發(fā)布時(shí)間：2017-04-19 16:23

  本文關(guān)鍵詞：干旱內(nèi)陸河流域水資源供需平衡與管理，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著人口增加和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水資源需求的進(jìn)一步增加,水資源供需矛盾日益突出。在全球變化背景下,氣候變暖加劇了水資源的短缺,在干旱內(nèi)陸河流域尤為明顯。因此,研究干旱內(nèi)陸河流域水資源對實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。本研究依托水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目 內(nèi)陸干旱區(qū)實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理關(guān)鍵技術(shù)‖,以呼圖壁河流域?yàn)楦珊祪?nèi)陸河流域典型區(qū)域,以水資源供需過程為研究對象,研究了呼圖壁河流域近50多年來地表徑流變化及對氣候變化的響應(yīng),結(jié)合同位素和水化學(xué)技術(shù)探討了水資源構(gòu)成和地表水、地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系,發(fā)展了流域蒸散發(fā)估算模型,探討綠洲農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水和生態(tài)需水的模擬方法,揭示流域水資源供需規(guī)律,構(gòu)建適合于干旱內(nèi)陸河流域最嚴(yán)格水資源管理模式(制度)。這些研究豐富了內(nèi)陸干旱區(qū)水循環(huán)研究、完善流域水文分析理論和方法具有重要的科學(xué)意義。同時(shí),豐富了干旱區(qū)實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理的內(nèi)涵和方法,為實(shí)現(xiàn)流域水資源的可持續(xù)利用、保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和決策建議,為干旱區(qū)貫徹落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度提供科技支撐。本研究主要成果如下:(1)近53年來呼圖壁河流域溫度和降水均呈增加趨勢,增加速率分別為0.35℃/10a和13.29 mm/10a。不同環(huán)境下氣候要素變化幅度和變化趨勢存在明顯差異,荒漠和綠洲氣溫對全球變化的響應(yīng)最顯著,山區(qū)降水量對全球變化的響應(yīng)最顯著,這對區(qū)域的地表水資源產(chǎn)生重要的影響。近50年來呼圖壁河年徑流量均呈顯著增加趨勢,增加趨勢分別為0.13×108 m3/10a,存在4a、10a、18a和28a左右的振蕩周期。通過Person相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)降水和潛在蒸發(fā)量是影響呼圖壁河徑流量變化的主要因素,并建立了呼圖壁河月徑流量和月降水、月潛在蒸發(fā)量的回歸模型,模型模擬效果較好,可以用來預(yù)測未來月尺度徑流量。(2)利用累積量斜率變化率比較法(SCRAQ)和氣候敏感法(HSAM)定量評估了氣候變化和人類活動(dòng)對徑流量變化的貢獻(xiàn)率,發(fā)現(xiàn)氣候變化對流域徑流量變化的貢獻(xiàn)率為74.21%~83.07%,人類活動(dòng)的貢獻(xiàn)率為16.93%~25.79%。相比而言,HSAM法耦合了水量平衡法和氣候敏感法,對氣候變化的影響估算更為準(zhǔn)確有效,但依然存在參數(shù)較多、計(jì)算繁瑣等缺點(diǎn)。而scraq法具有計(jì)算簡單快捷、所需參數(shù)較少等優(yōu)點(diǎn),可以在干旱區(qū)流域內(nèi)推廣。