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篇1
1 和田绿洲概况
和田绿洲位于新疆塔里木盆地南部边缘,曾经是丝绸之路上一颗璀璨的明珠。绿洲内灌溉农业历史悠久,形成了独具特色的绿洲小气候。和田绿洲内有墨玉县、和田县、洛浦县及和田市,绿洲与沙漠交错分布,生态环境极其脆弱[3]。和田绿洲降水稀少,蒸发剧烈,光热资源丰富,属典型的大陆性干旱气候。绿洲内是以维吾尔族为主的少数民族聚居区,又是一个以灌溉农业为生存依据的经济落后地区,气候条件及人类活动所引起的变化,导致
河流径流锐减,威胁了绿洲的生存。和田绿洲年降水量3.4~100.9mm,多年平均为36.4mm,农作物依赖和田河水灌溉。和田河发源于昆仑山和喀拉昆仑山北麓,流出高山峡谷,浇灌了和田绿洲,自南向北纵贯塔北克拉玛干大沙漠,汇入塔里木河,目前是塔里木河三大源流之一。和田河多年平均流入和田绿洲的水量为44.8亿m3,由于绿洲用水以及沿程蒸发渗漏损失,注入塔里木河多年平均水量仅10.47亿m3。和田河属冰川融雪及降水混合补给型河流,丰枯与气候变化密切相关,直接影响绿洲内各种经济活动,也影响向塔里木河干流的输水。
2 气温变化
和田绿洲内有洛浦、和田、墨玉3个气象站,分析中采用了1954~2000年实测的年平均气温,以及1971~1995年的月平均气温。
2.1 气温的年际变化 表1列出了1954~1995年实测气温、比湿、降水和蒸发变化情况。由表1可知,从1954年到2000年,和田绿洲气温持续上升,增加了0.86℃,说明该段时期气候处于变暖期,与全球气候变化相一致[1]。50~60年代气温变化不大;而70~80年代气温增加显着。
表1 和田绿洲气温及水循环要素历年变化
时段
1954~1959
1960~1969
1970~1979
1980~1989
1990~2000
平均温度(℃)
平均比湿(%)
平均降水量/mm
平均蒸发量/mm
12.00
41.33
38.0
2466
12.01
42.04
34.1
2543
12.28
42.47
32.8
2649
12.42
41.96
57.6
2803
12.86
42.02
37.6
2694
气温逐年增长主要受全球气候变暖趋势的影响,同时也与绿洲内人类经济活动规模扩大有关。气候的变暖必然导致和田河流域的水循环时空的变化,依赖和田河水资源生存和发展的和田绿洲因而面临新问题。
2.2 气温年内变化 和田绿洲多年平均气温12.2℃。以多年平均值为基础分析各月气温,全年大于平均气温的时间从4月持续到10月,共7个月。用变差系数Cv作为衡量年内各月平均气温相对变化性[3],其结果见表2。其中5~9月的变率相对较小,多年来其平均气温的变化幅度在3~4.9℃,即夏季气温相对稳定,没有出现极端酷暑或凉夏的异常现象。冬季,11~2月为最寒冷季节,气温变率相对较大,极端最低气温可达到-23.2℃,比该年的月平均最低气温低10.1℃。冬季气温的急剧变化会给当地人民生活和健康带来一定的负面影响,但有利于同年的病虫害防治,农业丰收。
表2 和田绿洲多年月平均气温及其变率
月
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
年平均
最小
最大
平均
Cv
-12.1
-1.9
-4.7
-0.46
-6.8
3.2
0.0
/
6.5
10.8
8.5
0.15
14.2
19.4
16.5
0.08
18.2
23.1
20.8
0.06
22.0
26.1
23.9
0.05
22.7
27.7
25.5
0.04
22.3
26.8
24.4
0.05
17.7
20.7
19.7
0.04
10.6
14.4
12.4
0.08
1.7
7.4
4.3
0.30
-8.8
0.1
-3.0
-0.72
11.1
13.2
12.2
0.04
注:上表中温度单位为℃;Cv为系列的变差系数。
2.3 气温变化的趋势性 图1表明过去近50年来和田绿洲气温具有递增趋势。依据坎德尔(Kendall)秩次相关检验[4],当n=47,信度水平α=0.05时,检验统计量U=-2.37,其绝对值大于Uα/2=1.96,表明和田绿洲气温递增趋势明显。和田绿洲气温线性趋势回归方程为:
T=11.92+0.0147t
篇2
1.水循环示意图(图2)
