第10期 刘昌明:“黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理研究进展 995 态变化趋势,采用地下水数值模拟的方法进行了地模拟,并建立了黄河流域月平均气温及水汽压的空 下水资源评价,数值模拟区包括河套平原、关中盆间扩展模型,实现了全流域辐射平衡的空间扩展。 地、天桥泉域、太原盆地、临汾盆地和黄河下游悬河采用自主建立模型的计算结果或原始资料汇总统计 段,数值模拟的范围几乎包括了黄河流域主要河谷结果插值的方法,生成了黄河流域天文辐射、可照时 平原区和盆地地区,数值模拟的总面积为77万间、总辐射量、有效辐射量、辐射平衡量、实际日照时 kmn2。在极其干旱年份地下水的总补给资源量为:间、日照百分率最大降水量最小降水量、平均降水 33173亿m,比多年平均值少292%。但各地减量、平均温度、平均最高温度、平均最低温度、蒸发皿 少量不同,差异较大。其中,上游甘肃省和陕西省减蒸发量、地表反照率、潜在蒸散、实际蒸散、干燥指 少大于36%,宁夏减少为10%,其余各省基本上减数、土壤湿度、径流深、降水量变差系数、降水概率等 少22%~319%。论述和计算了各种变异条件下要素260余幅空间分布图,出版了“黄河流域气象 对黄河上游基流量和大型灌区(银川平原,内蒙古水文学要素图集”2 河套平原和关中盆地)地下水的影响;以及傍河取32黄河流域水资源评价计算的新结果 水、黄河水库修建和黄河断流等对地下水的影 对黄河流域地表水、地下水资源进行了系统评 响 价,不仅给出了基于历史下垫面和历史取用水实际 29水资源优化配置整体模型 情况的系列水资源量实际值,更为重要的是,究利用 发展基于统一整体框架的经济亠水文-环境一模型优势评价出了传统方法难以得到的现状下垫面 制度综合模型是水资源优化配置模型研究必然的发条件下的天然水资源量,对于今后水资源规划有重 展方向。基于复杂适应系统理论,提出了水资源优要的现实意义。此外,通过水循环要素的模拟,给出 化配置整体模型。模型中采用了双层结构模拟系统了流域包括地表截流水资源量和土壤水资源量在内 中不同层次间的联系,并采用嵌套遗传算法求解这的有效降水利用量,首次提出了黄河流域广义水资 种高维度的非线性模型,突破了信息传递的障碍,是源量评价系列成果。 新的尝试1。模型采用多目标系统分析,兼顾经33黄河流域地下水资源计算评价的新成果 济、水文、环境生态、制度管理等多重目标优化,完善 对黄河流域地下水补给资源量和可开采资源量 了水资源优化配置的模型。 进行了计算和评价,分别按地下水系统和行政区划 210水资源多维临界调控控制论模型体系 的两种计算方案,给出了50%、75%和95%降雨保 应用临界调控理论,建立了既有一定理论特色、证率下黄河流域地下水补给资源量和可采资源量。 又具有实用价值的水资源多维临界调控控制论模型同时统计与计算了黄河流域地市级行政区地下水资 体系0,即控制者模型与被控制对象模型相结合源开采现状及开采潜力按照各地市级行政区,预测 的模型。 了2010年与2020年50%75%和95%降雨保证率 将多属性效用理论、理想点的概念和人工神经下工业、农业和生活的需水量,进行了供需平衡分 网络原理有机结合,建立了多维临界调控方案水资析。在获得的大量数据和资料基础上,编制了黄河 源利用效果评价的人工神经网络模型。提出调控方流域地下水循环图,明确了黄河流域地下水资源的 案可持续发展水平量化评价的可承载、有发展和可构成体系,反映了黄河流域地下水与地表水之间的 持续的准则,在此基础上提出了调控方案可持续发水循环规律和流域内不同地段地下水对黄河水的贡 展水平评价的模糊数学方法;针对黄河流域水资源献程度 多维调控的风险特征,将蒙特卡罗随机模拟和人工34黄河下游河道动力平衡临界阈值与综合治理 神经网络模拟技术结合,建立了可进行多因素和多 措施 目标风险分析的蒙特卡罗一人工神经网络模型 根据多系统互动泥沙数学模型的计算结果给出 3研究成果的应用方面 了黄河下游河道冲淤平衡的临界阈值。以含沙量作 为黄河下游河道冲淤平衡临界阈值的判别指标,临 31全流域水循环气象动力因子空间扩展技术开发界含沙量为21kg/m3;以水沙组合作为判别指标 以地理信息系统为数据处理平台,以1km×小浪底年出库的临界水量秒量亿m3忆t组合 kan分辨率DHM数据作为地形的综合反映,结合晴有:407/92、350/77305/645、256/517、204/388计 空指数,对复杂地形下黄河流域总辐射分布进行了算表明,在小浪底水库运用之后,对于1965-1975 91994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net态变化趋势 ,采用地下水数值模拟的方法进行了地 下水资源评价 ,数值模拟区包括河套平原、关中盆 地、天桥泉域、太原盆地、临汾盆地和黄河下游悬河 段 ,数值模拟的范围几乎包括了黄河流域主要河谷 平原区和盆地地区 ,数值模拟的总面积为 7. 