王浩—水资源全过程动态评价理论方法与实践.pptx

单击此处编辑母版标题样式,调度,第二级,第三级,第四级,第五级,#,#,水资源全过程动态评价理论方法与实践,全球变化与生态水文过程,水资源全过程动态评价理论方法与实践,2009,年,9,月 武汉,王 浩 院士,中国水利水电科学研究院,Tel:[phone],Fax:[phone],CellPhone:13910220531,Email:wanghao,2009,水资源与可持续发展高层论坛,2009,水资源与可持续发展高层论坛,结论与展望,变化环境下水资源评价革新的,实践需求,汇报提纲,水资源全过程动态评价理论方法与实践,水资源全过程动态评价,理论与方法,水资源全过程动态评价,应用实践,前言,1988,年,水资源评价活动,国家评估手册,中规定,：,水资源评价是指对资源的来源、范围、可依赖程度和质量进行确定，据此评估水资源利用和控制可能性。,联合国科教文组织,UNESCO,世界气象组织,(WMO),水资源评价的概念,什么是水资源评价？,1992,年修改为,为了水的利用和管理，对水资源的来源、范围、可依赖程度和质量进行确定，据此评估水资源利用、控制和长期发展的可能性,联合国科教文组织,UNESCO,世界气象组织,(WMO),水资源评价的概念,水资源评价的概念有什么发展？,前言,按流域或地区对水资源的数量、质量、时空分布特征和开发利用条件作出全面的分析估价，是水资源规划、开发、利用、保护和管理的基础工作，为国民经济和社会发展提供水决策依据,中国资源科学百科全书,水资源学,水资源评价的概念,水资源评价对可持续发展有什么作用？,前言,水资源评价的重要性,水资源评价的重要性,基础资源,战略资源,时空分,布不均,水资源短缺,水生态,/,环境恶化,天然条件,现代化进程,水问题,解决问题的思路、方法和理念改变,满足国家需求,地表水,地表水,地下水,地表水,土壤水,地下水,水资源评价,前言,数量评价,质量评价,效率评价,人类活动,水资源评价有那些难点？,从影响因素看：气候变化和人类活动驱动,下垫面条件变化剧烈,用水急剧增加,气候逐渐变暖,局地微地势和地貌改变，影响流域产汇流过程,影响了包气带特性，地表水地下水水量交换特性,引起降水、径流及蒸发的时空分布特性改变,水资源评价主要存在的难点,如何评价人类活动影响下的水资源演变,从研究对象看：水的流动性和不断循环转化,从观测手段看：复杂性和不确定性,变化环境下水循环系统发生了深刻变化（,1,）,水资源评价理论与方法革新的实践需求,全球变化和日趋增强的人类水土资源开发活动，改变了水循环及伴生水化学、水生态及水沙过程演变的动力学机制，水循环速率加快，水循环系统的不稳定性增强，干旱洪涝等极值过程发生频率加大。,水资源评价理论与方法革新的实践需求,变化环境下水循环系统发生了深刻变化（,2,）,全球水循环速率显著加快，降水的时空结构、过程及特性均发生了深刻变化,我国“北旱南涝”的整体态势加剧,干旱发生风险高于洪涝发生风险,;,部分地区干旱与洪涝并存,全球水循环,“,北旱南涝,”,情势,干旱洪涝成灾面积,水资源评价理论与方法革新的实践需求,变化环境使得水资源系统发生改变（,1,）,全球变化和人类活动从供水、需水及水资源配置与调度等方面深刻影响到水资源系统。,水资源评价理论与方法革新的实践需求,变化环境使得水资源系统发生改变（,2,）,全球变化和人类活动的影响下，流域或区域水资源的构成、,数量、质量,特征均发生了深刻变化；且其演变的不确定性特征在增强。需对,水资源进行全过程动态评价,。,水资源评价理论与方法革新的实践需求,变化环境使得水资源系统发生改变（,3,）,我国,1949,2005,年用水量变化,随着人类水土资源开发活动的深入，水资源需求呈快速增长趋势；提高水资源利用,效率与效益,，压缩需求，开展节水防污型社会建设是变化环境下水问题综合应对的核心，而水资源效率与效益评价则是其首要基础。