沙潁河流域經(jīng)濟社會—水—生態(tài)互饋機理及分布式模型

發(fā)布時間：2020-08-01 18:06

【摘要】：把經(jīng)濟社會-水-生態(tài)看作由經(jīng)濟社會子系統(tǒng)、水子系統(tǒng)和生態(tài)子系統(tǒng)組成的復雜系統(tǒng),子系統(tǒng)之間存在相互關(guān)聯(lián)和制約的和諧依存關(guān)系。隨著人類社會的快速發(fā)展,人與自然的聯(lián)系越來越密切,人類發(fā)展對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響越來越復雜。尤其是在高強度人類活動流域,水文、水資源、生態(tài)、環(huán)境面臨的問題突出,已成為制約人與自然和諧發(fā)展的主要因素。但是,從目前的研究來看,單純以自然或社會要素為核心的機理和模型研究在處理高強度人類活動流域經(jīng)濟社會-水-生態(tài)復雜系統(tǒng)問題時,很難取得理想的效果。因此,迫切需要從系統(tǒng)角度,開展經(jīng)濟社會-水-生態(tài)互饋機理和定量模型研究。本文在團隊前期研究成果和綜述國內(nèi)外最新進展的基礎上,從系統(tǒng)的角度,提出經(jīng)濟社會系統(tǒng)對河流系統(tǒng)影響的定量方法,揭示高強度人類活動流域經(jīng)濟社會-水-生態(tài)互饋機理;以SWAT模型的水循環(huán)模塊為基礎,通過研究自然-社會水循環(huán)過程與河流水質(zhì)和水生態(tài)模型的耦合機理,構(gòu)建經(jīng)濟社會-水-生態(tài)分布式模型并進行模型程序集成;通過與和諧調(diào)控模型相結(jié)合,將構(gòu)建的分布式模型應用于沙潁河流域經(jīng)濟社會-水-生態(tài)和諧調(diào)控研究,為流域水資源綜合管理提供技術(shù)和方法支持。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)沙潁河流域經(jīng)濟社會-水-生態(tài)系統(tǒng)要素演變特征分析。在對經(jīng)濟社會-水-生態(tài)系統(tǒng)概念和結(jié)構(gòu)組成解讀的基礎上,針對沙潁河流域多閘壩、高污染和強人類活動的典型特征,從經(jīng)濟社會、河湖水系、水文、水質(zhì)和水生態(tài)等方面選擇代表性指標,基于水生態(tài)實驗數(shù)據(jù)和統(tǒng)計學方法,分析經(jīng)濟社會-水-生態(tài)系統(tǒng)要素演變特征。結(jié)果表明,近年來沙潁河流域經(jīng)濟社會發(fā)展較快,徑流量趨于減小;受經(jīng)濟社會發(fā)展影響,水質(zhì)指標變化劇烈,但并無明顯的減小趨勢。(2)沙潁河流域經(jīng)濟社會-水-生態(tài)互饋機理研究。從定性方面,分析子系統(tǒng)兩兩以及三者的相互作用關(guān)系;從定量方面,基于典型相關(guān)分析(CCA)方法和河流水質(zhì)和水生態(tài)評價方法,提出研究經(jīng)濟社會系統(tǒng)對河流系統(tǒng)影響的定量方法。結(jié)合沙潁河流域特征,研究經(jīng)濟社會對河流水質(zhì)和水生態(tài)的影響,揭示復雜環(huán)境影響下流域經(jīng)濟社會-水-生態(tài)互饋機理。結(jié)果表明,沙潁河流域經(jīng)濟社會發(fā)展對河流水生態(tài)和環(huán)境的影響顯著。以對水質(zhì)的影響為例,從2000-2015年影響度介于0.19-0.79之間,且表現(xiàn)為從2010年之后開始緩慢減小的趨勢,主要的經(jīng)濟社會影響因素為人口密度和污水處理率。(3)沙潁河流域經(jīng)濟社會-水-生態(tài)分布式模型構(gòu)建。在經(jīng)濟社會-水-生態(tài)互饋機理研究的基礎上,從系統(tǒng)的角度,耦合社會水循環(huán)取-用-耗-排水和排污過程、降雨-徑流模型、河流水質(zhì)模型和水生態(tài)模型(水量-水質(zhì)-水生態(tài)非線性關(guān)系),構(gòu)建基于自然-社會水循環(huán)定量關(guān)系的經(jīng)濟社會-水-生態(tài)分布式模型(SEWE),實現(xiàn)流域水文過程、經(jīng)濟社會取-用-耗-排水過程與河流水質(zhì)和水生態(tài)過程的綜合模擬。結(jié)果表明,水量模擬精度可以接受(流域出口斷面,校準期R~2=0.78,NSE=0.73;驗證期R~2=0.74;NSE=0.70);水質(zhì)和水生態(tài)模擬精度基本可以接受,但部分斷面的平均相對誤差超過20%。(4)沙潁河流域經(jīng)濟社會-水-生態(tài)和諧調(diào)控應用研究。將構(gòu)建的SEWE模型與和諧調(diào)控模型相結(jié)合,提出考慮經(jīng)濟社會-水量-水質(zhì)-水生態(tài)多維互饋的經(jīng)濟社會-水-生態(tài)和諧調(diào)控框架,處理和諧調(diào)控模型及類似調(diào)控方法在研究系統(tǒng)和諧問題時,對經(jīng)濟社會-水-生態(tài)要素互饋機理考慮不足,且難以處理經(jīng)濟社會數(shù)據(jù)與河流水質(zhì)和水生態(tài)數(shù)據(jù)時空尺度的問題。結(jié)果表明,沙潁河流域經(jīng)濟社會-水-生態(tài)和諧發(fā)展水平較差,主要的影響因素包括:人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、萬人擁有衛(wèi)生床位數(shù)、人均日常生活用水量、農(nóng)田灌溉畝均用水量、萬元工業(yè)增加值用水量、棲息地環(huán)境質(zhì)量和區(qū)域工農(nóng)業(yè)發(fā)展與城鄉(xiāng)生活排水量中COD_(Cr)、COD_(Mn)、NH_4-N和TN的濃度。
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TV213.4
【圖文】：

沙潁河,流域概況,流域,高海拔區(qū)