论文部分内容阅读
位于黄土高原中部的泾河流域是中国农牧业文明的发祥地之一,随着人口增长与社会经济发展,泾河流域的社会系统与自然环境以水资源为纽带,在长时期里发生了紧密的耦合与共同进化,也伴生出了流域生态退化、水质恶化、水资源缩减等诸多水与生态环境问题。当前,国家正在构建生态文明体系,大力推进生态文明建设,如何在既保障流域社会系统经济发展与兼顾生态保护与修复的夹缝中寻找出一条绿色可持续的流域高质量发展道路意义重大。然而由于泾河流域社会系统与自然系统高度交叉,人-水关系的平衡点很难掌握,加之气候变化影响,使得探索泾河流域社会系统与水文系统交互作用机理与均衡关系的需求极为迫切。鉴于此,本文基于泾河流域基线调查与分析,系统探究了泾河流域社会水文气象要素的演变规律,构建了社会水文要素间的相关性影响评估体系,重点对降水-径流互馈性实施了影响评估;梳理了社会水文学的理论与方法体系,分析了泾河流域社会-水文关系,初步探讨了泾河流域社会水文学机制;建立了描述社会系统中耕地面积比例和耗水总量变化的经验模型,基于社会水文学水量平衡理论开展了泾河流域社会水文学均衡分析和均衡调控策略分析。形成的主要成果如下:(1)揭示了在人类活动和气候变化耦合影响下泾河流域气象水文要素趋势变化与空间异质性特征。研究发现泾河流域多年平均最高及最低气温均呈增长趋势,在1959-1990和1990-2018两时段的多年平均最高气温和多年平均最低气温增长了约0.5℃,气候变暖特征明显;降水的空间变化规律与气温相似,降水量自流域北部至流域南部逐渐增加,时域上降水量先减后增;蒸发皿蒸发量在流域北部和南部呈增加趋势,流域中部呈现降低趋势,流域内水面蒸发量空间差异较大,时间上变化趋势不一;泾河流域多年平均相对湿度自北向南逐渐增加,最北部多年平均相对湿度最低,流域西南部多年平均相对湿度最高;从时间上,由时段1959-1990至1990-2018,泾河流域北部多年平均相对湿度有所增加(约2%),而泾河流域中部及南部多年平均相对湿度则有所降低(约2%)。(2)构建了基于长程相关性诊断方法、时域尺度相关分析法和趋势及变异诊断方法的相关性影响评估体系,并对泾河流域内社会因子与水文气象要素的共演变特征进行了系统研究。研究从单因素角度,揭示了水资源供需、耗水量、及水文气象因子的趋势及变异特征,并通过长程自相关性洞悉了水文气象要素趋势变化的持续;以双因素为研究对象,着重揭示了水文气象要素间相关结构演变及互馈机制、社会因子与水文气象要素间的互馈性;从三因素角度,着重探究了水文气象要素间不同时域及尺度下的互馈性,做出气候变化及直接人类活动&下垫面变化对降水-径流互馈性的影响评估(3)基于社会水文学水量平衡理论,开展了对泾河流域社会水文水文学机制的分析,结果表明:泾河流域1990-2015年生态系统蒸散量平均占比为0.536,社会系统蒸散量平均占比为0.464,生态系统耗水相比占据了更大的比重;泾河流域社会水文学在1990-2015年的演变可以划分为两个时期,1990-2000年时期为社会系统抢占生态系统耗水,2000-2015年时期为生态系统抢占社会系统耗水,该趋势可能持续下去,两个阶段的斡旋,反映了流域经济社会发展与生态的主次地位扭转,可以认为,1990-2000年间为满足社会系统内部经济发展等诸多人类需求,水资源消耗量不断增加,发展作为第一位,2000-2015年间为满足流域生态环境可持续化,实现良好生态目标,生态耗水不断增加,体现出生态的第一位。(4)建立了基于和谐论的流域社会水文学均衡调控模型,并对泾河流域实施了社会水文学均衡分析,结果表明:年径流量和谐度总体呈下降趋势,1988年以后和谐度剧烈下降到最低值,1995年以后和谐水平一直在“基本不和谐”状态,年径流和谐度的变化受到年径流量的直接驱动,1988年以后和谐度的剧烈下降可能是由年径流量急剧降低导致;泾河流域社会-生态系统耗水量(蒸散量)和谐度在1990-2000年基本保持平稳,和谐度平均水平为“基本和谐”,2000年以后耗水量和谐度剧烈下降且波动幅度大,处于紊乱状态,和谐度平均水平为“基本不和谐”;在四种和谐规则(1:6:6、1:8:8、1:10:10和1:12:12)下,1998年为和谐度出现剧烈下降的年份且在此之后波动强烈,1990-2000到2000-2010,和谐度均值发生了明显的减少,不同和谐规则下减少幅度由大到小对应和谐规则依次为1:6:6、1:8:8、1:10:10和1:12:12,反映出水文系统中作为和谐参与者的年径流对“分歧”的要求中所占比例越小,和谐度减少幅度则越小。(5)透过社会水文学均衡模型,开展了泾河流域社会-水文-生态三方均衡调控策略分析。研究发现将水文、社会和生态三和谐参与者对分歧要求为1:6:6、1:8:8、1:10:10和1:12:12的和谐规则依次简记为和谐规则1、和谐规则2、和谐规则3和和谐规则4,基于不同和谐规则下的最优和谐行为进行水资源均衡分析,和谐规则1下,多年平均所需外力(引水)调控量最低为35.87亿m~3;和谐规则2下,多年平均所需外力(引水)调控量最低为31.12亿m~3;和谐规则3下,多年平均所需外力(引水)调控量最低为28.27亿m~3;和谐规则4下,多年平均所需外力(引水)调控量最低为26.369亿m~3。