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京津冀區域水循環系統解析 版權信息
- ISBN：9787030724854
- 條形碼：9787030724854 ; 978-7-03-072485-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
京津冀區域水循環系統解析 內容簡介
本書提出京津冀健康水循環模擬與關鍵表征指標，問診京津冀現狀和一體化情景下的水資源安全狀況，開展京津冀地區水循環健康監測與評價等方面的研究，系統診斷京津冀水資源安全情勢，為保障京津冀水資源安全提供技術支撐。
京津冀區域水循環系統解析 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 區域概況 1
1.2 國內外研究進展 2
1.3 技術路線 5
第2章 自然側水與能量循環要素演變規律 8
2.1 京津冀水資源收支變化規律 8
2.2 京津冀水熱氣象要素變化趨勢分析 21
2.3 小結 36
第3章 自然側地表水與地下水運動過程解析 37
3.1 研究方法 37
3.2 地表水運動過程解析 42
3.3 地下水運動過程解析 53
3.4 典型地下水超采區壓采治理 58
3.5 小結 73
第4章 城市（群）水、能、物質流解析 75
4.1 可持續城市水循環模式選擇 75
4.2 小結 121
第5章 二元水循環關鍵過程數學表達 123
5.1 水場的定義 123
5.2 海河流域城市需水場應用 127
5.3 京津冀地區水資源供需結構分析 152
5.4 小結 163
第6章 二元水循環驅動機理及演變規律 167
6.1 二元水循環驅動機理 167
6.2 二元水循環演變規律 174
6.3 基于水資源需求場理論的京津冀地區需水格局演變及驅動力分析 193
6.4 京津冀地區二元需水高程計算及匯流分析 207
6.5 小結 232
第7章 結論 234
參考文獻 236
前言
第1章 緒論 1
1.1 區域概況 1
1.2 國內外研究進展 2
1.3 技術路線 5
第2章 自然側水與能量循環要素演變規律 8
2.1 京津冀水資源收支變化規律 8
2.2 京津冀水熱氣象要素變化趨勢分析 21
2.3 小結 36
第3章 自然側地表水與地下水運動過程解析 37
3.1 研究方法 37
3.2 地表水運動過程解析 42
3.3 地下水運動過程解析 53
3.4 典型地下水超采區壓采治理 58
3.5 小結 73
第4章 城市（群）水、能、物質流解析 75
4.1 可持續城市水循環模式選擇 75
4.2 小結 121
第5章 二元水循環關鍵過程數學表達 123
5.1 水場的定義 123
5.2 海河流域城市需水場應用 127
5.3 京津冀地區水資源供需結構分析 152
5.4 小結 163
第6章 二元水循環驅動機理及演變規律 167
6.1 二元水循環驅動機理 167
6.2 二元水循環演變規律 174
6.3 基于水資源需求場理論的京津冀地區需水格局演變及驅動力分析 193
6.4 京津冀地區二元需水高程計算及匯流分析 207
6.5 小結 232
第7章 結論 234
參考文獻 236
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京津冀區域水循環系統解析 節選
