高強度人類活動區(qū)河流健康評價與調(diào)控研究——以渭河關(guān)中段河流系統(tǒng)為例.pdf

1、人類在開發(fā)利用河流并從中獲益的同時也造成了許多生態(tài)與環(huán)境問題，導致河流出現(xiàn)如河道斷流、水體污染、濕地萎縮、生物多樣性減少等一系列受損現(xiàn)象。目前，“學會在變化中生存，尋找人類用水與河流需水之間的平衡點”是公認的、且具有操作性的河流保護觀點。圍繞此觀點，本文運用科學的方法，對河流系統(tǒng)的健康狀態(tài)進行了評價，通過制定有效的河流保護目標，重構(gòu)河流健康流量過程，并開展基于河流健康的水資源多目標適應性調(diào)控研究，具有重要的意義和應用價值。本文取得的主要

2、研究成果如下:
　　(1)針對高強度人類活動區(qū)河流，以河流系統(tǒng)為研究對象，定義了河流健康的概念，即特定時期一定社會公眾價值體系下，在保障河流自身基本生存需求的前提下，能夠持續(xù)地為人類社會提供高效合理的生態(tài)服務功能，并實現(xiàn)服務功能綜合價值最大化的河流;歸納了河流健康的內(nèi)涵，即河流形態(tài)與結(jié)構(gòu)保持相對的穩(wěn)定性、滿足自然功能過程的基本水需求、滿足社會功能過程的合理水需求、具有良好的自我維持能力和抗干擾能力。
　　(2)從分析高強度人

3、類活動區(qū)河流健康影響因子入手，基于壓力—狀態(tài)—響應模型框架，運用基于粗糙集等價關(guān)系的指標約簡模型和極大不相關(guān)法相結(jié)合的指標篩選方法，并結(jié)合專家和公眾評判，構(gòu)建了高強度人類活動區(qū)河流健康評價指標體系，分3個層面、8個類別、合計共34個評價指標。
　　(3)提出了河流健康評價標準的一般性制定步驟，將集對分析方法引入河流健康評價，采用改進的集對分析方法，建立了河流健康評價的模糊集對分析模型，并采用層次分析法和熵權(quán)法相結(jié)合的指標綜合賦權(quán)方

4、法為指標賦權(quán)。
　　(4)借鑒自適應調(diào)控理論解決復雜系統(tǒng)不確定性問題的優(yōu)勢，運用自適應調(diào)控理論對水資源調(diào)控問題進行了描述，構(gòu)建了由通用水資源調(diào)控模型與自適應調(diào)控模型耦合的基于河流健康的水資源多目標自適應調(diào)控模型，通過對可控系統(tǒng)變量間的“在線辨識—判斷—反饋”的往復自適應調(diào)控操作，可實現(xiàn)“總量控制、在線辨識、滾動修正”的水資源調(diào)控過程。此外，從興利、除害、生態(tài)環(huán)境等方面提出了水資源調(diào)控手段及調(diào)控方案集。
　　(5)以渭河關(guān)中段

5、河流系統(tǒng)為高強度人類活動區(qū)河流代表，揭示了河流系統(tǒng)面臨的健康威脅，提出了河流健康的標志，即適度的水量和良好的水質(zhì)、通暢且相對穩(wěn)定的水沙通道、相對完整的河流生態(tài)系統(tǒng)、持續(xù)的且合理的水資源供給能力;以2007年渭河關(guān)中段“斷面—河段—河流系統(tǒng)”嵌套形成評價的時空尺度，依次構(gòu)建了渭河關(guān)中段分河段的河流健康評價指標體系。其中，林家村～魏家堡段和魏家堡～威陽段河流健康評價指標體系由22個指標構(gòu)成，咸陽～臨潼段河流健康評價指標體系由25個指標構(gòu)成，

6、臨潼～華縣段及華縣以下段河流健康評價指標體系由26個指標構(gòu)成。
　　(6)基于“近自然準則”，以“實現(xiàn)河流生態(tài)價值與人類價值平衡”的可達到的最佳狀態(tài)為目標，以2050年為時間水平，制定了渭河關(guān)中段河流系統(tǒng)由“很健康、健康、亞健康、不健康、病態(tài)”五個級別構(gòu)成的河流健康評價標準，并區(qū)分定量分級指標與定性分級指標，率定了各類指標的閾值范圍;運用河流健康評價的模糊集對分析模型對渭河關(guān)中段河流系統(tǒng)及各分段子系統(tǒng)的健康狀況進行了診斷，對評價結(jié)

7、果進行了分析，并提出了河流系統(tǒng)及各分段子系統(tǒng)維持河流健康的河流管理方向。
　　(7)基于流量與河流健康之間關(guān)系，提出了河流健康流量重構(gòu)的理論與方法，根據(jù)渭河關(guān)中段河流健康評價結(jié)果，制定了渭河關(guān)中段分河段分級別的河流保護目標，即保守保護目標、折中保護目標和最佳保護目標;以生態(tài)基礎(chǔ)流量、適宜生態(tài)流量、輸沙需水流量、自凈流量及水生生物生存需水流量為渭河關(guān)中段健康流量組分，考慮不同河段在不同時段以主導功能為核心的功能需求流量過程，并權(quán)衡流

8、量過程實現(xiàn)的可能性，重構(gòu)了不同保護目標對應的不同來水情形下的河流健康流量過程。
　　(8)以渭河關(guān)中段干支流可供調(diào)控的水利工程聯(lián)合運用為手段，并考慮跨流域調(diào)水，統(tǒng)籌河道內(nèi)與河道外水資源需求，建立了渭河關(guān)中段基于河流健康的水資源多目標自適應調(diào)控模型，構(gòu)建了不同水平年由不同調(diào)控手段組合構(gòu)成的調(diào)控方案集，通過模型求解，得到了渭河關(guān)中段河流系統(tǒng)在不同水平年不同來水、供水、需水、以及河流保護目標情形下的水資源調(diào)控方案，通過各方案的分析與比較