该图关键点:①水之所以循环,其内因是水的固、液、气三相变化,外因是太阳能和重力能。②在三种水循环类型中,海陆间循环包括的环节多,涉及范围大,下垫面复杂(包括海洋和陆地),因而又被称为大循环,是水循环最重要的类型;海上内循环携带的水量最多,大约是海陆间水循环的10倍;陆上内循环补充陆地水的量很少。③外流区域,既有海陆间大循环,又有陆上内循环;在内流区域,主要是陆上内循环。④水循环使陆地水资源不断更新,促使地表物质迁移和能量交换,影响全球的气候和生态,塑造地表形态,即水循环具有平衡更新、迁移交换、联系调节、影响塑造的作用。⑤水是循环的,但一个区域的水资源是有限的, 其循环更新的速度也是有限的, 因此一个区域的水资源并不是“取之不尽,用之不竭”的。
2.陆地水体相互关系图(图3)
从图中看,陆地上的水体主要有大气降水、冰川、积雪、湖泊水、河流水、地下水。陆地上水体的相互关系是指陆地水体之间的运动转化及其水源补给关系。从水源补给看,大气降水(雨水)是陆地各类水体最主要的补给来源。当降水历时长、强度小,地表起伏小,土质疏松,植被覆盖率高时,大气降水有利于转化为地下水。
冰川对河流及其它陆地水体的补给是单向的;而河流水、湖泊水及地下水之间具有双向补给关系,如图4所示。但有些河流水与地下水之间并不存在双向补给关系,如黄河下游及长江荆江段因其为“地上河”,只存在河流水补给地下水的情况。
3.河流流量过程曲线图
河流流量过程曲线图是高考试题中经常出现的图型,横坐标代表时间(月份),纵坐标代表河流径流量。根据河流流量过程曲线反映的主要内容,如流量大小及季节变化、汛期出现的时间和长短、枯水期出现的时间和长短等综合分析,可得知:图5河流径流量随雨量变化,补给类型主要为大气降水,降水是河流最重要、最普遍的补给形式,在我国以东部季风区最为典型。图6河流春汛与气温有关,为季节性积雪融水补给,此类河流在我国主要分布在东北地区。图7河流径流量与气温有关,为冰雪融水(冰川和永久性积雪融水)补给,在我国主要分布在西北和青藏高原地区。图8河流径流量全年稳定,为地下水或湖泊水补给;湖泊水对河流水往往有调蓄作用,地下水对河流水的补给较普遍、稳定。
四、技巧点拨
1.人类活动对水循环影响的分析
①对地表径流的改变(最主要的影响方式):人类引河湖水灌溉、修建水库、跨流域调水、填河改陆、围湖造田等一系列针对河流、湖泊的活动,极大改变了地表径流的自然分布状态;②影响地下径流:人类开发利用地下水、改变下渗以及局部地区的地下工程建设都不可避免地影响地下径流,例如城市建设中通过增加绿地面积、铺设渗水砖、建设雨水花园等措施来控制雨洪和利用雨水;③影响局部地区大气降水,如人工降雨;④影响蒸发,如植树造林、修建水库可增加局部地区的水汽供应量,地膜覆盖可减少农田的水分蒸发。
2.河流水文特征的描述及分析
掌握河流的水文特征要把握“五大特征(流量、水位、汛期、含沙量、结冰期)和五大成因(地形、气候、植被、土壤、人类活动)”。
①流量,大小主要取决于河流的补给量与流域面积的大小,变化主要取决于补给方式。②汛期(水位),包括丰水期、枯水期的时间、汛期长短等,主要与补给方式和河道特征有关。河流流量相同的情况下,河道的宽窄、深浅影响水位的高低。③含沙量,与流域内植被状况、地形坡度、地面物质结构及降水强度等有关。一般来说,坡度越大、物质越疏松、植被覆盖越差、降水强度越大,河流含沙量就越大。④结冰期,用有或无、长或短来描述,取决于冬季气温的高低。冬季气温在0℃以下、从低纬流向高纬的河段,可能发生凌汛。
同时还要注意几点:一是水文特征与水系特征的区别,水系特征主要包括河流的源地、流向、长度、落差、支流(多少、形状)、流域面积、河道特征(宽窄、深浅、曲直)等;二是季节变化和年际变化的区别,如我国西部地区的河流流量季节变化大,但年际变化小;三是分析径流变化的原因时注意时间限制条件,几十年和几年的变化原因可能不同,“几十年”还可能有气候变化的原因。
3.水资源问题的分析
①水资源利用的突出问题。即水资源短缺问题,应从“供求”关系分析,如图9所示。
②水资源持续利用的措施。从两方面分析:一是开源措施(合理开发和提取地下水;修筑水库,调节水资源的季节分配;开渠引水,调节水资源的空间分布;海水淡化、人工增雨等),二是节流措施(加强宣传教育,提高节水意识;改进农业灌溉措施;提高工业用水的效率等)。
五、典题精练
(2016年全国Ⅲ卷)图10所示山地为甲、乙两条河流的分水岭,由透水和不透水岩层相间构成。在生态文明建设过程中,该山地被破坏的森林植被得以恢复,随之河流径流量发生了变化,河流径流的年内波动也减缓了。据此完成1~3题。
