生态的影响,揭示复杂环境影响下流域经济社会-水-生态互馈机理。结果表明,沙颍河流域经济社会发展对河流水生态和环境的影响显著。以对水质的影响为例,从2000-2015年影响度介于0.19-0.79之间,且表现为从2010年之后开始缓慢减小的趋势,主要的经济社会影响因素为人口密度和污水处理率。(3)沙颍河流域经济社会-水-生态分布式模型构建。在经济社会-水-生态互馈机理研究的基础上,从系统的角度,耦合社会水循环取-用-耗-排水和排污过程、降雨-径流模型、河流水质模型和水生态模型(水量-水质-水生态非线性关系),构建基于自然-社会水循环定量关系的经济社会-水-生态分布式模型(SEWE),实现流域水文过程、经济社会取-用-耗-排水过程与河流水质和水生态过程的综合模拟。结果表明,水量模拟精度可以接受(流域出口断面,校准期R~2=0.78,NSE=0.73;验证期R~2=0.74;NSE=0.70);水质和水生态模拟精度基本可以接受,但部分断面的平均相对误差超过20%。(4)沙颍河流域经济社会-水-生态和谐调控应用研究。将构建的SEWE模型与和谐调控模型相结合,提出考虑经济社会-水量-水质-水生态多维互馈的经济社会-水-生态和谐调控框架,处理和谐调控模型及类似调控方法在研究系统和谐问题时,对经济社会-水-生态要素互馈机理考虑不足,且难以处理经济社会数据与河流水质和水生态数据时空尺度的问题。结果表明,沙颍河流域经济社会-水-生态和谐发展水平较差,主要的影响因素包括:人均GDP、第三产业占GDP比重、万人拥有卫生床位数、人均日常生活用水量、农田灌溉亩均用水量、万元工业增加值用水量、栖息地环境质量和区域工农业发展与城乡生活排水量中COD_(Cr)、COD_(Mn)、NH_4-N和TN的浓度。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV213.4
【图文】：

沙颍河,流域概况,流域,高海拔区

沙颍河流域概况（2）地形地貌

土地利用图,沙颍河,河湖水系,流域

沙颍河流域2015年土地利用

示意图,沙颍河,流域分区,暖温带

沙颍河流域分区示意图

【参考文献】