南渡江河口水资源生态效应分析与高效利用

论文摘要

南渡江是海南岛的第一大河流,近年来,南渡江干流各种蓄水、引水、提水工程的兴建,人为地改变了天然径流情况,在一定程度上影响(甚至破坏)了河流生态系统的健康。同时,近年来由于泥沙开采过度,造成河床过低,使海水倒灌现象日益严重,目前南渡江河口地区面临严重的生态环境问题。本文针对南渡江河口水资源的生态效应及高效利用展开了系统的研究,主要内容和创新之处包括:运用小波方法对天然年径流进行了多时间尺度分析,并利用不同尺度下的低频成分预测水文序列的变化趋势;将模糊数学理论中的层次分析法引入到水资源分析中,并对海口市的水资源利用程度进行了模糊评价。研究表明,南渡江下游河口地区水资源开发利用程度并不高,具有很大的开发利用潜力。在分析生态需水概念的基础上,以最小生态基流为思路,利用多种方法计算了南渡江河口的河道内生态需水量和河道外生态需水量。结果表明,南渡江下游天然来流量基本上可以满足生态基流的要求,河流生态系统生物繁衍条件基本完好,生态系统处于较健康状态。基于盐水入侵水动力学方法,对入侵距离和流量之间的关系进行研究。建立河道的平面二维数学模型,模拟了小流量下河口盐水入侵状况,分析了盐水入侵距离随时间的变化趋势以及流量变化对盐水入侵的影响。从河流功能出发,建立了以河流的服务功能、环境功能、利用功能及生态功能为要素的评价指标体系;运用层次分析法进行综合评价,得出各指标对河流生态健康的影响指数;并分析了橡胶坝工程对河流生态健康的影响,分析表明,工程对龙塘坝下游生态环境影响较小,生态取水方案可行。在总结南渡江河流水生态系统服务功能的基础上,建立了河流生态系统服务经济价值评价指标体系,并对南渡江河口段增蓄水资源的价值量进行了研究。基于灰色预测模型和改进BP神经网络进行水资源需求预测,预测结果很好地反映了影响因子与水资源需求增长之间的非线性关系。另外,本文从工程措施、用水分配管理等方面对南渡江河口水资源的高效利用进行了研究。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 生态环境需水研究
• 1.2.2 水生态系统服务功能及价值评价研究现状与发展趋势
• 1.2.3 河口盐水入侵研究进展
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 南渡江下游水资源变化规律研究
• 2.1 南渡江下游水资源变化基本特点
• 2.1.1 降雨与径流的一致性分析
• 2.1.2 径流变化特点
• 2.2 南渡江下游水资源变化多尺度小波分析
• 2.2.1 小波分析理论基础
• 2.2.2 年径流时间序列的多尺度小波分析
• 2.2.3 水资源变化趋势的小波分析
• 2.3 南渡江下游水资源开发现状分析
• 2.3.1 供水基础设施现状
• 2.3.2 海口市水资源开发现状
• 2.3.3 海口市供水量现状
• 2.4 基于层次分析法的南渡江水资源开发程度评价
• 2.4.1 建立评价指标体系的原则和方法
• 2.4.2 层次分析法原理
• 2.4.3 南渡江下游水资源开发利用程度评价
• 2.5 本章小结
• 第三章 河口水生态环境因素影响分析
• 3.1 生态需水研究方法及南渡江下游生态需水量计算原则的确定
• 3.1.1 生态需水的研究方法
• 3.1.2 基于研究区特点的生态需水量计算原则
• 3.2 南渡江下游河道生态需水量研究
• 3.2.1 河流最小生态需水量
• 3.2.2 河流水污染防治需水量
• 3.2.3 河流输沙需水量
• 3.2.4 河流水生生物保护需水量
• 3.2.5 入海需水量
• 3.2.6 河道生态需水量年内分配过程
• 3.3 河道外生态需水
• 3.3.1 水生态环境建设目标
• 3.3.2 基本思路
• 3.3.3 生态环境需水量计算
• 3.4 地下水生态水位
• 3.4.1 地下水资源概况
• 3.4.2 地下水的生态作用
• 3.4.3 生态水位的确定
• 3.5 本章小结
• 第四章 南渡江河口盐水入侵的数值模拟
• 4.1 概述
• 4.1.1 河口盐淡水混合的类型
• 4.1.2 河口盐淡水入侵对河口地区的影响
• 4.1.3 南渡江的盐水入侵问题