(1)森林植被遭破坏后,河流径流量年内波动强烈,是由于:
A.降水更多转化为地下水
B.降水更多转化为坡面径流
C.降水变率增大
D.河道淤积
(2)森林植被恢复后,该山地的:
①降水量增加 ②坡面径流增加 ③蒸发(腾)量增加 ④地下径流增加
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
(3)如果降水最终主要转化为河流径流,那么森林植被恢复后,甲、乙两条河流径流量发生的变化是:
A.甲增加,乙减少,总量增加
B.甲减少,乙增加,总量增加
C.甲增加,乙减少,总量减少
D.甲减少,乙增加,总量减少
解析:该题组以近年来的热点话题“生态文明建设”为背景,考查人类活动对水循环的影响,进而考查对河流水文特征的影响。理解植被覆盖率的高低对水循环环节(下渗、蒸发、地表径流等)的影响是正确解答该题的关键。森林植被破坏后,蒸发和蒸腾减弱,下渗减少,地下径流减少,坡面上的地表径流增加,则河流径流量增大。森林植被恢复后,则相反。图中由于透水岩层向乙河倾斜,森林植被恢复后,雨水下渗到透水岩层后,随倾斜岩层汇入乙河,乙河径流量增加。参考答案分别为B、C、D。
篇3
水是重要的自然资源,是人类赖以生存和社会发展的必要资源。随着社会经济的发展,“水危机”日益显现,人们对于水资源的开发利用研究也经历了由低级向高级发展的过程。起初人们对水资源的研究仅仅局限于对水资源的开发利用,研究水资源的时空分布规律和运动规律,即着重于水资源自然属性的研究。随着社会的发展,特别是现代科技革命,使人们对水资源的研究产生了一个质的飞跃,逐步从水资源自然属性的研究过渡到水资源社会经济属性的研究,从社会经济系统的角度广泛开展水资源合理开发利用研究,这些研究领域包括水资源与经济发展关系的研究、水环境安全的研究、水权水价的研究、水资源管理体制的研究等。
2 水循环经济的概念与特征
2.1 水循环经济的概念
水循环经济首先是一种先进的水资源经济发展模式,它是建立在社会水循环系统分析的基础上,遵循循环经济的思想,按照水资源节约、水环境友好的原则,使人们在生产和生活过程中,在水资源开发利用的各个环节,始终贯穿“减量化、再利用、再循环”的原则,重视采用新技术、新材料、新工艺,并以完善的制度建设、管理体制、运行机制和法律体系为保障,提高水的利用效益和效率,最大限度地减轻和降低污染,从而实现社会发展的最终可持续性。
2.2 水循环经济的特征
根据水循环经济的定义,通过传统水资源利用模式和水循环经济模式的对比分析可以得出,水循环经济作为一种先进的经济发展模式具有如下特征:
2.2.1发展目标上追求效率、效益和可持续的统一性
水循环经济模式在发展目标上追求水资源利用的效率、效益和可持续性三者的统一,要求水资源利用模式必须按这三大目标进行重新构建。
(1)效率特征要求水资源利用注重节水,在不降低人民生活质量和经济社会发展能力的前提下,采取综合措施减少用水过程中的损失、消耗和污染,高效利用水资源。
(2)效益特征表现在中观上水资源配置的高效益,要构建节水型经济系统和节水型社会系统。
(3)可持续性是指水资源利用充分考虑了对生态环境的保护,不以牺牲生态环境为代价,这是水循环经济模式追求的最高目标。
2.2.2管理环节上追求供水、用水和排水等环节的健康循环
发展水循环经济的最终目的是为人类提供健康的水资源生存环境,水循环经济要求水资源利用的各个环节和途径都应追求健康循环,且贯穿于整个水的社会循环过程中。水循环经济需要贯彻以下三个基本原则:
输入端的减量化原则(Reduce)。要求在供水环节,减少进入生产和消费流程的水资源量,即用较少的水资源投入满足既定的生产或消费需求,在经济活动的源头就做到节约水资源和减少污染。
过程控制的再利用原则(Reuse)。为了提高水资源的利用效率,要求从上一工序或过程排出的水资源能够直接为下一工序或过程所用,水资源在生产过程中尽量多次重复利用。
输出端的再循环原则(Recycle)。要求生产和消费过程中的污水重新变成可以利用的资源而不是无用的废水。
2.2.3利用手段上追求科学技术、经济与行政手段的一体化
先进的科学技术是循环经济的核心竞争力,如果没有先进技术的输入,水循环经济所追求的经济和环境多目标将难以从根本上实现。
有效的经济政策是水循环经济发展的重要推动力和必要保障。水循环经济发展模式要求应充分发挥市场机制对水资源配置的基础作用,充分利用价格、税收和财政等各种经济手段,实现符合水循环经济发展要求的3R原则。
