收藏本站
《西北农林科技大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于生态健康的干旱区绿洲水资源优化配置

钟锋  
【摘要】:黑河干流中游地处西北内陆干旱区,水资源严重匮乏,该地区的可持续发展对水的依赖性和敏感性较强。近年来随着水资源供需矛盾的日渐突出,农业用水严重挤占生态用水,导致社会经济效益的增长与沉重的生态环境代价相伴而生。基于生态健康的水资源优化配置,对促进黑河干流中游水资源的高效持续利用以及改善脆弱的生态环境具有重要的理论价值和实践意义。本文在进行黑河干流中游生态系统演变及驱动因子分析的基础上,建立了衡量绿洲生态健康的指标体系,基于水热平衡和风沙动力学原理,确定了适宜的绿洲规模、生态规模以及耕地规模;计算了不同水文年型的水资源可利用量,采用潜水蒸发法和水面蒸发公式,计算了研究区植被需水和湿地需水,采用定额法计算了现状年及规划年的生活、工业及农业需水量;考虑上游来水、降水、蒸发、作物单产及单价的不确定性,基于大系统递阶分析,建立了基于生态健康的多目标区间非线性双层优化配水模型,基于MATLAB编程求解,获得了研究区不同规划年不同来水情景下水资源在县区间、部门间以及作物间的优化配置方案。获得以下主要结论:(1)基于距平百分率,将黑河干流中游的河川径流划分为丰水年、偏丰年、平水年、偏枯年、枯水年五种来水情景;根据《黑河干流水量分配方案》,考虑来水的不确定性,获得五种来水情景下的水资源可利用量的区间分别为[14.65,15.68]、[14.77,15.25]、[14.38,15.33]、[14.40,14.70]、[13.77,14.25]亿m3,其中地下水允许开采量为4.81亿m3。(2)基于1986年、2000年、2011年的土地利用图,分析了黑河干流中游林地、草地、湿地面积的演变趋势及其原因。结果表明:1986~2011年间,研究区林地、草地面积呈减小趋势,湿地面积呈先减小后增大的趋势,该演变的主要原因是耕地面积占用生态面积、生产用水挤占生态用水、水利工程建设及湿地恢复措施的实施等。(3)考虑绿洲生态系统变化的影响因素,确定了绿洲生态健康的指标体系,包括适宜的绿洲规模、适宜的耕地面积、适宜的生态规模、适宜的生态地下水位和最小生态配水保障;基于生态水热平衡原理和风沙动力学原理,确定黑河干流中游适宜的绿洲规模、耕地面积和生态防护面积。在临界稳定状态下,丰水年、偏丰年、平水年、偏枯年、枯水年的适宜绿洲规模区间为[346.8,496.6]、[356.4,473.3]、[340.0,469.0]、[349.0,425.1]、[336.1,429.1]千hm2;适宜耕地面积区间为[131.2,140.4]、[132.3,136.6]、[128.8,137.3]、[129.0,131.6]、[123.3,127.6]千hm2;研究区防护林地的有效植被盖度为22%~28%,临界盖度为47%。2013年黑河干流中游的实际绿洲规模和耕地面积均超过适宜范围,生态防护面积未达到有效植被盖度。(4)采用潜水蒸发法和水面蒸发公式,计算了研究区植被需水和湿地需水,采用定额法计算了现状年及规划年的生活、工业及农业需水量。2013年黑河干流中游总需水[17.02,21.13]亿m3,其中生活、工业、农业、生态需水量分别为0.46、0.31、[12.95,15.23]、[3.30,5.13]亿m3,现状年缺水[1.92,6.03]亿m3;2020年研究区总需水[16.30,22.10]亿m3,其中生活、工业、农业、生态需水量分别为0.57、0.28、[11.42,14.57]、[3.86,6.55]亿m3;2030年研究区总需水[16.58,22.40]亿m3,其中生活、工业、农业、生态需水量分别为0.67、1.01、[10.53,13.43]、[4.46,7.41]亿m3。研究区需水量略呈增长趋势。(5)依据生态健康原则、用水安全原则、高效性原则和公平性原则,基于大系统递阶分析原理,考虑上游来水、降水、蒸发、作物产量及价格方面的不确定性,构建了以研究区经济效益最大和各县区缺水率的平方和最小为目标的多目标区间非线性双层优化配水模型,基于MATLAB编程求解,得到黑河干流中游现状年及规划年五种来水情景下的县区间、用水部门间以及作物间优化配水方案。现状年优化后的经济效益为[96.53,113.72]亿元,因保证生态健康用水,优化后的经济效益略有下降,优化后的农业用水占总用水的73%~74%,生态用水占21%~22%。2020年优化后研究区的经济效益为[158.42,181.77]亿元,甘临高分配的水量分别占总水量的45%~48%、25%~26%、27%~29%,生态配水和农业配水分别占总水量25%~28%、64%~68%。2030年优化后研究区的经济效益为[338.08,361.82]亿元,甘临高分配的水量分别占总水量的46%~49%、24%~25%、26%~30%,生态配水和农业配水分别占总水量的28%~32%、56%~61%。现状年和规划年作物的配水结构相似,为保证最小粮食需求量,小麦、大田玉米等粮食作物缺水量较小,制种玉米因种植面积最大,缺水量最多。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TV213.4

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王顺久,侯玉,张欣莉,丁晶;中国水资源优化配置研究的进展与展望[J];水利发展研究;2002年09期
2 朱克友,李佑军;水资源优化配置的探讨[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2003年01期
3 于长剑,李彬;内蒙古水资源优化配置战略的探讨[J];内蒙古水利;2003年01期
4 梁保华;梁保华对水利工作的重要指示[J];江苏水利;2003年02期