• 4.2 南渡江河口盐水入侵的动力因素和入侵规律
• 4.2.1 南渡江河口的动力特性
• 4.2.2 南渡江河口盐水入侵的时空变化特性
• 4.3 基于水动力学方法的盐水入侵分析
• 4.3.1 控制河口盐水入侵的基本因素
• 4.3.2 高度分层系统
• 4.3.3 盐水入侵的水动力学分析
• 4.4 平面二维水流数学模型
• 4.4.1 平面二维水流运动的基本方程
• 4.4.2 定解条件
• 4.4.3 方程的数值求解
• 4.4.4 模拟类型的选择
• 4.4.5 迭代控制
• 4.4.6 时间步长控制
• 4.4.7 动边界的设置
• 4.4.8 关于不收敛的问题
• 4.5 平面二维盐度数学模型
• 4.5.1 平面二维盐度基本方程
• 4.5.2 定解条件
• 4.5.3 方程的数值求解
• 4.5.4 初始条件的设置
• 4.5.5 参数的选取
• 4.6 南渡江河口水流、盐度数值模拟
• 4.6.1 模型范围及参数
• 4.6.2 水位验证
• 4.6.3 盐水浓度验证
• 4.6.4 盐水入侵模拟时间的确定
• 4.6.5 计算结果及分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 河口水生态环境健康评价方法
• 5.1 河流生态系统健康的评价理论与方法
• 5.1.1 评价理论
• 5.1.2 河流生态系统健康的影响因子
• 5.1.3 评价方法
• 5.1.4 评价原则
• 5.2 基于 AHP 法河流生态系统健康评价模型的建立
• 5.2.1 评价指标的选取
• 5.2.2 评价标准的确定
• 5.2.3 南渡江下游河流生态系统健康评价
• 5.3 增蓄水资源对河流健康的影响评价
• 5.3.1 工程对河口地区水文形势的影响预测与评价
• 5.3.2 水质影响分析
• 5.3.3 对河流输沙的影响分析
• 5.3.4 防止海水倒灌作用分析
• 5.3.5 恢复河口生态系统的服务功能
• 5.3.6 美化城市环境，形成旅游新景观
• 5.3.7 不利影响分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 基于服务功能的河流生态系统价值量研究
• 6.1 河流水生态系统服务功能及其分类
• 6.1.1 河流水生态系统服务功能的涵义
• 6.1.2 河流水生态系统服务功能分类
• 6.2 河流生态系统服务的经济价值评价指标体系的建立
• 6.2.1 生态系统服务功能价值量研究的意义
• 6.2.2 评价指标选择的原则
• 6.2.3 河流生态系统服务功能的评价方法
• 6.2.4 评价指标体系的建立
• 6.3 南渡江河口段增蓄水资源的价值量研究
• 6.3.1 价值量研究的技术路线
• 6.3.2 评价水平年的选取
• 6.3.3 价值量估算
• 6.3.4 增蓄水资源的价值总量
• 6.4 本章小结
• 第七章 水资源需求预测分析
• 7.1 引言
• 7.2 海口市发展情况简介
• 7.2.1 海口市基本情况
• 7.2.2 海口市生活需水的发展趋势
• 7.2.3 海口市工业需水的发展趋势
• 7.2.4 海口市农业需水的发展趋势
• 7.2.5 建筑业与第三产业需水的发展趋势
• 7.3 工业、农业、三产发展和人口增长预测研究
• 7.3.1 灰色系统理论简介
• 7.3.2 灰色预测模型的建模策略
• 7.3.3 工业、农业、第三产业发展及人口增长预测
• 7.4 水资源需求预测分析
• 7.4.1 研究思路
• 7.4.2 BP 神经网络模型
• 7.4.3 预测结果和结论分析
• 7.5 本章小结
• 第八章 高效利用调控措施研究
• 8.1 水资源高效利用的调控措施
• 8.1.1 调控工程
• 8.1.2 橡胶坝工程的作用
• 8.2 水资源的高效利用
• 8.2.1 增蓄淡水资源
• 8.2.2 恢复中丹水厂
• 8.2.3 防止海水入侵
• 8.2.4 修复受损河流
• 8.2.5 重建生态系统
• 8.2.6 改善城市环境
• 8.3 本章小结
• 第九章 结论和展望
• 9.1 结论
• 9.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