法律和法规作为一种强制手段可以有效地推动水循环经济的发展,也是所有发达国家普遍采用的重要手段,是水循环经济发展模式在管理手段上的重要特点。
3 水资源再利用模式
水资源再利用模式的选择体现在水循环体系的各个环节之中,包括供水、生产和生活用水、污水资源化、雨水利用等。其目的很清楚,一是节水,减少对自然水资源的索取;二是减少排放,减少对自然水生态的扰动。水资源再利用模式在人类实践中早有应用,如节水器具,节水的绿色建筑,还有各种中水的回用等。总体来看,对这些模式的研究和分析还不够深入,没有更好地提炼总结,尤其是从经济学角度的分析还有待加强。
3.1节约用水模式。长期以来我国农业采用大漫灌的灌溉方式,用水量大,利用率低,浪费严重。可见,我国农业节水潜力相当可观,应大力研究和分析农业节水模式,通过节水灌溉和节水农业相结合的办法实现农业节水。要加强对工业行业节水的经济学研究,通过产业布局的调整和产业结构的调整,达到水资源节约利用和水环境污染控制的目的。在城镇,要加强水的循环利用研究,控城镇生活的用水浪费,减少城市给水管网和用水器具漏水损失,充分发挥节水的潜力。要研究和分析各种节水模式的成本和效益,通过成本和效益的比较,选择最优的节约用水模式。
3.2清洁生产模式。近年来,世界上大力推广清洁生产,广泛采用循环利用经过处理的工业废水。由于采取这一措施,20年来,日本和德国的工业用水的数量没有增加。美国钢铁业在每吨钢需要的280 t水中,只有14 t是注入的新水,其余用的都是循环水。至2000年,我国工业废水的重复利用率已经达到70%以上,但与世界先进水平的90%~95%相比,还有不少的差距。根据我国目前的工业用水效率预计,2020年我国工业的年用水量将由现在的1100亿m3增加到2000亿m3,增加用水量约1倍。这就要求我们必须重视工业用水过程的研究,多角度地选择清洁生产模式,改进工艺和流程,进一步提高多次重复循环用水,提高用水的效率。
3.3污水资源化模式。工业废水资源化的观念是对传统工业废水末端治理的革命,是工业废水治理的努力方向;城市生活污水的处理可以考虑变集中处理为分散处理,分散处理的主要场所是居民住宅的屋顶。通过在城市建立中水系统,将生活、生产污水处理之后再次使用,从而节约大量的日常用水。经处理过的回用中水,主要可用于冲厕、体育场馆、高尔夫球场、浇灌花草树木、清洁道路、清洗车辆或基建施工、设备冷却、工业用水及其他可接受其水质标准的用水。我国90%以上的城市水域遭到污染,城市污水(包括生活污水和工业废水)以每年6.5%的速度增加,预计到2020年城市污水产生量将达到600亿t以上。因此,污水资源化应是我国21世纪城市水循环经济的着眼点,需要大力研究污水处理技术水平和污水资源化应用的方向。
3.4雨水资源化模式。由于自然和历史的原因,在我国北方地区,尤其是西北黄土高原的部分地区极度缺水。按可利用水资源统计,当地人均可利用水资源占用量只有110 m3,是全国人均可利用水资源占有量(720m3)的15.3%,是世界人均可利用水资源占有量(2970m3)的3.7%。目前在我国的西部地区有近1000万人的饮用水极度困难。数百年来,西部地区居民积累了丰富的雨水汇集和利用的经验,使他们得以在这里生存。面对发展的需要,这种传统的集水方式受到了资金短缺的制约。为此,今后需要大力开展对西北地区雨水利用方式、雨水利用投融资方式等方面的研究。
3.5海水淡化模式。我国拥有1万8000多公里的海岸线和300多万平方公里的海洋管辖区,海水利用和淡化是解决淡水紧缺问题的有效途径。据测算,中国城市的用水中约80%是工业用水,工业用水中约80%是工业冷却用水。如果能够用海水替代现有工业冷却用淡水总用量的30%,就可以使沿海城市节约近20%的淡水资源,同时减少冷却水对环境的污染。我国的海水淡化起步于20世纪60年代,目前在技术上还不够成熟。今后,需要加强对海水淡化技术、海水对工业设备的腐蚀、海水淡化成本与效益、海水淡化产业化等方面的研究,使海水淡化利用成为我国解决缺水问题的重要选择之一。
4 水资源再利用技术的创新
“节流”与“开源”是解决水资源短缺的两个主要途径,在水资源供应不断减少的今天,其核心在于水的循环利用,即通过污水资源化、雨水资源化、节约用水等措施,增加水资源的间接供应,尽量减少水的使用量,这样不仅可以减少无效需求,减轻供水压力,还可以相应减少污水排放和污水处理的负担,减少对环境的污染。为此,循环用水可以说是实现水资源可持续利用的重要战略措施。循环用水需要采取工程、技术、经济和管理等各项综合措施,特别需要不断更新的污水处理技术、节水技术与设备的支持。