,水资源评价理论与方法革新的实践需求,水资源评价历史演变及特征,国外情况,(1),对比项,UNESCO,美国,俄罗斯,英国,日本,评价对象,河川径流量,地下水资源量,河川径流量,河川径流量,地下水动态,河川径流量,地下水动态,水资源赋存量（理论最大可利用量）,评价模式,水质,/,水量分离 地表,/,地下分离,水质,/水量分离,单一地表水评价,水质,/,水量分离,单一地表水评价,水质,/,水量分离,单一地表水评价,水质,/,水量分离,地表,/,地下分离,评价手段,实测汇总分析为主要手段，提出模型开发,实测汇总,分析为主要手段,观测信息,登记与调查统计,监测信息,统计与调查统计,实测汇总与水收支分析为主要手段，提出模型开发,时空单元,空间,流域,行政区或流域,行政区或流域,行政区或流域,行政区或流域,时间,年,年,年,年,年,人类活动影响处理方式,还原方法,还原方法,提出一致性处理,还原方法,还原方法,还原方法,水资源评价历史演变及特征,国外情况,(2),水资源评价理论与方法革新的实践需求,水资源评价历史演变及特征,国内情况,(1),水资源评价理论与方法革新的实践需求,对比项,国内现行评价方法,评价对象,原来只评价地表水和地下水，目前开始评价国民经济可利用量,评价模式,分离评价模式，地表地下水,/,水量水质，未涉及效用评价,定量手段,以,“,实测还原汇总,”,为基本过程，含经验成分,时空单元,空间,流域套行政区,时间,年,人类活动影响,不能考虑单项人类活动影响，通过还原消除人类活动影响或通过一致性处理进行修正,水资源评价历史演变及特征,国内情况,(2),水资源评价理论与方法革新的实践需求,水文站,（实测）,水文站,（天然）,还原,修正,多年径流深,等值线图,出入境水量,主要控制站,月年径流量,代表站天然,径流月分配,计算分区,天然年径流,流域三级区,地级行政区,参数特征值,一元静态模式：实测,还原,建模,调控,现状水资源评价及存在问题（,1,）,水资源评价理论与方法革新的实践需求,现状水资源评价及存在问题（,2,）,水资源评价理论与方法革新的实践需求,全过程动态水资源评价是重大实践需求,水资源评价理论与方法革新的实践需求,传统水资源评价理论与方法难以系统、客观地描述变化环境下水资源的演变特征，也不能满足变化环境下水问题综合应对的实践需求，尚待对水资源演变驱动机制进行系统剖析的基础上，进行,全过程动态,评价。,天然循环系统,人工侧支系统,蒸发蒸腾,积雪融雪,产 流,地 下 水,坡地汇流田间灌溉,水库池塘,下 水 道,渠道输水,河网汇流,入 渗,能量平衡,土 壤 水,引水工程,人工排水,地下抽水,城市供水,污水处理,水资源全过程动态评价理论基础,“自然,-,人工”二元水循环理论,水资源全过程动态评价理论与方法,基于“二元”模式的水资源评价总体框架,水资源全过程动态评价理论与方法,水资源全过程动态评价体系结构（,1,）,水资源全过程动态评价理论与方法,自然属性,有效性,水资源属性,社会属性,经济属性,环境属性,评价准则,可控性,可再生性,广义水资源,狭义水资源,国民经济可利用量,评价口径,水资源全过程动态评价体系结构（,2,）,水资源全过程动态评价理论与方法,工程开发消耗量,径流开源潜力,生态需水通量,非径流性有效水分通量,无效降水量,年降水通量,水资源潜力,有效降雨通量,广义水资源量,径流通量,狭义水资源量,允许耗用通量,国民经济可利用量,工程耗用通量,工程控制量,不同口径的水循环通量,不同口径资源的层次化构成,层次化水资源定义,水资源全过程动态评价体系结构（,3,）,水资源全过程动态评价理论与方法,数量与效率评价,总体框架,水资源全过程动态评价理论与方法,以降水为基础，按照四水转化的结构，分析降水转化结构中不同组成的资源属性。