南水北調(diào)東線江蘇受水區(qū)土地利用變化模擬及生態(tài)安全評價

采用工程沿線勘察、社會調(diào)查、文獻(xiàn)資料法,獲取南水北調(diào)東線工程山東段生態(tài)安全方面的數(shù)據(jù),建立了生態(tài)安全評價13項指標(biāo)體系,確立了評價指標(biāo)權(quán)重;采用層次分析法(ahp法),對南水北調(diào)東線工程山東段生態(tài)安全作出了量化評價.結(jié)果表明:2002年調(diào)水前,南四湖、東平湖流域生態(tài)分別為很不安全、臨界安全等級,海河、沂沭河流域生態(tài)為不安全等級;調(diào)水后的2010年,南四湖、沂沭河流域生態(tài)為臨界安全等級,東平湖、海河流域為較安全等級.

在系統(tǒng)地研究了南水北調(diào)東線一期工程受水市縣的生態(tài)水文特性的基礎(chǔ)上,從地形地貌、土地利用、水土流失、水資源以及經(jīng)濟特性等方面選取了13個指標(biāo)構(gòu)建了分區(qū)指標(biāo)體系,并在此基礎(chǔ)上運用聚類分析理論以及分層次聚類分析法對受水市縣進(jìn)行生態(tài)水文區(qū)的劃分,將南水北調(diào)東線一期工程受水區(qū)劃分為5個生態(tài)水文區(qū),并且對每個分區(qū)給予了命名,以此了解東線一期工程受水區(qū)的基本生態(tài)水文概況,并且為以后相關(guān)的研究提供一定的依據(jù)。

以南水北調(diào)東線一期工程受水區(qū)涉及的89個縣(市、區(qū))為單元,采用模糊聚類分析法,根據(jù)受水區(qū)的生態(tài)水文特征,將受水區(qū)分為5個生態(tài)水文區(qū)。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能理論,提出調(diào)水為受水區(qū)生態(tài)保育措施、城市綠地與濕地生態(tài)系統(tǒng)帶來的物質(zhì)量與價值量的評估方法,計算出調(diào)水能夠為受水區(qū)帶來的生態(tài)環(huán)境效益總價值量為62.33億元,其中生態(tài)保育措施、城市綠地與濕地生態(tài)系統(tǒng)的價值量分別為0.41億元、37.67億元和24.25億元。研究結(jié)果可為制定南水北調(diào)工程生態(tài)環(huán)境保護(hù)及水資源可持續(xù)管理策略與措施提供依據(jù)。

為科學(xué)、合理地制定南水北調(diào)工程水價,以南水北調(diào)可行性研究報告中的投資數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),采用分段分解法將投資分解到干線工程途經(jīng)的地市級行政區(qū),基于受益分?jǐn)傇瓌t,按照各受水行政區(qū)規(guī)劃的分配調(diào)水量,將輸水損失、工程投資、運行成本等在東線和中線途經(jīng)行政區(qū)中進(jìn)行分?jǐn)?確定各行政區(qū)分?jǐn)偟恼{(diào)水總成本費用,計算得出不同資本金利潤率下各行政受水區(qū)的調(diào)水水價,以期為南水北調(diào)運行管理階段的水價制定提供參考。

南水北調(diào)東線工程是我國南水北調(diào)總體布局中的重要組成部分,對其水資源進(jìn)行優(yōu)化配置將緩解受水區(qū)的水資源短缺問題及促進(jìn)該區(qū)域的社會經(jīng)濟發(fā)展。根據(jù)南水北調(diào)工程東線受水區(qū)的特點,將其劃分為3個子區(qū)5、個用水部門,選用國內(nèi)生產(chǎn)總值最大、區(qū)域總?cè)彼孔钚?、區(qū)域重要污染物排放量最小為目標(biāo),以水源可供水量、水源至用戶的輸水能力、用戶需水量、區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展等為約束條件,結(jié)合水源供水次序系數(shù)、用戶用水公平系數(shù)、需水量、水源供水量等參數(shù),共同構(gòu)成了該區(qū)域的水資源優(yōu)化配置模型。通過對模型的計算結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),在2010年和2030年,南水北調(diào)東線工程受水區(qū)的各用水部門中,生活、環(huán)境、航運、工業(yè)用水都可以滿足,只有農(nóng)業(yè)用水出現(xiàn)短缺;南水北調(diào)工程東線受水區(qū)水資源利用與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)度較好,而經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的協(xié)調(diào)較差,整個區(qū)域資源、經(jīng)濟、環(huán)境的協(xié)調(diào)性一般。