技术创新是为了实现一定的系统目标,考虑系统内外客观因素的制约,对各种可能得到的技术手段进行分析比较,不断研究和寻找新的最佳方案。对水循环经济的技术创新研究,主要是从事技术科学的学者,要将水循环经济的理念与思路引入水的供应、输送、使用、排放、处理和回用等过程中,通过对循环过程中水资源消耗、水循环利用、污水处理、水污染排放的分析,提出减量化、再使用、再循环的工程流程或技术建议。
例如,在社会经济系统中,各用水部门与行业都存在节水技术与相关设备;在污水处理厂,要实现污水的资源化利用,必须不断更新处理设施和技术,以提高污水的处理水平;同样,要实现污水的循环利用,需要对饮用水、循环水的管道系统进行技术改造。从经济学的角度看,还需要考虑不同技术项目的成本与效益,如引入新的生产流程与工艺所需要的投入及预期产出。从企业和区域社会经济发展来看,还要对比分析采取水循环技术的长期成本和短期成本,从而确定水循环技术的可行性。这些工作,需要根据各地的水资源条件、经济社会发展状况、科学技术水平等因素,对各类循环水的技术和设备进行系统的分类,并提出相关的技术识别评价指标,为水循环经济的发展提供理论指导。
5 水循环经济管理体制及经济机制
长期以来,我国实行水资源分部门管理的体制,水量与水质、地表水与地下水等分割管理,水资源的分割管理导致部门职能交叉、政出多门、推萎扯皮、管理效率低下等诸多弊端。随着社会经济近年来的快速发展,不少地区的水短缺和水污染等水问题日显严重,传统的水资源分割管理模式越来越成为制约水资源可持续利用的障碍。加强水循环经济管理体制和经济机制问题的研究是实践水循环经济工作的突破口,更是实现社会经济可持续发展目标的迫切要求。水循环经济管理体制和经济机制的研究包括循环水权制度的研究、循环水权交易市场的研究、循环水价的研究、水循环经济政府财政和税收的研究、有关循环水的法律法规的建立和完善研究等。
6 结论
我国是一个水资源严重缺乏的国家,迫切需要在包括工业、农业等在内的各个领域引入水与资源可持续利用的概念与技术。通过水循环与资源的回收,不仅可以节约水和资源,减少对环境的依赖,还可以最大限度地减少废水排放,保护环境。因此,建立水循环经济与水资源再利用体系研究是非常有意义的。
参考文献:
篇4
水循环是指自然界的水周而复始连续运动的过程。它是自然界最活跃的物质循环之一。水循环的主要环节是蒸发、水汽输送、降水、下渗和径流。水循环的类型及其比较如下表。
2.水循环的地理意义。
维持全球的水量平衡,促进水资源的更新;密切联系构成地理环境的其他圈层,并在它们之间产生物质迁移和能量交换;不断地塑造、改变地表形态。
二、2013年高考对水循环知识考查的角度、能力分析
1.流域开发及重大水利工程对水循环的影响。
大规模的生产开发及水利工程建设对自然环境造成了巨大影响,高考结合生产、生活中的实际问题,以各种流域示意图及流量变化统计图为载体,重点考查考生从地图中提取地理信息有效内容和价值的能力及对地理信息进行分析与整合的能力。
例1.(2013年高考全国大纲文综卷)在太行山南段东麓相邻的两条间歇性河流上分别建有甲、乙水库,它们的汇水面积大体相等。2009年雨季,乙水库入库水量912万立方米,甲水库却几乎没有入库水量。据此完成3~4题。
3.甲、乙两水库上游流域( )
A.河流以地下水补给为主 B.自然植被为针阔叶混交林
C.降水集中于7、8月份 D.位于半干旱区
4.2009年雨季,甲水库无入库水量是因为其流域( )
A.几乎没有降水 B.植被截留降水
C.降水大量下渗 D.人工拦截径流
答案:3.C 4.D
试题立意:本组题主要考查太行山南段东麓自然地理环境特征和影响河流流量、补给的因素。
解题思路:第3题,太行山南段东麓位于我国华北地区,7、8月份夏季锋面雨带到达华北地区,带来丰富降水。该地气候属于温带季风气候,河流补给主要以雨水补给为主,植被为温带落叶阔叶林,位于半湿润地区。故选C。第4题,两水库均在太行山南段东麓,气候类型、雨季和降水类型等自然条件相差不大,材料中明确提示:进入雨季,两地中一个水库有补给水源而另一个水库几乎没有补给水源,两水库相差甚大,说明是由于人为因素的影响造成的。故选D。
例2.(2013年高考江苏地理卷)为缓解“昆明水少、滇池水脏”的问题,云南省已建成螳螂川、牛栏江调水工程,并规划建设金沙江调水工程,如图13所示。读图回答23~24题。
23.“滇池水脏”与滇池水体更新周期长有关。滇池水体更新周期长的主要原因有( )
