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區域水資源系統臨界特征值識別與綜合調控技術 版權信息
- ISBN：9787030682482
- 條形碼：9787030682482 ; 978-7-03-068248-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
區域水資源系統臨界特征值識別與綜合調控技術 本書特色
本書提出的區域水資源系統常態與 應急管理模式、框架和實施路徑對于我國水資源管理改革及完善構架提供了可行的參考模式. 將有助于我國水資源管理綜合水平的進一步提升。
區域水資源系統臨界特征值識別與綜合調控技術 內容簡介
面向水資源系統常態與應急綜合管理的目標，本書研究了如何科學界定、客觀識別水資源系統的臨界狀態，定量描述變化環境對水資源系統狀態的影響，提出水文過程臨界特征值的評價方法，并以水庫系統和地下水系統作為管理的關鍵抓手，提出兩個系統臨界狀態識別方法及調控路徑。*后基于流域水資源系統臨界特征值識別，提出適用于我國實踐需求的常態與應急管理模式與實施路徑。 本書可供從事洪澇災害應對、水文水資源、水文模擬、地下水管理、水庫管理等方面的學者和科研人員參考，也可作為相關領域研究生教學和科研的參考用書。
區域水資源系統臨界特征值識別與綜合調控技術 目錄
目錄
前言
第1章緒論1
1.1研究背景1
1.2相關研究進展6
第2章水資源系統臨界狀態解析15
2.1水資源系統內涵及其特征15
2.2水資源系統臨界狀態的系統學解析17
2.3變化環境對水資源系統臨界狀態的影響22
2.4水資源系統臨界特征表征指標體系25
2.5水資源系統臨界特征評估方法28
第3章降雨徑流系列非一致性評價36
3.1降雨徑流過程臨界特征分析36
3.2降雨徑流非一致性問題37
3.3降雨徑流非一致性評價方法44
3.4典型案例研究50
3.5非一致性變化對流域水資源系統臨界特性的影響68
第4章地表水系統臨界特征識別與調控69
4.1水庫系統及其臨界特征值解析69
4.2水庫系統汛限水位臨界值的識別方法71
4.3水庫系統旱限水位臨界值的識別方法76
4.4水庫系統的調控管理87
4.5典型水庫汛限水位確定與調控94
4.6典型水庫旱限水位確定與調控115
第5章地下水系統臨界特征識別與調控137
5.1地下水系統及其功能解析137
5.2地下水功能評價145
5.3地下水常態與應急調控167
5.4天津市地下水常態與應急調控175
第6章流域水資源系統臨界特征識別與調控210
6.1流域水資源系統及其構成要素210
6.2流域水資源系統功能解析及其狀態分析213
6.3流域水資源系統過程演變與預測216
6.4流域水資源系統臨界特征值識別與分析229
6.5面向常態與應急綜合管理的流域水資源系統調控路徑248
參考文獻255
前言
第1章緒論1
1.1研究背景1
1.2相關研究進展6
第2章水資源系統臨界狀態解析15
2.1水資源系統內涵及其特征15
2.2水資源系統臨界狀態的系統學解析17
2.3變化環境對水資源系統臨界狀態的影響22
2.4水資源系統臨界特征表征指標體系25
2.5水資源系統臨界特征評估方法28
第3章降雨徑流系列非一致性評價36
3.1降雨徑流過程臨界特征分析36
3.2降雨徑流非一致性問題37
3.3降雨徑流非一致性評價方法44
3.4典型案例研究50
3.5非一致性變化對流域水資源系統臨界特性的影響68
第4章地表水系統臨界特征識別與調控69
4.1水庫系統及其臨界特征值解析69
4.2水庫系統汛限水位臨界值的識別方法71
4.3水庫系統旱限水位臨界值的識別方法76
4.4水庫系統的調控管理87
4.5典型水庫汛限水位確定與調控94
4.6典型水庫旱限水位確定與調控115
第5章地下水系統臨界特征識別與調控137
5.1地下水系統及其功能解析137
5.2地下水功能評價145
5.3地下水常態與應急調控167
5.4天津市地下水常態與應急調控175