第1章 緒論 1.1 區域概況 1.1.1 自然地理 1. 地理位置 京津冀地區包括北京市、天津市以及河北省，是中國的“首都經濟圈”，位于113°E～119°E，36°N～42°37′N。區域總面積為21.8萬km2，占全國陸地面積的2.29%。京津冀地區東臨渤海，南面華北平原，西倚太行山脈，北靠燕山山脈。地處海河流域，屬半濕潤半干旱的大陸性季風氣候，多年平均氣溫為12.0 ℃，日照充足，四季分明，降水時空分布不均。西北部和北部地區為山地與高原，地形較高，南部和東部地勢較為平坦，整體地形由西北向東南逐漸過渡為平原，地勢呈西北高東南低分布。 2. 水資源概況 京津冀地區屬于資源型缺水區域，人均水資源量僅為全國平均水平的1/9，是水資源嚴重短缺地區。由于工農業和城鎮化的發展，大量開采地下水，水資源過度開發，京津冀地區的水生態環境長期處于嚴重超載狀態，已造成地下水位下降、生態惡化、漏斗面積不斷增加等多種生態環境問題。京津冀地區所處的海河流域是我國七大流域之一，海河水系是華北地區*大的水系，*終注入渤海。 京津冀地區降水年內分布不均，夏季受周邊海洋氣團影響，降水較多，降水量占全年的70%以上，且多暴雨。夏季降水量年際變化也很大，導致旱澇災害頻發。春季、秋季和冬季降水量較少，且春季、冬季比較干燥。京津冀地區地處我國東部沿海，受東亞季風影響，北部地區由東南向西部方向降水量逐漸減少，張家口地區降水量*少；南部地區降水量向四周遞增，邢臺、邯鄲、衡水等一帶少雨；西北部因地勢高，夏季濕度減少，鄰近沙漠雨水少。由于靠近渤海，受海岸線與夏季來自海上東南季風的影響，燕山以南多雨區雨量充足。 1.1.2 社會經濟概況 京津冀位于華北地區，不僅僅是我國的政治文化中心，也是中國經濟*發達的地區之一。2018年年末總人口數接近1.13億人，占該年全國年末總人口數的8.08%。其中城鎮人口7424萬人，鄉村人口3846萬人，城鎮化率約為65.9%。截至2018年，京津冀地區生產總值達到86 139.89億元，人均生產總值達10.29萬元。京津冀地區是全國主要高新技術和重工業基地，以汽車工業、機械工業、鋼鐵工業、電子工業為主。北京、天津、河北的人均生產總值差異較大，北京、天津均達到12萬元以上，河北僅不到5萬元，表明京津冀三地經濟發展水平存在一定差距，內部分化嚴重。北京、天津第三產業增加值占比*高，城鎮化水平相對較高，河北是我國的農業大省，**產業仍占據較大比重。然而京津冀地區多年平均水資源量不足全國的0.7%，水資源極其短缺，且用水結構不合理。 1.2 國內外研究進展 1.2.1 自然水循環研究進展 1. 自然水循環 受太陽輻射和地心引力等影響，水通過土壤蒸發和植物蒸騰、輸送、凝結降水、下滲和徑流等環節，在各種水體之間進行著連續不斷的運動，這種運動過程稱為水循環（黃智卿和曾純，2019），水循環或水汽輸送的研究*早可追溯到1894年(尹澤疆，2018)。自然水循環過程主要包括降水、蒸發、入滲、徑流、植被截留等。科學分析自然水循環的演變規律，對各個環節的演變規律進行研究，國內外學者在這方面取得了豐碩的成果。Dirmeyer等（2014）計算了降水水汽輸送的直線距離，并得到了水汽輸送距離500～4000 km的全球分布規律；Almazroui等（2017）說明了在氣候變化影響下， 未來降水量將會增加，有更持久的濕潤時間，并且能夠補給地下水。國內研究的一個側重點是氣候變化對水循環演變規律的影響，趙娜娜等（2019）為探索未來氣候變化情景下若爾蓋高寒濕地水文過程和水循環演變規律，探討了2020～2050年不同氣候變化情景下若爾蓋濕地流域徑流變化趨勢以及氣候變化對濕地徑流的影響；王東升等（2019）利用青藏高原東南邊緣核心區迪慶地區3個站的蒸發皿蒸發、降水、徑流深觀測資料，分析了各要素年內、年際變化規律，并探討了區域蒸發、降水、徑流深的相關關系。 2. 水循環模擬 在水循環模擬研究中，水文模型模擬是水循環研究的主要過程。水文模型以整個水循環系統為研究對象，可以模擬流域內時空連續的流域蒸散發等水循環要素（占車生等，2015），主要包括TOPMODEL（Beven and Kirkby，1979；梁國華等，2019）、SHE（Abbott et al.