A.流域面积小,汇入水量少
B.季风气候,径流季节变化大
C.水体总量大,进出水量小
D.全年高温,湖水蒸发量大
24.跨流域调水工程对滇池流域的主要影响有( )
A.改变滇池流域降水总量 B.提高滇池水体自净能力
C.减少昆明污染物排放总量 D.缓解昆明用水紧张状况
答案:23.AC 24.BD
试题立意:本组题考查影响陆地水体更新自净能力的因素、人类对水循环的影响,以及考生对于地理信息的获取和处理能力。
解题思路:第23题,本题问的是滇池水体更新周期长的原因,也就是水循环速度较慢的原因。“季风气候,径流季节变化大”,对于水体更新周期影响不大,排除B;全年高温,有误(昆明四季如春),蒸发量大应为更新快、周期短的原因,排除D。故选AC。第24题,跨流域调水主要影响地表径流,不会改变流域的降水总量,排除A;跨流域调水并不能减少昆明污染物的排放总量,排除C;材料中有“为缓解‘昆明水少、滇池水脏’的问题”的叙述,选择B;跨流域调水,可以解决昆明水少的问题,选择D。故选BD。
2.结合区域自然地理空间分布特征,综合考查水循环过程中各要素的特点和水循环的地理意义。
这类试题体现了高考对于地理知识的综合考查,要求考生调动和运用地理主干知识,并与试题建立正确的联系,从而准确分析地理问题。
例.(2013年高考安徽文综卷)图8为伏尔加河主要流经地区示意图。完成26题。(节选)
26.从水循环的过程和地理意义看,伏尔加河( )
①流域内总体上蒸发旺盛 ②流域的部分降水源自西风带 ③河水主要参与陆地内循环 ④使东欧平原总体趋于高低不平 ⑤促进里海的水分和热量平衡
A.①②④ B.①③⑤
C.②③⑤ D.②④⑤
答案:26.C
试题立意:本题考查考生从区域地理环境图中提取、整合信息的能力与调用知识分析地理现象的能力。本题综合性较强,综合考查区域自然地理环境特征、水循环及其意义、河流的补给方式、气压带和风带对地理环境的影响以及地理环境的整体性。
解题思路:伏尔加河流域纬度较高、气温较低、蒸发作用弱,排除A、B;伏尔加河注入里海(里海是世界最大的内陆湖泊),属内流河,故河水主要参与陆地内循环,促进了里海水热平衡;因欧洲西部平原宽广,来自大西洋的西风可带来一定降水;流水作用属于外力作用,对地表主要有侵蚀、搬运、沉积作用,总的作用是削高填低,使地表趋于平坦,排除D。故选C。
3.结合降水量统计图,从时间角度考查影响水循环的因素及气候对水循环的影响。
例.(2013年高考四川文综・地理卷)图3是北半球亚热带某地降水量逐月累计曲线图。读图回答5题。(节选)
5.该地水循环最活跃的季节是( )
A.春季 B.夏季 C.秋季 D.冬季
答案:5.D
试题立意:本题利用统计图综合考查了气候类型及水循环的知识。
解题思路:由图3可知5―9月曲线较平缓,说明这个季节(夏季)总体上降水较少;冬季曲线较陡,说明该季节降水较多。结合题干中的“北半球亚热带某地”可以判读该地气候属于地中海气候,冬季降水量大,所以降水、径流等环节活跃。故选D。
三、模拟训练
1.关于下页图中四地所在区域水循环的叙述,正确的是( )
A.甲地区河流蒸发是当地降水的主要水汽来源
B.乙地区降水丰富,主要参与内陆循环
C.乙、丙是四地区中水循环最活跃的地区
D.东南季风参与甲、丁两地的水汽输送
读我国南方低山丘陵区某小流域水循环示意图(如右图),完成2~3题。
2.因人类某种活动,使蒸腾作用显著减弱时,可能直接导致( )
A.降水量增加 B.地表径流增加
C.蒸发量不变 D.地下径流增加
3.为了促使该流域水资源日益丰富,下列措施中效果最不明显的是( )
A.封山育林 B.退耕还林 C.修筑梯田 D.修建水库
下图是某城市建设前后水量平衡示意图,读图完成4~5题。
4.城市建设导致了当地( )
A.地下水位上升 B.地表径流汇集速度减慢
C.蒸发量增加 D.汛期洪峰流量加大
5.城市建设后,地表径流发生变化的主要原因是( )
A.生活用水量增加 B.植被覆盖率增加
C.下渗量减少 D.形成了城市热岛效应
下图为三江平原水循环简图。读图完成6~7题。
6.图中缺少的水循环环节是( )
A.降水 B.地下径流 C.蒸发 D.水汽输送
7.图示区域曾由“北大荒”变为“北大仓”,图中受人类活动显著影响的水循环环节是( )
A.①②④ B.②③⑤ C.①③④ D.②④⑤
8.据悉,2011年6月22日9时至23日16时,重庆万州区出现了当年以来最大的一次强降雨,导致山洪暴发、河水猛涨、山地滑坡、农田淹没、房屋倒塌、交通中断,损失较为严重。这次暴雨发生时,右图中的水循环环节出现异常的主要有( )