南水北調(diào)東線一期江蘇境內(nèi)工程經(jīng)過多年建設(shè),已于2013年率先建成通水,工程投運以來,運行狀況良好。從水資源供給能力等九個方面總結(jié)了工程的綜合效益。

根據(jù)河南境內(nèi)南水北調(diào)中線沿線地區(qū)的土地利用數(shù)據(jù),分析了土地利用變化的空間特征,并在縣域尺度上分析了不同時期土地利用的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。結(jié)果表明,近年來該區(qū)域耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移面積較多,但土地利用的整體格局并未發(fā)生顯著變化,而整個區(qū)域內(nèi)土地利用變化強度的空間分布極不均勻。中線工程施工以來,沿線地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況總體上有所改善。

南水北調(diào)東線工程是一項特大型跨流域、多水源的調(diào)水工程,配置與調(diào)度其沿線受水區(qū)城市的水資源是一個極其復(fù)雜的過程.本文建立了基于復(fù)雜系統(tǒng)的南水北調(diào)東線受水區(qū)城市水資源配置模型,并通過實例數(shù)據(jù)對模型中各類對象間的相互作用情況進(jìn)行模擬,得到了有關(guān)受水區(qū)城市水資源配置中各類對象間相互作用以及演化行為的模擬結(jié)果.

簡要闡述了研究制定南水北調(diào)東線一期工程江蘇段農(nóng)業(yè)供水價格必要性,分析探討農(nóng)業(yè)供水價格的制定原則和依據(jù),提出南水北調(diào)東線一期工程江蘇段基于完全供水成本、農(nóng)戶承受能力、省財政承擔(dān)干線供水成本、市縣和農(nóng)戶承擔(dān)灌區(qū)內(nèi)部成本,以及基于兩部制水價和基于現(xiàn)狀水價的5種農(nóng)業(yè)供水價格方案.經(jīng)綜合分析比較,推薦近期2010年采取基于省財政承擔(dān)干線供水成本、市縣和農(nóng)戶承擔(dān)灌區(qū)內(nèi)部成本的供水價格方案.

在概述研究建立南水北調(diào)東線一期工程江蘇受水區(qū)農(nóng)業(yè)供水成本補償機制必要性的基礎(chǔ)上,理論聯(lián)系實際地提出了南水北調(diào)東線一期工程江蘇受水區(qū)完整的農(nóng)業(yè)供水成本補償機制。提出了補償依據(jù),制定了補償原則,明確了農(nóng)業(yè)供水成本補償?shù)膶ο笫寝r(nóng)戶和水管單位,提出以優(yōu)惠電價、財政扶持、南水北調(diào)基金和以工補農(nóng)籌集資金作為補償渠道。通過引入市場機制,制定了省財政承擔(dān)干線成本市縣和農(nóng)戶承擔(dān)灌區(qū)內(nèi)部成本以及兩部制水價兩種水價方案的農(nóng)業(yè)供水成本補償方案,分別測算了補償額度,考慮各級財政狀況以及南水北調(diào)基金能力,探索提出財政、南水北調(diào)工程基金籌集作為補償渠道。

從國務(wù)院南水北調(diào)辦公室獲悉，南水北調(diào)東線洪澤湖至駱馬湖段工程6月30日正式開工建設(shè)，這對南水北調(diào)東線一期工程如期通水起到重要的促進(jìn)作用。