第6章流域水資源系統臨界特征識別與調控210
6.1流域水資源系統及其構成要素210
6.2流域水資源系統功能解析及其狀態分析213
6.3流域水資源系統過程演變與預測216
6.4流域水資源系統臨界特征值識別與分析229
6.5面向常態與應急綜合管理的流域水資源系統調控路徑248
參考文獻255
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區域水資源系統臨界特征值識別與綜合調控技術 節選
第1章緒論 1.1研 究 背 景 1.1.1水資源系統常態與應急綜合管理的實踐需求 1.我國面臨的主要水資源問題 我國水資源自然稟賦特點決定了我國是旱澇災害頻發的國家，長期以來，北方水資源短缺與南方洪澇頻發、非汛期干旱與汛期防洪共存。目前來講，旱災受害主體主要為廣大農村和農業，而洪災受害主體主要為城市和工業。此外，由于短時強降雨的頻發，城市內澇問題也直接影響城市安全。 1）南北方豐枯趨勢進一步加劇 在強人類活動和氣候變化的影響下，中國許多地區的產水規律發生變異，使得水資源的情勢發生了變化。一方面從水資源總量來看，20世紀80年代以后，中國北方地區的水資源量明顯減少，北方水少南方水多的水資源分布特點更為突出。中國水資源綜合規劃調查評價成果顯示，在全國10個水資源一級區中，北方的遼河區、海河區、黃河區和淮河區等一級區水資源總量明顯減少，其中尤以海河區減少幅度*大。而南方大部分區域總體上呈現水資源總量略為偏豐的情勢。 2）極值天氣發生頻率提高 洪水及其引發的泥石流災害時有發生，給國家造成巨大損失。1998年長江流域發生特大洪水；2003年，淮河流域發生了持續性洪澇災害；2005年黑龍江省發生洪災；2007年淮河流域再次發生全流域性大洪水，安徽省遭受嚴重的洪澇災害；2008年6月，浙江、福建、江西、湖南、廣東、廣西等地部分地區遭受強暴雨襲擊，造成嚴重洪澇、山體滑坡和泥石流災害；2010年全國范圍內受洪災影響人數達2億人。 除了流域大規模洪水外，近年來，城市短時強降雨頻發，導致城市內澇災害不容忽視。北京市僅2011年7月就發生三次短時強降雨，特別是7月27日，三小時內，市區多個地區的降雨量超過100mm，城市面臨嚴重內澇災害威脅。 受降雨本身的不確定性以及全球氣候變化影響，很多傳統豐水地區也面臨短期缺水影響。2005年春末夏初，中國云南省多數地區旱情達中等至嚴重強度。2006年春夏，四川、重慶遭遇1949年以來*嚴重的旱災，近千萬人出現臨時飲水困難。2007年9月下旬，中國南方大部地區降雨明顯減少，湖南、江西、貴州、廣西等地旱情嚴重，為50年來所罕見。2008年初，重慶遭受持續旱災，約140萬人、100萬余頭大牲畜存在飲水困難。2009～2010年，中國西南地區的云南、貴州、四川、重慶、廣西、湖南等地遭遇秋、冬、春、初夏四季連續的百年一遇特大旱災，湖泊干涸，河道斷流。2011年，長江中下游地區遭遇50年來罕見干旱，降雨與多年同期相比偏少40%～60%，為1961年以來同期*少年份，5月以后，降雨雖較前期略有增加，但湖北、湖南、江西、安徽、江蘇等長江中下游地區，降水與多年同期相比仍偏少20%～40%。這種短期干旱給傳統豐水地區帶來巨大災害，如何應對季節性干旱已經成為中國南方地區水資源管理不得不面對的問題。 3）社會經濟保障需求不斷增加 一方面，基于中國社會經濟發展趨勢與總體用水要求，保障率要求相對較低的農業用水將逐漸向保障率要求高的生活用水、工業用水、第三產業用水轉移，一旦供水大規模短缺，將造成巨大的損失。未來中國社會經濟用水保障不僅體現在供水總量上，更為重要的是供水過程需要保證持續、均衡、穩定，*大限度消除來水豐枯的時空不確定性是供水管理的難題。另一方面，隨著人口的增加，社會經濟的大規模發展，人口密度與經濟產值密度顯著提高，承受洪水災害的能力大幅下降，因此防洪任務日益加劇。 2.