，1986）、VIC（鄧鵬和黃鵬年，2018）、SWAT（周錚等，2020）、GSFLOW（Markstrom et al.，2008）等水文模型。基于這些水文模型，國內外水文學者對水循環開展了大量模擬研究，大多集中在模擬水循環要素以及水循環要素演變規律等方面。Wang等（2017）利用VIC模型和14個全球氣候模型（GCMs)預測，研究了湘江流域未來幾十年的水資源變化趨勢，結果表明，湘江流域將會經歷21世紀20年代降水減少，30年代降水增加的過程，湘江流域可能會因氣候變化而缺水；Huntington等（2018）利用美國本土的空間分布水平衡模型對提出的表征陸地水循環強度的定量框架進行了說明，定義了一種新的水循環強度指標；Githui等（2009）利用SWAT模型模擬了維多利亞湖流域未來氣候變化下的徑流變化規律，評估了維多利亞湖流域未來潛在的氣候變化及其對河流流量的影響，結果表明，該流域降水增加使地表徑流呈顯著增加趨勢。 國內水循環模擬模型已成為一個研究熱點，占車生等（2015）對水文模型的蒸散發數據同化研究進行了總結，系統分析了利用當前各種通用水文模型進行蒸散發同化的可行性，并提出了一種基于分布式時變增益模型（DTVGM）的易于操作且具有水循環物理機制的蒸散發同化新方案；丁相毅等（2010）將WEP-L分布式水文模型與全球氣候模式耦合，模擬了海河流域歷史30年(1961～1990年)和未來30年(2021～2050年)降水、蒸發、徑流等主要水循環要素的變化規律，并分析了氣候變化對海河流域水資源的影響；駱月珍等（2019）以富春江水庫控制流域為研究區域，利用SWAT模型，對富春江水庫控制流域進行了逐日徑流模擬，探討了流域2008～2016年徑流變化及水量平衡過程。無論是何種模擬類型，分布式水文模型均需將研究區離散成的小空間單元，進而完成了模擬整個研究區的水循環過程（劉歡等，2019）。 1.2.2 二元水循環研究進展 基于人類活動的影響，水循環實際包括自然水循環和社會水循環兩部分，二元水循環是兩者的耦合，是對自然-人工二元驅動力作用下水循環系統的抽象概括（王喜峰，2016；鄒進，2019）。迄今為止，國內學者對二元水循環進行了大量研究，取得了豐碩的成果，主要體現在二元水循環概念與模式、模型的構建與應用以及基于二元水循環的水資源研究與評價幾個方面。例如，秦大庸等（2014）構建了流域自然-社會二元水循環理論框架，并以海河流域為研究對象，探討了典型流域水資源演變規律以及流域二元水循環模式與概念模型；王浩和賈仰文（2016）從水循環的驅動力、演變效應和結構等方面，對比分析了自然水循環和自然-社會二元水循環的不同特征，闡述了變化中的流域自然-社會二元水循環理論與研究方法。在此基礎上，國內學者開展了基于二元模式的水資源研究與評價，陳麗等（2017）利用二元水循環過程，構建了黃淮海平原耕地水源涵養功能研究基本框架，并應用SCS-CN模型評價該地區的耕地水源涵養功能；鄒進等（2014）在二元水循環理論的基礎上，提出承載單元的概念，并以此為研究對象，建立了質量能構架下水資源承載力的評價指標體系，綜合評價水資源承載力；魏娜等（2015）以二元水循環理論為基礎，構建了用水總量與用水效率多重調控機制，通過改進水資源配置模型建立了水源-用戶供水優化模型，并以渭河流域為例進行了應用分析。