(3)呼圖壁河流域河水、地下水和積雪融水中δd、δ18o的組成和季節(jié)變化差異較大。河水中δd、δ18o值分別為-66.66‰和-9.94‰,地下水為-69.82‰和-10.23‰,而積雪融水為-150.79‰和-19.42‰。不同水體的水化學(xué)特征有顯著的差異,河水和地下水類型以so42-—hco3-—na+為主,gibbs分析發(fā)現(xiàn)河水更接近于巖石風(fēng)化作用控制區(qū),地下水則更接近于蒸發(fā)-結(jié)晶沉降作用控制區(qū)。河水受大氣降水和冰雪融水的混合補(bǔ)給,而河水和積雪融水對地下水有密切的水力聯(lián)系,水體在轉(zhuǎn)化之前經(jīng)歷了一定程度的蒸發(fā)作用而引起同位素的變化。呼圖壁河河水和地下水出現(xiàn)了兩次轉(zhuǎn)化關(guān)系,上游地區(qū)地下水對河水的補(bǔ)給占到18.45%,而中下游區(qū)域地下水的補(bǔ)給占到90%以上。(4)選取68個(gè)典型干旱內(nèi)陸河流域,驗(yàn)證了budyko水熱耦合平衡假設(shè)在我國干旱內(nèi)陸河流域的適用性,以budyko水熱耦合平衡假設(shè)和傅抱璞公式為基礎(chǔ),將植被-土壤相對蓄水能力smax/、平均坡度tanβ和集水面積a為參數(shù),確定傅抱璞公式中參數(shù)值的半經(jīng)驗(yàn)公式,構(gòu)建了干旱內(nèi)陸河流域?qū)嶋H蒸散發(fā)量的估算模型(簡稱budyko-iarb),驗(yàn)證表明budyko-iarb模型可以準(zhǔn)確的估算流域逐年實(shí)際蒸散發(fā)量,計(jì)算得出呼圖壁河流域?qū)嶋H蒸散發(fā)量為153.8mm。(5)近20年來呼圖壁河流域主要作物凈灌溉需水量呈波動(dòng)變化趨勢,從1992年的2.48×108m3增加到2012年的6.76×108m3,增加了近4.26×108m3,特別是2008年之后灌溉需水總量迅速增加。隨著棉花種植比例的增加,棉花灌溉需水總量迅速增加,1992年棉花灌溉需水總量為0.51×108m3,增加到2012年3.94×108m3。節(jié)水灌溉條件下,構(gòu)建了考慮土壤濕度修正系數(shù)的呼圖壁河流域作物需水計(jì)算模型,得出呼圖壁河流域土壤濕度修正系數(shù)為0.41,2012年節(jié)水灌溉條件下灌溉需水量為2.77×108m3。構(gòu)建了萬元工業(yè)增加值用水量和人均gdp之間的關(guān)系模型,發(fā)現(xiàn)1993-2012年呼圖壁河流域工業(yè)用水總量迅速增加,從1993年的0.009×108m3增加到2012年的0.11×108m3。構(gòu)建了城鎮(zhèn)人均日生活用水量和人均gdp之間的關(guān)系模型,發(fā)現(xiàn)1985-2012年呼圖壁河流域生活用水總量迅速增加,從1985年的0.018×108m3增加到2012年0.06×108m3,2012年城鎮(zhèn)生活用水總量為0.051×108m3,農(nóng)村為0.009×108m3。呼圖壁河流域生態(tài)需水總量為2.104×108m3。供需水平衡分析發(fā)現(xiàn),除特豐水年外,呼圖壁河流域供水不足,需水保持在高水平且迅速增加,只能依靠擠占生態(tài)需水來滿足生產(chǎn)和生活用水的需求,從而導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境的退化。(5)提出了 兩步走戰(zhàn)略,近期三七分成,遠(yuǎn)期五五分賬‖和 三七調(diào)控‖的水資源開發(fā)利用合理閾值,指出總量控制紅線是干旱區(qū)水資源 三條紅線‖的核心,提出了 內(nèi)陸干旱區(qū)最嚴(yán)格水資源管理制度‖總體框架,即以水安全、糧食安全和生態(tài)安全為主要目的,提出 地表水-地下水庫‖聯(lián)合調(diào)蓄及 水-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)‖耦合的流域集成水資源管理模式,從而實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)開發(fā)利用,最終實(shí)現(xiàn)流域可持續(xù)管理。