,在降水通量下的平衡方程式为：,P,=,R,En,Ug,Qc,V,Eg,Esu,D,多年平均,0,P,=,R,D,Esu,地表蒸散发,狭义水资源,可见广义水资源量主要是区分出地表蒸散发的有效和无效,数量与效率评价,广义水资源评价（,1,）,水资源全过程动态评价理论与方法,耕地蒸发,林地蒸发,草地蒸发,居工地蒸发,水域蒸发,未利用土地蒸发,根据土地利用分类,山地水田,丘陵水田,平原水田,山地旱地,丘陵旱地,平原水田,农村,城市,蒸发分类,水资源全过程动态评价理论与方法,数量与效率评价,广义水资源评价（,2,）,有效蒸发,耕地蒸发,林地蒸发,草地蒸发,冠层截留蒸发,植 被 蒸 腾,地表截留蒸发,土 壤 蒸 发,水域蒸发,河渠,湖泊,水库坑塘,滩涂,滩地,居工地蒸发,未利用土地蒸发,沼泽地,水资源全过程动态评价理论与方法,数量与效率评价,广义水资源评价（,3,）,无效蒸发,林地蒸发,草地蒸发,植被大棵间地表截留蒸发,植被大棵间,土壤蒸发,水域蒸发,永久性冰川雪地,未利用土地蒸发,沙地,戈壁,盐碱地,裸土地,裸岩石砾地,其他未利用土地,水资源全过程动态评价理论与方法,数量与效率评价,广义水资源评价（,4,）,Ws,（,R,Rg,）,（,Ep,Ess,Ees,）,式中：,Ws,广义水资源量；,R,地表水资源量；,Rg,不重复的地下水资源量；,Ep,冠层截流有效蒸发量；,Ess,地面截流有效蒸发量；,Ees,与地表地下不重复的土壤水有效蒸发量。,有效蒸发,狭义水资源,水资源全过程动态评价理论与方法,数量与效率评价,广义水资源评价（,5,）,狭义水资源评价的口径与传统水资源评价口径一致，指当地降水形成的地表、地下产水总量（不包括区外来水量）。,水资源全过程动态评价理论与方法,数量与效率评价,狭义义水资源评价,在自然和经济条件允许的情况下，狭义水资源中能够被工程系统一次性开发利用的最大潜在量。,水资源全过程动态评价理论与方法,国民经济可利用量等于狭义水资源量扣除基本生态需水量，同时考虑工程控制能力。,W,sn,W,r,W,en,其中,：,Wen,max,(,Wjn1,Wss1,Wxhi,),max,(,Wjn2,Wss2,Wxh2,),max,(,Wjn12,Wss12,Wxh12,),式中：,Wen,年生态环境需水量Wjni,年内第,i,月的河道生态基流需水量；,Wssi,年内第,i,月的河道输沙需水量；,Wxhi,年内第,i,月的汛期弃水量（非汛期则取,0,）。,数量与效率评价,国民经济可利用量评价,水资源全过程动态评价理论与方法,数量与效率评价,效率评价,水量水质联合评价,水资源全过程动态评价理论与方法,效益评价,总体框架,水资源全过程动态评价理论与方法,效益评价,经济用水效益,水资源全过程动态评价理论与方法,经济系统水资源投入占用产出模型,效益评价,生态效益评价（,1,）,水资源全过程动态评价理论与方法,效益评价,生态效益评价（,2,）,水资源全过程动态评价理论与方法,生态系统水资源投入占用产出模型,全过程动态评价方法特点,(1),水资源全过程动态评价理论与方法,以降水为对象包括径流和土壤水,动态反映人类活动对水资源的扰动,有能量转化和水动力学机制,采用分布式和集总式相结合的模拟方式,同时监测降水、蒸发、径流、蓄变量,水量水质联合评价,水量、水质、效率、效益统一评价,全过程动态评价方法特点,(2),水资源全过程动态评价理论与方法,水资源全过程动态评价理论与方法,评价工具（,1,）,水资源全过程动态评价理论与方法,评价工具（,2,）,项目,指 标,二元模型,国内外同类先进模型,功,能,天然水循环过程模拟,能,大多数都能,人工侧支水循环模拟,能,不能,二元水循环耦合模拟,能,不能,考虑空间变异,能,有些能,下垫面变化影响分析,能,很少能,人工取用水影响分析,能,不能,径流性水资源评价,能,能（大多限于天然模拟）,全口径水资源评价,能,很少能,水资源动态评价,能,很少能,性能,模拟精度,高,有高有低（人类影响剧烈地区大多较低）,计算速度,快,有快有慢（物理模型大多计算速度较慢）,水资源全过程动态评价理论与方法,流域二元水循环模型与国内外同类先进模型功能参数对比,水资源全过程动态评价理论与方法,评价工具,分布式水文模型,水平结构,垂直结构,采用具有自主知识产权的,WEP-L,模型，本模型已在黄河流域、海河流域、松辽流域、黑河流域、长江上游地区及南水北调中线水源区得到应用。,水资源全过程动态评价理论与方法,集总式水资源配置模型（,1,）,水资源全过程动态评价理论与方法,集总式水资源配置模型（,2,）,应用案例,应用案例一：黄河流域水资源全过程动态评价,在国家,973,项目课题“黄河流域水资源演变规律与二元演化模型”的支持下，创建了水资源全过程评价理论与方法，并对黄河流域水资源进行了全过程动态评价。