水資源問題的破解路徑 1）單一管理及其存在的弊端 常態下的水資源管理雖然貫穿于全年的水利工作中，但主要針對的是平水年或非汛期的水資源調配，目標僅是滿足各行業部門的常規用水需求；其重點在于通過閘涵或大壩等工程實施蓄水、引水、提水、灌水，支持國民經濟建設；在管理中講求按規劃實施，按部就班，主要歸屬于水利部水資源司管理；而應急狀態下的水資源管理則僅僅集中在一年內有限的幾個月，尤其是春旱和秋汛時節，即豐水期和枯水期；目標是保證極端狀態下的社會安定，主要采取的手段是極端干旱時的集中全力抗旱打井或極端洪水時的抗洪搶險；在應急狀態下，人財物等一切儲備力量都向防洪抗旱傾斜；其隨機性強，支出金額也較大，具體的負責部門是水利部防汛抗旱總指揮部。這種職能和體制上的分割表面上看是合適的，但兩者各司其職，互不干涉，卻在一定程度上造成了資源共享上的溝通壁壘，有時會因為部門間的職責交叉出現管理的真空。 一般情況常態管理與應急管理各自獨立運行，根據水資源系統所處的狀態選取不同的管理手段。這種管理模式的缺點是：①滯后性，往往在洪澇或者干旱發生后一段時間才能有效地介入管理。②獨立性，常態管理和應急管理以不同的管理理念為指導，常態管理主要指導思想是“供”和“控”，主要是保障水資源系統的正常運行，應急管理主要指導思想在洪澇管理中為“泄”和“排”，在干旱管理中為“保”和“供”，主要目標是盡快將災害消除。在不同的管理理念指導下，很少考慮常態管理和應急管理的內在聯系，即常態管理中考慮災害發生的風險，應急管理中不以單純抵御災害為目的，而是以區域彈性恢復為導向，從硬管理轉向軟管理，如抵御小規模的洪水不單純靠建壩抵御，而是充分利用地下的各種蓄水空間調蓄洪水。③片面性，水資源系統的正常運行與非正常運行都統一于整個水循環過程，水循環過程中的各個水文要素，降水、下墊面、徑流、土壤水、地下水等都與水資源系統的狀態相關，單純的常態管理和應急管理都關注某一個具體水文要素，例如，農業干旱只關注降水量或地下水位，很少從區域水文循環的角度考慮各水文要素之間的聯系。 2）常態與應急綜合管理是解決水資源問題的重要路徑 隨著以降雨為主要參數的氣象因子不確定性增加，洪水、干旱等極端事件與過程的頻率和極值日益加大，在水利工程數量增多、監測技術提高以及預測精度增大等科學技術的支撐下，對取用水的過程控制也不斷更新，并表現為應急標準提高化、常態管理范圍擴大化。 針對常態管理與應急管理分離的不足，近些年，有專家提出常態與應急綜合管理理念。常態與應急綜合管理就是從整個區域自然-社會二元水循環的角度，根據各水文要素之間的聯系，預判水資源系統的狀態，在水資源系統正常運行的條件下，為應急調控預留空間，在水資源系統非正常運行時，考慮優化常態管理手段，采用柔性的管理方式規避災害，而不是與水資源災害正面交鋒，避免工程措施帶來的其他不利影響，如生態破壞等。 在常態模式下，全面設防、封堵、消除突發事件的誘因，雖然可以降低事件發生的風險，但管理成本很高，容易造成大量資源的閑置浪費，甚至超出社會的承受能力；在應急模式下，應急處置措施雖然可以隨機應變，但離不開日常對人力物力的準備，否則不但難以有針對性地把握有利時機控制事態發展，還極有可能給生命財產安全帶來新的風險，處置成本也會失控。常態和應急綜合管理，就是面向系統全周期發展過程，基于正常和非正常的視角，將系統運行的常規狀態與應急狀態統籌考慮，以維護系統可持續運行、降低系統運行風險、應對系統突發事件、實現系統發展目標為任務，針對系統運行中出現的或可能出現的管理需求，聯立進行的一系列計劃、組織、指揮、協調和控制行為（劉寧，2014a）。在常態管理中為應急管理留足調控空間，在應急管理中考慮水資源的儲備和充分利用，實現水資源開發利用、防洪除澇和抗旱減災的有機融合，提高水安全保證程度，變水害為水利，以解決我國存在的嚴峻水資源問題。 3.國內外水資源系統常態與應急綜合管理實踐 目前，水資源系統常態與應急綜合管理主要應用于以下三個方面。 1）雨洪水的資源化利用 我國季風區陸地面積占到陸地總面積的三分之二，在季風區降雨多集中在6～8月，雨量占到全年降水量的50%～90%，集中降雨一方面成為城市洪澇災害的主要原因，另一方面卻是缺水城市的潛在資源。