【關(guān)鍵詞】：水資源 供需平衡 最嚴(yán)格水資源管理 同位素 呼圖壁河流域
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TV213.4
【目錄】：

• 摘要2-5
• abstract5-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 研究背景、目的和意義12-13
• 1.1.1 研究背景12
• 1.1.2 研究目的和意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展13-22
• 1.2.1 氣候變化及對水資源的影響研究進(jìn)展13-15
• 1.2.2 流域蒸散發(fā)研究進(jìn)展15-16
• 1.2.3 流域用水及供需水平衡研究進(jìn)展16-19
• 1.2.4 同位素技術(shù)在水資源轉(zhuǎn)化中的研究進(jìn)展19
• 1.2.5 水資源管理研究進(jìn)展19-22
• 1.3 關(guān)鍵科學(xué)問題22
• 1.4 研究內(nèi)容和技術(shù)路線22-25
• 1.4.1 研究內(nèi)容22-23
• 1.4.2 論文技術(shù)路線和總體框架23-25
• 1.5 小結(jié)25-26
• 第二章 呼圖壁河流域概況與水資源管理現(xiàn)狀26-40
• 2.1 研究區(qū)概況26-31
• 2.1.1 地理位置26
• 2.1.2 地形地貌26-28
• 2.1.3 植被與土壤28
• 2.1.4 氣候特征28-29
• 2.1.5 河流與水系29-30
• 2.1.6 社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況30-31
• 2.2 呼圖壁河流域現(xiàn)狀水資源31-34
• 2.2.1 冰川水資源31
• 2.2.2 地表水資源31-32
• 2.2.3 地下水資源32-34
• 2.3 呼圖壁河水資源開發(fā)利用與管理34-39
• 2.3.1 水利工程現(xiàn)狀34-37
• 2.3.2 水資源管理現(xiàn)狀37-39
• 2.4 小結(jié)39-40
• 第三章 呼圖壁河流域水資源變化及對氣候變化的響應(yīng)40-56
• 3.1 流域氣候變化特征40-42
• 3.1.1 流域氣溫變化特征40-41
• 3.1.2 流域降水變化特征41-42
• 3.2 流域地表徑流變化特征42-46
• 3.2.1 地表徑流年內(nèi)分配42-43
• 3.2.2 地表徑流變化趨勢43-44
• 3.2.3 地表徑流的突變和周期44-46
• 3.3 徑流對氣候變化和人類活動(dòng)的響應(yīng)46-54
• 3.3.1 氣候變化和人類活動(dòng)對徑流變化的貢獻(xiàn)46-53
• 3.3.2 徑流對氣候變化的響應(yīng)53-54
• 3.4 小結(jié)54-56
• 第四章 呼圖壁河流域水資源構(gòu)成及轉(zhuǎn)化56-85
• 4.1 水文地質(zhì)條件和地下水動(dòng)態(tài)變化56-59
• 4.1.1 水文地質(zhì)條件56-57
• 4.1.2 地下水動(dòng)態(tài)變化57-59
• 4.2 山區(qū)—平原區(qū)的水文聯(lián)系59-61
• 4.2.1 山區(qū)—平原區(qū)單位流量變化59-60
• 4.2.2 山區(qū)在干旱區(qū)水文中的重要性60-61
• 4.3 穩(wěn)定同位素揭示的徑流組分61-73
• 4.3.1 穩(wěn)定同位素的原理、方法與采樣61-65
• 4.3.2 不同徑流組分氧氫穩(wěn)定同位素分析65-73
• 4.4 穩(wěn)定同位素揭示的流域地表水和地下水轉(zhuǎn)化73-82
• 4.4.1 不同水體的穩(wěn)定同位素組成73-75
• 4.4.2 水化學(xué)特征分析75-78
• 4.4.3 地表水對地下水的補(bǔ)給量78-79