A.a、c B.b、c、d C.a、b、c、d D.a、b、c、d、e
9.河流与湖泊具有水源互补的功能。下页四幅图中(箭头表示水源补给方向),正确表示河流汛期的是( )
a b c d
A.a B.b C.c D.d
水的社会循环是指在水的自然循环当中,人类不断利用其中的地下径流或地表径流满足生活与生产之需而产生的人为水循环。读下图,完成10~12题。
10.水的社会循环( )
A.包含了水的自然循环 B.加速了水的自然循环
C.对陆地水体有更新作用 D.会对水的自然循环造成负面影响
11.图中来源于用户的潜在回用水源包括( )
A.降水、地下水、地表水 B.供水厂提供的自来水
C.可循环使用的清洁冷却水 D.经污水处理厂处理后的中水
12.污水再生回用( )
A.是解决城市水资源短缺的有效途径 B.只适用于城市
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地球环境变化和人类活动的影响改变了水的自然循环规律, 加剧了我国水资源的供需矛盾,许多地区出现了水环境与水生态恶化的严重局势。地表水、地下水及人工侧支循环水等各类水资源转化频繁,狭义的水资源概念与传统的水资源评价方法已显不适。
20世纪80年代中期以来,随着计算机技术、地理信息系统和遥感技术的发展,从水循环过程的物理机制入手并考虑水文变量的空间变异性问题,即分布式流域水文(水循环)模型或称“白箱”模型的研究在国内外受到广泛重视,涌现出许多分布式或半分布式模型,如SHE模型、IHDM模型及TOPMODEL模型等(参见文献1)。另外,全球大循环(GCM)研究对陆地地表过程模拟提出了越来越高的要求,土壤-植物-大气连续体(SPAC)研究受到重视,出现了各类SVATS(土壤-植物-大气通量交换方案)模型,从另一方面加强了水循环的研究。本文使用“流域水循环模拟”而不是“流域水文模拟”,意在强调需要将流域水循环系统的所有要素过程联系起来研究而不仅仅是产汇流模拟。
分布式流域水循环模拟能够回答水在时空间上如何移动和转化、什么样的工程与管理措施才能减少无效耗水以及人与生态如何分水等问题,而且其模型参数具有物理意义、可根据测量和下垫面条件进行推算。因此,基于物理机制的分布式流域水循环模型的研究与开发具有重要意义,在以下几个方面具有不可替代的作用:(1)预测未来环境变化下的流域水资源演变趋势,(2)分析人类活动的影响与各类对策的效果,(3)借助各类遥测技术在缺乏地面观测资料流域进行水文分析与预测,(4)为流域水资源评价与配置、洪水预报调度、水环境评价、水土流失监督治理及水生态环境分析等各专业应用提供强力支持。
二、WEP模型的开发与验证
本文作者从1995年起从事分布式流域水循环模拟研究,开发了网格分布式流域水循环模型WEP (Water and Energy transfer Process) 模型(参见文献2至4)。该模型以长方形或正方形网格为计算单元,便于使用GIS和卫星遥感数据,并具有物理概念强、计算精度高和速度快等特点,已在日本谷田川等多个流域得到验证,正在日本战略性创造研究推进事业项目(CREST)“都市生态圈、大气圈和水圈中的水量能量交换”课题中使用,并正在我国的几个流域进行验证中。WEP模型2002年10月获日本国著作权登录,并可从互联网上下载,详见pwri.go.jp/team/suiri/yata-r/index_e.html。虽然WEP模型还包括水质模拟模块,受篇幅所限,这里仅就WEP模型的水循环模拟部分的开发与验证情况做简要介绍。
1.1 WEP模型的开发 为提高计算效率,WEP模型对非饱和土壤水运动的模拟采取了比SHE模型简化的算法,但强化了对植物生态耗水与热输送过程的模拟,对水热输送各过程的描述大都是基于物理概念。
(1)模型结构。各网格单元的铅直方向结构如图-1(a)所示。从上到下包括植被或建筑物截留层、地表洼地储留层、土壤表层、过渡带层、浅层地下水层和深层地下水层等。状态变量包括植被截留量、洼地储留量、土壤含水率、地表温度、过渡带层储水量、地下水位及河道水位等。主要参数包括植被最大截留深、土壤渗透系数、土壤水分吸力特征曲线参数、地下水透水系数和产水系数、河床的透水系数及坡面和河道的糙率等。为考虑网格内土地利用的不均匀性,采用了“马赛克”法即把网格内的土地归成数类,分别计算各类土地类型的地表面水热通量,取其面积平均值为网格单元的地表面水热通量。土地利用首先分为水域、裸地-植被域、不透水域三大类。裸地-植被域又分为裸地、草地与耕地、树木3类、不透水域分为都市地表面与都市建筑物。另外,为反映表层土壤的含水率随深度的变化和便于描述土壤蒸发、草或作物根系吸水和树木根系吸水,将裸地-植被域的表层土壤分割成3层。