该项成果已获得国家科学技术进步二等奖。,应用案例,应用案例一：黄河流域水资源全过程动态评价（,1,）,应用案例,应用案例一：黄河流域水资源全过程动态评价（,2,）,应用案例,应用案例一：黄河流域水资源全过程动态评价（,3,）,水文气象信息,应用案例,应用案例一：黄河流域水资源全过程动态评价（,4,）,下垫面信息,应用案例,应用案例一：黄河流域水资源全过程动态评价（,5,）,社会经济用水信息,不考虑取用水,：,1956,2000,年主要断面年径流量模拟偏差为,-0.2%,-4.9%,；模型,Nash,效率系数为,0.722,0.819,。,耦合取用水,：,1956,2000,年主要断面年径流量模拟偏差为,-6.7%,1.5%,;,模型,Nash,效率系数为,0.613,0.821,。,应用案例,应用案例一：黄河流域水资源全过程动态评价（,6,）,模型校验结果,应用案例,应用案例一：黄河流域水资源全过程动态评价（,7,）,水资源评价结果（,A),应用案例一：黄河流域水资源全过程动态评价（,8,）,水资源评价结果（,B),应用案例,应用案例一：黄河流域水资源全过程动态评价（,9,）,水资源评价结果（,C),应用案例,应用案例一：黄河流域水资源全过程动态评价（,10,）,水资源评价结果（,D),应用案例,应用案例一：黄河流域水资源全过程动态评价（,11,）,水资源评价结果（,E),应用案例,流域水循环水平通量减少，垂直通量增加,径流性水资源减少，有效的广义水资源量增加,河道径流量减少，不重复的地下水资源量增加,干流中下游径流量减少，支流就地利用量增加,随着人类活动的持续，上述演变趋势将加剧,通过二元水循环模拟评价，发现五大演变规律,：,水资源演变规律（,A),应用案例,应用案例一：黄河流域水资源全过程动态评价（,12,）,水资源演变规律,(B),应用案例,应用案例一：黄河流域水资源全过程动态评价（,13,）,水资源演变规律,(C),应用案例,应用案例一：黄河流域水资源全过程动态评价（,14,）,应用案例,应用案例二：松辽流域水资源全过程动态评价,本成果在国家“十一五”科技支撑计划重点项目“东北地区水资源全要素优化配置与安全保障技术研究”的支持下完成，以期进一步丰富和完善基于二元水循环的水资源量、质、效评价方法体系，并提出基于二元水循环模型的松辽流域水资源量、质、效评价成果；该项成果仍在进一步完善之中。,应用案例,应用案例二：松辽流域水资源全过程动态评价（,1,）,模型输入及校验,(1),应用案例,应用案例二：松辽流域水资源全过程动态评价（,2,）,模型输入及校验,(2),用水时空展布,应用案例,应用案例二：松辽流域水资源全过程动态评价（,3,）,模型输入及校验,(3),松辽流域径流过程具有,长期弱相关性,，年均天然径流序列具有较强的,持续性,特征。,整个松辽流域近50年来的天然径流,没有明显趋势性,，但是从三级区看，穆棱河口以下，西辽河下游区间，浑江口以上具有显著的减少趋势；,径流序列不存在突变项；,松花江流域在,1967年出现跳跃,，辽河流域未见有跳跃性；,应用案例,水资源演变规律,应用案例二：松辽流域水资源全过程动态评价（,4,）,应用案例,用水效益评价,(1),应用案例二：松辽流域水资源全过程动态评价（,5,）,应用案例,用水效益评价,(2),应用案例二：松辽流域水资源全过程动态评价（,6,）,结论与展望,结论与展望,变化环境下水循环及水资源系统发生了深刻变化，为满足变化环境下水资源综合应对的需求，需对水资源数量、质量、效率及效益特征进行动态、统一评价,在自然,-,人工二元水资源全过程动态评价理论与方法的支撑下，可较为客观地描述变化环境下水资源演变特征及驱动机制，革新了传统水资源评价理论与方法，可为现代水资源配置、调度、综合管理及水环境治理与水生态建设提供有效支撑,水资源全过程动态评价以海量数据为支撑，并受到变化环境下水循环演变及机制识别不确定性的影响,水资源生态效益和经济效益的统一评价仍是水资源全过程动态评价中的难点所在,