干旱区水资源分配理论及流域演化模型研究

论文摘要

干旱区流域生态环境问题是表层地球环境脆弱性的一个具体表现,涉及到水循环系统、生态环境系统和社会经济系统相互作用的流域复杂系统演化问题。流域系统的演化取决于实际的水资源分布状态,本文试图从水资源分配理论着手,研究如何在制定水权制度的同时,预测实际水资源分配、社会经济和生态环境效应,预见流域演化方向,实现对流域系统的宏观调控。借助势能的一般概念,本文提出了水资源势能概念,它包括水资源流动性的地理势能、水资源竞争性的效率势能和水资源公共性的制度势能。应用势能理论的基本规律解释水资源分配规律,提出水资源分配理论。根据水资源流动特性,推导水资源分配基本方程。根据地理势能、效率势能和制度势能所发挥的作用,结合水资源在社会经济系统和生态环境系统中的消耗比例,以及社会经济系统中农业和工业水资源分配增长比例,划分了水资源分配的生态安全、生态临界-农业增长、生态临界-工业增长、生态破坏-农业增长、生态破坏-工业增长和生态恢复等6个阶段,并分析了2000年全国71个二级流域水资源的分配状态。以制度势能为基础,建立了水资源使用权分配多人多准则协商模型。将水资源分配理论和水资源使用权分配协商模型结合,采用系统动力学方法建立集水资源自然循环和人工调控、社会经济系统自由竞争和有限发展为一体的流域系统演化模型,实现了对水资源在不同条件下区域分配规律的描述,可以预测流域系统的演化趋势。应用流域演化模型于石羊河流域,分析水资源分配不同情景下的流域演化方向及社会经济发展趋势,结果表明:实施水资源使用权制度对石羊河流域上游地域经济社会发展将产生一定制约,对下游区域将产生积极作用;总体上实施水资源使用权制度比不实施水资源使用权制度要好,越早实施水资源使用权制度越好,有利于全流域的可持续发展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 概述
• 1.1 研究背景
• 1.2 水资源分配研究综述
• 1.2.1 水资源分配内涵
• 1.2.2 水资源分配方法
• 1.2.3 水资源分配模式
• 1.2.4 干旱区水资源分配特点
• 1.2.5 水资源分配研究小结
• 1.3 水资源使用权研究基础
• 1.3.1 水资源使用权内涵
• 1.3.2 水资源使用权分类
• 1.3.3 水资源使用权发展历史
• 1.3.4 水资源使用权分配关键问题
• 1.3.5 水资源使用权分配研究展望
• 1.4 研究思路和主要内容
• 第2章 水资源分配理论
• 2.1 水资源分配动力概述
• 2.1.1 地理动力
• 2.1.2 效率动力
• 2.1.3 制度动力
• 2.2 水资源势能理论
• 2.2.1 势能定义及特性
• 2.2.2 水资源势能定义及特性
• 2.2.3 水资源势能的热力学基础
• 2.2.4 水资源势能理论
• 2.2.5 水资源分势
• 2.3 水资源分配理论
• 2.3.1 水资源分配运动方程
• 2.3.2 水资源分配连续方程
• 2.3.3 水资源分配基本方程
• 2.4 水资源分配理论用途
• 2.4.1 水资源分配空间变化方向判断
• 2.4.2 水资源分配时间变化方向判断
• 2.4.3 水资源量计算
• 2.5 小结
• 第3章 水资源分配阶段划分
• 3.1 水资源分配阶段划分
• 3.1.1 阶段划分
• 3.1.2 生态环境需水
• 3.2 水资源分配阶段特征
• 3.3 全国二级流域分析
• 3.3.1 阶段分析
• 3.3.2 水资源与社会经济指标
• 3.3.3 阶段划分与上下游分布
• 3.3.4 阶段划分与气候分区关系
• 3.4 典型流域实证分析
• 3.4.1 黄河流域
• 3.4.2 石羊河流域
• 3.5 小结
• 第4章 水资源使用权分配协商模型
• 4.1 分配尺度
• 4.2 分配原则
• 4.2.1 分配原则选取标准
• 4.2.2 分配原则
• 4.2.3 分配原则一般性认识
• 4.3 模型介绍
• 4.3.1 目标函数
• 4.3.2 约束条件
• 4.4 模型求解
• 4.4.1 算法介绍
• 4.4.2 算法稳定性
• 4.4.3 模型计算流程
• 4.5 权重系数
• 4.5.1 计算方法
• 4.5.2 群决策
• 4.6 模型检验
• 4.6.1 基本资料
• 4.6.2 计算结果
• 4.7 小结
• 第5章 流域演化模型
• 5.1 系统动力学概述
• 5.1.1 系统结构
• 5.1.2 系统描述
• 5.1.3 主要步骤
• 5.1.4 DYNAMO 语言
• 5.2 流域演化系统分析
• 5.2.1 水资源子系统
• 5.2.2 人口子系统
• 5.2.3 经济子系统
• 5.2.4 生态环境子系统
• 5.3 流域演化模型建立
• 5.3.1 构建思路
• 5.3.2 基本方程
• 5.4 小结
• 第6章 石羊河流域演化预测分析
• 6.1 流域概况
• 6.1.1 自然条件
• 6.1.2 社会经济概况
• 6.1.3 水资源利用状况
• 6.1.4 水资源使用权制度建设
• 6.2 水资源使用权分配
• 6.2.1 分配范围
• 6.2.2 基本数据
• 6.2.3 权重系数
• 6.2.4 生态环境需水量
• 6.2.5 计算结果
• 6.3 演化模型参数率定
• 6.3.1 率定期
• 6.3.2 基本数据及参数
• 6.3.3 率定结果
• 6.4 流域演化方向预测
• 6.4.1 预测期
• 6.4.2 基本数据
• 6.4.3 情景分析
• 6.4.4 预测结果
• 6.4.5 结果分析
• 6.5 小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 研究成果
• 7.2 主要创新点
• 7.3 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 2000年全国二级流域水资源分配阶段划分
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果