• 4.4.4 地表水—地下水的轉(zhuǎn)化關(guān)系79-82
• 4.5 小結(jié)82-85
• 第五章 呼圖壁河流域蒸散發(fā)研究85-99
• 5.1 蒸散發(fā)研究的理論基礎(chǔ)與相關(guān)假設(shè)85-87
• 5.1.1 蒸散發(fā)研究的理論基礎(chǔ)85-86
• 5.1.2 蒸散發(fā)的相關(guān)假設(shè)86-87
• 5.2 基于FAO Penman-Monteith的呼圖壁河流域蒸散發(fā)量87-88
• 5.3 基于Budyko假設(shè)的呼圖壁河流域蒸散發(fā)量研究88-98
• 5.3.1 Budyko水熱耦合平衡假設(shè)88-90
• 5.3.2 Budyko假設(shè)的干旱內(nèi)陸河流域蒸散發(fā)模型90-96
• 5.3.3 Budyko-IARB蒸散發(fā)模型在呼圖壁河流域的應(yīng)用96-98
• 5.4 小結(jié)98-99
• 第六章 呼圖壁河流域用水特征與供需平衡99-123
• 6.1 呼圖壁河流域農(nóng)業(yè)用水特征99-107
• 6.1.1 農(nóng)業(yè)用水及影響因素99
• 6.1.2 農(nóng)業(yè)用水的估算方法99-103
• 6.1.3 呼圖壁河流域農(nóng)業(yè)用水特征103-107
• 6.2 呼圖壁河流域工業(yè)用水特征107-111
• 6.2.1 工業(yè)用水的定義107-108
• 6.2.2 工業(yè)用水模型的構(gòu)建108-109
• 6.2.3 呼圖壁河流域工業(yè)用水特征109-111
• 6.3 呼圖壁河流域生活用水特征111-117
• 6.3.1 生活用水的定義111-112
• 6.3.2 生活用水模型的構(gòu)建112-114
• 6.3.3 呼圖壁河流域生活用水特征114-117
• 6.4 呼圖壁河流域生態(tài)需水特征117-120
• 6.4.1 生態(tài)需水的界定117-118
• 6.4.2 生態(tài)需水的計(jì)算方法118-119
• 6.4.3 呼圖壁河流域生態(tài)需水特征119-120
• 6.5 呼圖壁河流域水資源供需平衡分析120-121
• 6.6 小結(jié)121-123
• 第七章 干旱內(nèi)陸河流域最嚴(yán)格水資源管理123-136
• 7.1 干旱內(nèi)陸河流域水資源系統(tǒng)123-124
• 7.2 干旱內(nèi)陸河流域水資源管理目標(biāo)和方向124
• 7.2.1 地表水-地下水‖轉(zhuǎn)化關(guān)系124
• 7.2.2 水-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)‖ 復(fù)雜系統(tǒng)124
• 7.3 干旱內(nèi)陸河流域最嚴(yán)格水資源管理體系124-127
• 7.3.1 最嚴(yán)格水資源管理的內(nèi)涵124-125
• 7.3.2 最嚴(yán)格水資源管理關(guān)鍵技術(shù)支撐體系125-127
• 7.4 干旱內(nèi)陸河流域最嚴(yán)格水資源管理127-135
• 7.4.1 總體框架127-128
• 7.4.2 干旱內(nèi)陸河流域最嚴(yán)格水資源管理模式128-132
• 7.4.3 最嚴(yán)格水資源管理在呼圖壁河流域的應(yīng)用132-135
• 7.5 小結(jié)135-136
• 第八章 結(jié)論與展望136-141
• 8.1 研究結(jié)論136-139
• 8.1.1 論文的主要結(jié)論136-138
• 8.1.2 論文的可能創(chuàng)新點(diǎn)138-139
• 8.2 研究展望139-141
• 參考文獻(xiàn)141-156
• 博士期間參加項(xiàng)目及發(fā)表學(xué)術(shù)論文156-158
• 致謝158-160

  本文關(guān)鍵詞：干旱內(nèi)陸河流域水資源供需平衡與管理，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：316693