生態(tài)景觀建設(shè)是南水北調(diào)東線江蘇段工程重要組成部分。在建筑與環(huán)境景觀設(shè)計的前期規(guī)劃及組織實施過程中，均考慮建立合理有效的環(huán)境分區(qū)體系，同時也將工程的供水功能、生態(tài)功能以及環(huán)境效應(yīng)有機結(jié)合。通過建筑與環(huán)境專項設(shè)計過程的實踐，提出整體、綜合設(shè)計的模式的設(shè)計思路，從而實現(xiàn)水與自然、水與社會和諧的目標(biāo)。

以南水北調(diào)東線一期江蘇境內(nèi)工程場地膨脹土為研究對象,通過試驗數(shù)據(jù)收集、分析,得出沿線調(diào)水泵站地基原狀土、堆棄土、壓實填土物理性質(zhì)、礦物組成和膨脹性特征;結(jié)合室內(nèi)試驗,模擬施工條件進(jìn)行膨脹土改良“大型”試驗研究,對比石灰和石灰＋水泥為改良劑及不同摻入率時改良土膨脹性、力學(xué)強度、滲透性的變化規(guī)律,提出膨脹土改良應(yīng)用建議,為南水北調(diào)東線二期江蘇境內(nèi)工程建設(shè)積累經(jīng)驗。

南水北調(diào)東線工程整體評價啟動

結(jié)合南水北調(diào)東線工程實際,對南水北調(diào)東線水資源供應(yīng)鏈系統(tǒng)進(jìn)行了界定,考慮準(zhǔn)市場條件下南水北調(diào)東線供應(yīng)鏈的優(yōu)化問題,在降雨服從隨機分布條件下分別建立了需求與降雨無關(guān)、需求與降雨相關(guān)情形下的南水北調(diào)東線供應(yīng)鏈newsvendor優(yōu)化模型,并進(jìn)行了算例分析,研究表明:需求與降雨相關(guān)情形下的最優(yōu)生產(chǎn)量不高于需求與降雨無關(guān)情形下的最優(yōu)生產(chǎn)量;無論是需求與降雨無關(guān)還是需求與降雨相關(guān)情形,江蘇系統(tǒng)供銷商的最優(yōu)生產(chǎn)量對于本地終端零售價和本地缺水成本不太敏感,隨著外地批發(fā)價和外地缺水成本的增大而增大,隨著持有成本的增大而減小,隨著供銷商的降雨量利用比率的增大而減小;其中,需求與降雨相關(guān)情形,最優(yōu)生產(chǎn)量還隨著本地終端用戶的降雨量利用比率的增大而減小。論文對于南水北調(diào)工程優(yōu)化運營調(diào)度的理論和實踐有一定的學(xué)術(shù)價值和應(yīng)用價值,同時對于豐富newsvendor優(yōu)化模型的理論和應(yīng)用推廣有著積極的意義。

我國北方地區(qū)尤其是黃淮海地區(qū)長期受到干旱缺水的困擾,京、津、冀、魯?shù)貐^(qū)和淮河流域日益惡化的生態(tài)環(huán)境以及連年發(fā)生的嚴(yán)重干旱缺水,凸顯南水北調(diào)工程建設(shè)的重要性。南水北調(diào)是國家戰(zhàn)略性工程,其東線的主要供水目標(biāo)是補充沿線城市工業(yè)用水,同時改善淮北乃至北方地區(qū)的農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水條件。東線工程江蘇段具有不同于其他調(diào)水省份的特點,其既是水源地、輸水區(qū),又是受水區(qū),其供水對象不僅有城市工業(yè)生活用水,還有用水比重較大的農(nóng)村用

對江蘇境內(nèi)南水北調(diào)東線一期工程從輸水干線、輸水干線口門、輸水支線及洪澤湖抬高蓄水位4個方面提出各自存在問題,結(jié)合層次分析法對存在問題各系統(tǒng)工程建立風(fēng)險因子識別體系,并對存在問題的風(fēng)險進(jìn)行定量計算。根據(jù)江蘇境內(nèi)南水北調(diào)一期工程存在問題的風(fēng)險分析結(jié)果提出相應(yīng)工程和非工程措施,并據(jù)此對江蘇境內(nèi)南水北調(diào)東線后續(xù)二三期工程提出線路布局調(diào)整建議。