在二元水循環模型研發與應用研究方面，賈仰文等（2010）以具有水循環自然-人工二元特性的海河流域為研究對象，開發了由分布式流域水循環(WEP)模型、多目標決策分析(DAMOS)模型和水資源合理配置(ROWAS)模型這3個模型耦合而成的流域二元水循環模型；賀華翔等（2013）基于二元水循環理論，描述了污染物產生、入河過程機理，對流域分布式水質（WEQ）模型進行了改進；王浩等（2013）根據流域水循環演變自然-社會二元特性，以海河流域為研究對象，建立了流域二元水循環及其伴生過程綜合模擬平臺，并以此為工具預估了水資源、水生態和水環境的未來演變情勢；邵薇薇等（2013）提出了海河流域農田綜合二元水循環模式，并研究了海河流域農田水循環的水平衡要素，根據該水循環模式以及水平衡要素的通量研究，提出了調控措施。 國外學者還未提出“二元水循環”相關概念，但對社會水循環以及自然水循環系統與社會水循環系統或人工水循環系統的相互作用以及協同演化問題進行了研究，Lu等（2016）介紹了社會水循環以及自然水循環與社會水循環耦合，探討了兩者的耦合模式和驅動機制，水量和水質的演變過程并構建了社會水循環模型，在此基礎上對相關的理論研究進行了回顧，并對未來的研究方向進行了預測；Linton和Budds（2014）提出了水文社會循環的概念，作為理論和分析水-社會關系的一種方式；Viglione等（2014）從社會水文學的角度論述了應當如何對待洪水風險問題，探討了在洪水風險中社區保持較高風險意識的能力、集體愿意承受風險的態度以及對降低風險措施的信任度。 1.2.3 京津冀水循環研究進展 京津冀地區是我國北方地區*大、發展程度*高的經濟核心區，以北京為核心向天津、河北輻射，但京津冀地區的水資源狀況不容樂觀。國內外對水循環的研究較多，但針對京津冀地區的水循環研究相對較少。國外主要圍繞京津冀地區解決水資源短缺以及水資源與其他資源聯系等方面進行研究，Li等（2019）通過建立多城市、多目標的優化模型，研究了在水資源約束下京津冀地區的產業結構優化、潛在利益和節水效益；Tian等（2019）建立了三級城市水足跡模型，通過將三級投入產出模型納入城市群水足跡中，根據行業和地區從其他地區的進出口情況，分析了行業和地區在供水網絡中的作用，以重新平衡水資源的使用并減少水的短缺；Zeng等（2019）以京津冀地區為實際案例，發展水資源分配和糧食生產優化，以支持京津冀地區協同發展。 國內學者從京津冀水循環要素、水資源和水環境等角度開展了大量研究，在水循環要素的研究上，李鵬飛等（2015）通過彭曼公式計算了京津冀地區近50年的氣溫、降水以及潛在蒸散量，深入研究了水循環要素的時空分布特征；在水資源和水環境的研究上，主要研究了京津冀地區的水資源保護與管理（李寶珍和李海桐，2016;趙勇和翟家齊，2017）、水污染的防護與治理（李晨子和王斌，2019；周潮洪和張凱，2019）等，以期解決京津冀地區的水資源短缺和水環境問題。 目前，對于二元水循環的探究，尚沒有相關的基礎數學表達式，特別是在二元驅動力的描述應用上。由于缺乏數學物理基礎公式，二元水循環在應用上會遇到困難，無法定量分析驅動力。因此，需要提出二元水循環社會端的數學表達，尋求社會端驅動的切入點，并結合自然端的太陽輻射及重力驅動，探究水資源的二元循環數學物理基礎。二元水循環的演變是對氣候變化和人類活動的響應，明確水循環要素及水資源環境、經濟、社會與資源屬性等演變規律，是提出適合社會經濟發展的水資源保護措施的基礎。 本書在揭示京津冀強人類活動區水循環全過程演變機理、過程與規律是水資源安全診斷以及提出健康水循環模式與評判標準的基礎上，定量分析二元水循環驅動力迫切需要其關鍵過程的數學表達，為京津冀水資源科學調控和安全保障提供理論依據與技術支撐。 1.3 技術路線 本書在介紹京津冀地區的區域概況、水資源本底條件和區域發展需求的基礎上，結合國內外的研究方向和技術進展，對京津冀區域的水循環狀況進行了系統解析。具體研究內容如下：
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