以前對雨洪水的管理以“排”為主，要求盡快將雨洪水排入河道，避免形成洪澇災害，而隨著城市的發展，雨洪水的資源化需求不斷強烈，對雨洪水的態度也轉變為以“蓄”為主，如住房和城鄉建設部（簡稱住建部）主推的“海綿型城市”建設，要求把雨水的滲透、滯留、集蓄、凈化、循環使用和排水密切集合(仇保興，2015)。國內外對雨水資源化已進行了大量的研究和實踐。德國制定了雨水利用設施標準和雨水排放費征收標準，并開發了洼地-滲渠技術以及雨水的分類收集技術(Schuetze，2013)。美國制定了雨水利用條例保障雨水的調蓄及利用，強調非工程生態技術的開發和應用(Alghariani，2010)。日本推行雨水貯留滲透計劃，通過屋頂收集、沉淀和過濾技術進行雨水收集。以色列制定水法、水井法等相關法律，促進雨水資源的收集和利用，通過預測雨水流量，安排雨水流向，大量雨水滲入地下或建筑堤壩被集蓄利用(Avraham and Baruch，2013)。另外還有希臘(Sazakli et al.，2007)、新西蘭(Schets et al.，2010)等國家也開展了相關實踐。國內也有一些城市開展城市雨水資源利用實踐，北京出臺了首部屋頂綠化地方標準，設置屋頂雨水收集利用系統，并提出環保型透水磚鋪裝地面設計和施工方法(左建兵等，2008)。上海利用排水路面、泵站、存儲池等收集雨水，在綠地上修建雨水收集系統，并研究通過降低綠地高程等調蓄雨水(倪華明，2012)。天津也提出了雨水利用的各項技術指南，包括自然凈化技術、透水鋪裝技術、雨水調蓄技術等(邵兆鳳等，2012)。 2）人工補給地下水 我國北方地區多數城市靠抽取地下水維持供給，常年超采地下水形成了大面積的地下漏斗，以海河流域為例，海河流域山前平原已有約1萬km2的淺層地下水含水層被疏干，地下水*大埋深已達105m(喬瑞波，2009)。據統計，海河流域已有30余個漏斗區，甚至已經形成漏斗群，當地至今仍然沒有停止對地下水的掠奪式開發(郭海朋，2004)。然而，為防洪安全考慮，北方地區在汛期為騰出庫容防洪而將大量蓄水排入大海，而在春季為抗旱接著超采地下水。人工回補地下水是解決水資源時空分布錯位的方法之一，充分利用汛期非致災性徑流以及雨洪資源，利用池塘、水窖、集水坑、綠地等作為集水器，實現季節性回補(Eusuff and Lansey，2004)。目前人工回補地下水在國內外已經開展了諸多的研究。20世紀50年代，荷蘭通過引萊茵河水回補地下水，通過條帶滲透溝、渠，利用風機天然沙丘地層自然過濾補給地下水，年補給量達到1.5億m3(江劍等，2014)。利雅得市（阿拉伯半島城市）在大壩后布置回灌井，利用雨水補給地下水，在干旱地區非常可觀(Alrehaili and Tahir，2012)。Herman（2002）認為人工回補地下水的必要性越來越大，因為相對水庫蓄水，地下水儲備具有減少蒸發損失，避免泥沙沉積，不會引發生態危害以及降低人類疾病等優勢。 3）洪澇、干旱災害的風險管理 洪澇風險通常指發生有洪水造成的損失與傷害的可能性。隨著極端氣候事件的頻繁發生，未來城市自然災害的發生將變得更加具有隱伏性和突發性(尚志海，2007)，在這種背景下，原來的防洪減災措施已經不能滿足現代城市發展的需要，洪澇風險管理成為新興的管理手段，傳統的“抗洪救災”思路將逐步轉化到“風險管控”上來。風險包括兩方面要素：一是危害發生的概率;二是可能造成的損失程度。“抗洪救災”應對戰略是防治災害進一步擴大和減輕災害損失；“風險管控”則綜合考慮災害發生的概率和損失程度。洪澇風險管理主要環節包括風險分析、風險評估和風險降低過程(秦波和田卉，2012)。國外的風險管理起步較早，Schanze（2006）的書中詳細介紹了洪水風險管理的框架，并指出世界很多城市都在從洪水防御向洪水風險管理轉變。 1.1.2亟待解決的科學問題 所謂“常態”，即常見之態，表現出事物的一般規律，持續性發生的狀態。而“應急”狀態指突然發生的、緊急的狀態，表現出事物突
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