本文以南水北調(diào)東線江蘇省沂南地區(qū)作為研究對象,選取該地區(qū)1951～2012年雨量資料分析降雨量時間演變趨勢和空間變化特征,發(fā)現(xiàn)該地區(qū)降雨年內(nèi)分配不均,并且隨著時間推移這種趨勢可能加劇,對該地區(qū)防汛抗旱是一個極大挑戰(zhàn).為了進(jìn)一步了解該地區(qū)汛期、非汛期多時間尺度變化特征,利用morlet小波變換進(jìn)行分析,結(jié)果顯示:汛期、非汛期降雨量都存在多時間尺度特征,在不同的時間尺度上表現(xiàn)出不同的循環(huán)交替規(guī)律.總體來說是小時間尺度上周期震蕩劇烈,表現(xiàn)的沒有明顯規(guī)律,隨著尺度的增大,周期震蕩趨于平緩并逐漸變得越來越明顯.

5月30日上午，國務(wù)院南水北調(diào)辦副主任張野在南水北調(diào)東線起點——江蘇省江都水利樞紐宣布，南水北調(diào)東線一期工程江蘇段開始試通水。5月31日，經(jīng)過連續(xù)24小時的全線聯(lián)合調(diào)試運行，南水北調(diào)東線一期工程江蘇段試通水圓滿成功。共有9個梯級18座泵站83臺套機組參與了本次江蘇段試通水運行。

以建立南水北調(diào)東線江蘇省受水區(qū)水量配置、調(diào)度與管理一體可視化系統(tǒng)為目標(biāo),通過開展南水北調(diào)東線水資源優(yōu)化調(diào)度與配置研究,推進(jìn)供水水源劃分,研制多目標(biāo)約束下聯(lián)合調(diào)度方案,建立水資源利用效率考核系統(tǒng),進(jìn)行用水量的反算與核定,以期揭示江蘇省南水北調(diào)東線新增工程與原江水北調(diào)工程聯(lián)合供水與協(xié)調(diào)耦合機制,從"供給側(cè)"與"需求側(cè)"雙管齊下,為南水北調(diào)東線江蘇段工程的有效運營提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支撐,為跨流域調(diào)水與區(qū)域水資源管理提供示范與借鑒。

分形理論為開放復(fù)雜的地學(xué)系統(tǒng)在時間序列上進(jìn)行分形特征的研究、預(yù)測提供了可能.運用分形理論,對南水北調(diào)中線工程水源區(qū)土地利用類型的分布結(jié)構(gòu)分析表明:研究區(qū)的土地利用類型具有分形結(jié)構(gòu),其中耕地、居民用地、林地的分維值偏離隨機值較大,土地利用狀態(tài)相對穩(wěn)定,比較接近規(guī)則體;布局復(fù)雜且不穩(wěn)定的水體偏離隨機值較小.對比南水北調(diào)中線工程水源區(qū)土地利用類型現(xiàn)狀,為分形理論在評價土地利用類型是否科學(xué)合理方面找到了新的參考指標(biāo).

通過測算南水北調(diào)中線工程水源區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)熵和土地利用類型轉(zhuǎn)換關(guān)系,分析了水源區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)演化特征,指出水源區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)在2012年以前穩(wěn)定性較高,但是2012年以后因丹江口水庫蓄水而對水源區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定影響,導(dǎo)致水源區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性偏弱;水源區(qū)土地利用類型的數(shù)量變化主要表現(xiàn)為水域、建設(shè)用地面積增加,耕地、林地、草地、未利用地面積減少,空間位置變化主要表現(xiàn)為耕地與林地、林地與草地、草地與水域之間空間位置的變換;利用主成分分析方法對水源區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)演化的影響因素進(jìn)行了研究,指出經(jīng)濟發(fā)展水平、社會生活和土地利用以及生態(tài)環(huán)境為其主要影響因素。