7 万 km 2。在极其干旱年份地下水的总补给资源量为 : 331. 73亿 m 3 ,比多年平均值少 29. 2%。但各地减 少量不同 ,差异较大。其中 ,上游甘肃省和陕西省减 少大于 36% ,宁夏减少为 10% ,其余各省基本上减 少 22% ～31. 9%。论述和计算了各种变异条件下 对黄河上游基流量和大型灌区 (银川平原 ,内蒙古 河套平原和关中盆地 )地下水的影响 ;以及傍河取 水、黄河水库修建和黄河断流等对地下水的影 响 [ 10 ]。 2. 9 水资源优化配置整体模型 发展基于统一整体框架的经济 —水文 —环境 — 制度综合模型是水资源优化配置模型研究必然的发 展方向。基于复杂适应系统理论 ,提出了水资源优 化配置整体模型。模型中采用了双层结构模拟系统 中不同层次间的联系 ,并采用嵌套遗传算法求解这 种高维度的非线性模型 ,突破了信息传递的障碍 ,是 新的尝试 [ 19 ]。模型采用多目标系统分析 ,兼顾经 济、水文、环境生态、制度管理等多重目标优化 ,完善 了水资源优化配置的模型。 2. 10 水资源多维临界调控控制论模型体系 应用临界调控理论 ,建立了既有一定理论特色、 又具有实用价值的水资源多维临界调控控制论模型 体系 [ 20 ] ,即 :控制者模型与被控制对象模型相结合 的模型。 将多属性效用理论、理想点的概念和人工神经 网络原理有机结合 ,建立了多维临界调控方案水资 源利用效果评价的人工神经网络模型。提出调控方 案可持续发展水平量化评价的可承载、有发展和可 持续的准则 ,在此基础上 ,提出了调控方案可持续发 展水平评价的模糊数学方法 ;针对黄河流域水资源 多维调控的风险特征 ,将蒙特卡罗随机模拟和人工 神经网络模拟技术结合 ,建立了可进行多因素和多 目标风险分析的蒙特卡罗 —人工神经网络模型。 3 研究成果的应用方面 3. 1 全流域水循环气象动力因子空间扩展技术开发 以地理信息系统为数据处理平台 ,以 1 km ×1 km分辨率 DEM数据作为地形的综合反映 ,结合晴 空指数 ,对复杂地形下黄河流域总辐射分布进行了 模拟 ,并建立了黄河流域月平均气温及水汽压的空 间扩展模型 ,实现了全流域辐射平衡的空间扩展。 采用自主建立模型的计算结果或原始资料汇总统计 结果插值的方法 ,生成了黄河流域天文辐射、可照时 间、总辐射量、有效辐射量、辐射平衡量、实际日照时 间、日照百分率、最大降水量、最小降水量、平均降水 量、平均温度、平均最高温度、平均最低温度、蒸发皿 蒸发量、地表反照率、潜在蒸散、实际蒸散、干燥指 数、土壤湿度、径流深、降水量变差系数、降水概率等 要素 260余幅空间分布图 ,出版了“黄河流域气象 水文学要素图集 ” [ 21 ]。 3. 2 黄河流域水资源评价计算的新结果 对黄河流域地表水、地下水资源进行了系统评 价 ,不仅给出了基于历史下垫面和历史取用水实际 情况的系列水资源量实际值 ,更为重要的是 ,究利用 模型优势评价出了传统方法难以得到的现状下垫面 条件下的天然水资源量 ,对于今后水资源规划有重 要的现实意义。此外 ,通过水循环要素的模拟 ,给出 了流域包括地表截流水资源量和土壤水资源量在内 的有效降水利用量 ,首次提出了黄河流域广义水资 源量评价系列成果。 3. 3 黄河流域地下水资源计算评价的新成果 对黄河流域地下水补给资源量和可开采资源量 进行了计算和评价 ,分别按地下水系统和行政区划 的两种计算方案 ,给出了 50%、75%和 95%降雨保 证率下黄河流域地下水补给资源量和可采资源量。 同时统计与计算了黄河流域地市级行政区地下水资 源开采现状及开采潜力 ;按照各地市级行政区 ,预测 了 2010年与 2020年 50%、75%和 95%降雨保证率 下工业、农业和生活的需水量 ,进行了供需平衡分 析。在获得的大量数据和资料基础上 ,编制了黄河 流域地下水循环图 ,明确了黄河流域地下水资源的 构成体系 ,反映了黄河流域地下水与地表水之间的 水循环规律和流域内不同地段地下水对黄河水的贡 献程度。 3. 4 黄河下游河道动力平衡临界阈值与综合治理 措施 根据多系统互动泥沙数学模型的计算结果给出 了黄河下游河道冲淤平衡的临界阈值。以含沙量作 为黄河下游河道冲淤平衡临界阈值的判别指标 ,临 界含沙量为 21 kg/m 3 ;以水沙组合作为判别指标 , 小浪底年出库的临界水量 /沙量 (亿 m 3 /亿 t)组合 有 : 407/9. 2、350/7. 7、305/6. 45、256/5. 17、204/3. 88。计 算表明 ,在小浪底水库运用之后 ,对于 1965—1975 第 10期 刘昌明 :“黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理 ”研究进展 599