5 吴泽宁,索丽生;水资源优化配置研究进展[J];灌溉排水学报;2004年02期
6 王霞,唐德善,赵洪武,李晓明;太子河流域水资源优化配置供水模型[J];水利水运工程学报;2005年02期
7 党永平,郭玉山,白强;山东省菏泽市水资源优化配置研究[J];治淮;2005年11期
8 宋军,李新堂;高唐县水资源优化配置探讨[J];山东水利;2005年03期
9 张爱军;王承芳;;徐州市水资源优化配置框架构想[J];江苏水利;2006年09期
10 侯建梅;卢雪艳;;关于大庆市水资源优化配置的几点思考[J];黑龙江水利科技;2007年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡志东;;试论统筹城乡发展与水资源优化配置之间的关系[A];重庆市水利学会“合理配置和高效利用水资源 服务城乡发展”专题研讨会论文汇编[C];2013年
2 董洁;王瑞年;;龙口市农业水资源优化配置研究[A];变化环境下的水资源响应与可持续利用——中国水利学会水资源专业委员会2009学术年会论文集[C];2009年
3 于雪峰;李忠华;张晓炜;杜崇;王波;姚章村;;基于系统协调发展的三江平原水资源优化配置研究[A];变化环境下的水资源响应与可持续利用——中国水利学会水资源专业委员会2009学术年会论文集[C];2009年
4 申东;;水务改革是水资源优化配置的必然选择[A];中国土木工程学会市政工程分会城市防洪专业委员会2001年学术交流会论文集[C];2001年
5 徐羽白;;关于潍坊市地表水资源优化配置的探讨[A];山东水利学会第九届优秀学术论文集[C];2004年
6 王维平;何庆海;范明元;黄继文;;构筑现代化水网 实现水资源优化配置[A];山东生态省建设研究(2004)[C];2004年
7 洪林;李明罡;李远华;;开封市各部门水资源优化配置[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第二分册[C];2005年
8 范明元;黄继文;陈学群;张欣;杨小凤;;山东省水资源优化配置的发展与展望[A];山东省水资源生态调度学术研讨会论文集[C];2007年
9 黄玉林;;试论区域水资源优化配置[A];重庆市水利学会“合理配置和高效利用水资源 服务城乡发展”专题研讨会论文汇编[C];2013年
10 蒋昌明;;水资源优化配置的工程措施与非工程措施[A];重庆市水利学会“合理配置和高效利用水资源 服务城乡发展”专题研讨会论文汇编[C];2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 政言;加强水资源优化配置 为柴达木循环经济试验区提供支撑[N];青海日报;2007年
2 洪小康 丁东华;水资源优化配置的体制保障[N];中国水利报;2001年
3 冯小平 俞斌 彭杰;实现水资源优化配置 开创罗江水务新局面[N];四川日报;2000年
4 霍晓丽;尽快立项研究京津冀水资源优化配置问题[N];河北日报;2007年
5 陕西省副省长 王寿森;加快省内调水步伐 实现水资源优化配置[N];陕西日报;2006年
6 吴泽宁(郑州大学环境与水利学院);将生态经济学引入水资源优化配置中[N];中国水利报;2006年
7 本报记者 黄穗诚通讯员 粤水婷;粤强化水资源优化配置 确保三大区域水源供给[N];广东建设报;2007年
8 张永熙粤水婷;强化水资源优化配置[N];广东建设报;2007年
9 新疆维吾尔自治区水利厅厅长 王世江;新疆:加快形成水资源优化配置战略体系[N];中国水利报;2012年
10 水利部发展研究中心“水权与水价研究”课题组;实现水资源优化配置的新思路[N];中国水利报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杜守建;区域水资源优化配置研究[D];西安理工大学;2009年
2 许文峰;郑东新区龙湖水资源优化配置及技术保障措施研究[D];吉林大学;2007年
3 赵建世;基于复杂适应理论的水资源优化配置整体模型研究[D];清华大学;2003年
4 岳春芳;东南沿海地区水资源优化配置模型及其应用研究[D];新疆农业大学;2004年
5 高斌;区域水资源优化配置及供水系统规划研究[D];天津大学;2009年
6 侍翰生;南水北调东线江苏境内工程水资源优化配置方法研究[D];扬州大学;2013年
7 何英;干旱区典型流域水资源优化配置研究[D];新疆农业大学;2010年
8 彭晶;基于GIS的多目标动态水资源优化配置研究[D];天津大学;2013年
9 于长剑;通辽市水资源系统动态模拟评价与宏观经济水资源优化配置研究[D];内蒙古农业大学;2005年
10 夏珊珊;沿海平原水资源优化配置与河网水沙输移计算[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵喜富;基于“三条红线”的滨海地区水资源优化配置研究[D];山东大学;2015年
2 乔延丽;兰州市水生态文明建设中指标体系构建及水资源优化配置研究[D];甘肃农业大学;2015年
3 冷曼曼;山东半岛蓝色经济区水资源优化配置[D];济南大学;2015年
4 徐晶;小开河灌区水资源优化配置研究[D];济南大学;2015年
5 于航;朝阳市水资源优化配置研究[D];沈阳农业大学;2016年
6 杨钦;面向生态的半干旱地区水资源优化配置研究[D];沈阳农业大学;2016年
7 杨冬元;政府与市场共同作用下的水资源优化配置方法研究[D];天津工业大学;2016年
8 郭盈盈;平顶山市水资源优化配置研究[D];郑州大学;2016年
9 郭志慧;衡南县水资源优化配置研究[D];湖南农业大学;2015年
10 刘美鑫;三江平原水文要素动态分析及水资源优化配置研究[D];东北农业大学;2016年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026