基于水生态安全的通辽市水资源优化配置研究

作     者：魏兴玲 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：凌敏华;唐世南

授予年度：2022年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：水资源优化配置 水生态安全 河道内生态环境需水量 地下水生态水位 地下水水量-水位“双控”指标 通辽市 

摘      要：水生态安全是国家水安全的重要组成部分,水资源是水生态安全保障的重要基础。随着经济社会及城镇化的快速发展,水资源-经济社会-生态环境系统之间的平衡逐渐被打破,水资源短缺、水生态损害、水环境污染等问题凸显,水资源供需矛盾愈发突出。通辽市地处干旱半干旱农牧交错区生态脆弱带,是国家重要的商品粮基地和畜牧业生产基地,在资源性缺水和人类活动的影响下,水资源开发过度、地下水超采、河道断流、水库干涸、湖泊湿地萎缩、草场沙化等水生态问题接踵而至,水生态安全风险与日俱增,水资源不足与用水需求增加的矛盾已成为通辽市发展不平衡不充分不协调的主要制约因素。因此,开展基于水生态安全的通辽市水资源优化配置研究,对于优化通辽市水资源配置格局、推进水生态治理修复与保护、保障通辽市水生态安全、促进经济社会高质量发展等具有重要意义。主要研究内容与成果如下。(1)基于1956～2016年长系列气象水文资料,分析了通辽市近60a降水量、实测径流量、水资源量及地下水动态等水资源要素演变特征,诊断其存在的水生态环境问题。结果表明,通辽市近60a年降水量、代表性水文站实测径流量、地表水资源量、地下水资源量、水资源总量均呈减少趋势,年实测径流量序列变异点主要发生在20世纪60年代左右和20世纪90年代左右;地下水补给结构由天然状态下的“自然补给模式逐渐演变为“自然-人工复合补给模式,地下水排泄结构由自然排泄为主演变为人工排泄为主,补排关系失衡愈加严重,地下水存储亏损量持续加大,导致地下水水位大范围下降;气候因素、水文情势变化与人类活动直接或间接导致了通辽市水资源开发利用过度、地下水超采严重、河道断流加剧、水库无水可蓄、草场沙化严重等一系列水生态环境问题。(2)阐述了水生态安全的概念内涵,针对通辽市水资源现状和水生态安全问题,确定了通辽市水生态安全的主要特征值。水生态安全涵盖水量、水质、水域、水流四维要素,根据通辽市现状实际,从复苏河湖生态环境、恢复水生生物生境,维系植被生长、防止土壤沙化及盐碱化等方面考虑,重点强调“水量对通辽市水生态安全保障的突出作用,采用河道内生态环境需水量和地下水生态水位作为通辽市水生态安全主要特征值;以保障西辽河干流和乌力吉木仁河生态基流量为目标,采用Tennant法与河流水文变化-生态响应BP神经网络模型相结合的方式,确定通辽市河道内生态环境需水量为2.97亿m;以满足植被生长需求且不引起沙化和盐碱化为目标,基于归一化植被指数(NDVI),分析建立植被覆盖率(FVC)与地下水埋深、潜水矿化度之间的定量关系,确定了通辽市地下水生态水位阈值为2～15m。(3)基于水生态安全与水资源配置的关系,耦合水资源优化配置模型和地下水均衡模型,构建了基于水生态安全的水资源优化配置模型。立足于保障区域水生态安全,以水资源优化配置模型为主导牵引模块,综合运用供水能力分析、需水预测、地下水均衡模型,通过数据传输和“以量定位,以位限量的互馈迭代方式,构建了基于河道内生态环境需水和地下水生态水位约束的耦合模型,并提出了基于“三次配置、四次判断的耦合计算流程,为合理确定通辽市水资源配置方案、地下水水量-水位“双控指标提供了技术支撑。(4)考虑通辽市水生态安全特征值的约束,建立了基于水生态安全的通辽市水资源优化配置模型,提出了通辽市水资源优化配置方案和地下水水量-水位“双控指标。结合通辽市行政区划、水资源分区及地下水类型分区,合理划分水资源配置计算分区和地下水均衡区;以2018年为现状水平年,2025年为规划水平年,基于河道内生态环境需水约束及有关规划资料,分析了2025年通辽市分水源可供水量,预测了2025年分行业需水量;基于建立的水资源优化配置模型,经过“三次配置,提出了2025年通辽市水资源配置方案、地下水水量-水位“双控指标。2025年通辽市供水总量25.57亿m,其中当地地表水供水量1.30亿m,地下水供水量22.81亿m,外调水供水量0.80亿m,其他水源供水量0.67亿m;用水总量25.57亿m,其中生活用水量1.93亿m,工业用水量1.18亿m,农业用水量22.01亿m,河道外生态环境用水量0.47亿m;缺水量为0。2025年通辽市地下水取用水总量控制指标22.81亿m,较现状压减地下水开采量4.81亿m,平原区地下水水位埋深控制指标阈值为1.4～18.1m,部分超采区地下水水位下降速率有所减缓,未超采区地下水水位小幅回升或基本保持不变。