(a)
(b)
图-1 WEP模型的结构:(a)网格单元内的铅直方向结构,(b)平面结构
WEP模型的平面结构如图-1(b)所示。首先,为追迹计算坡面径流,根据流域数字高程(DEM)及数字化实际河道等,设定网格单元的汇流方向(落水线)。然后,将坡面径流沿着落水线用1维运动波法由流域的最上游端追迹计算至最下游端。关于各支流及干流的河道汇流计算,视有无下游边界条件采用1维运动波法或动力波法由上游端至下游端追迹计算。地下水流动采用多层模型进行数值解析,并考虑其与地表水、土壤水及河道水的水量交换。
(2) 水循环过程的模拟。蒸发蒸腾包括植被截留蒸发、土壤蒸发、水面蒸发和植被蒸腾等。WEP模型按照土壤-植被-大气通量交换方法(SVATS)、采用Penman-Monteith公式详细计算了蒸发蒸腾。由于蒸发蒸腾过程和能量交换过程客观上融为一体,地表附近的辐射、潜热、显热、热传导及地表温度的计算不可缺少。为减轻计算负担,热传导及地表温度的计算采用了强制复原法(FRM)。GREEN-AMPT入渗模型物理概念明确,所用参数可由土壤物理特性推出,并已得到大量应用验证,因此,WEP模型采用GREEN-AMPT铅直一维入渗模型模拟降雨入渗及超渗坡面径流。GREEN-AMPT模型仅适用于降雨入渗过程。而非降雨期的表层土壤(通常是非饱和状态)水分量的再分配将影响到降雨入渗时的初期水分量、土壤和植被的蒸发蒸腾和对浅层地下水的补给等,为减轻计算负担,WEP模型将表层土壤分成数层,按照非饱和状态的达西定律和连续方程进行计算。 在山地丘陵等地形起伏地区,同时考虑坡向壤中径流及土壤渗透系数的各向变异性。地下水流动采用多层模型进行数值解析。浅层地下水运动按照BOUSINESSQ方程进行二维数值计算,源项包括表层土壤的降雨补给、地下水取水、深层渗漏及地下水溢出(或来自河流的补给)等。在河流下部及周围,河流水和地下水的相互补给量根据其水位差与河床材料的特性等按达西定律计算。为考虑包气带层过厚可能造成的地下水补给滞后问题,在表层土壤与浅层地下水之间设一过渡层,用储流函数法处理。另外,WEP还考虑了雨水人工储留渗透设施的模拟、防灾调节池的计算及水田的模型化等。
2.2 WEP模型的验证
WEP模型先后在日本东京的多摩川中部流域(578 km2)、千叶县海老川流域(27 km2)及茨城县谷田川流域(166 km2)得到验证和应用。其中,海老川流域是高度都市化的流域,谷田川流域是农地与人工林地为主的自然流域,多摩川中部流域是半都市化半自然的流域。WEP模型的模拟结果示例见图-2至4。可以看出,WEP模型不仅对流量,而且对地下水位及土壤水分等均有良好的模拟结果。验证后的WEP模型曾用来分析都市化对东京都水热收支及水热通量的空间分布的影响,评价雨水人工储留渗透设施和防灾调节池对流域水循环的改善作用,研究水田的维持河川枯水流量及滞洪效果等(参见文献2至4)。
WEP模型具有较高的计算效率。以谷田川流域的计算为例,共有16661个计算网格单元,计算时段步长采用1小时,在CPU为1.4GHZ的微机上,一年的计算时间约为3小时。
图-2 WEP模型的流量模拟结果示例(谷田川流域)
图-3 WEP模型的地下水位模拟结果示例(海老川流域)
图-4 WEP模型的土壤水分模拟结果示例(海老川流域)
转贴于 三、分布式流域水循环模拟面临的难题与对策 分布式流域水循环模拟在我国推广应用所面临的主要难题有:(1)水文变量及参数的空间变异性与尺度问题。我国流域尺度大、人类活动影响深。可根据流域不同地区的地形地貌特点,分区选取不同的计算网格步长,然后根据网格内土壤等参数的概率分布规律考虑其空间变异性对产汇流的影响。(2)水循环的动力学机制的描述和计算量大之间的矛盾。水循环的许多过程如降雨时的入渗和地表径流过程变化快,描述这些过程常需要日以下的时间步长。如果所有过程所有时期均采用很短的时间步长,计算量将很大。因此,采用变时间步长,即针对不同过程及同一过程的不同时期采用不同的时间步长,将是缓解矛盾的对策之一。(3)下包气带过厚滞后了降雨对浅层地下水的补给问题。我国许多地区特别是干旱半干旱地区的浅层地下水位往往很深,和地表之间存在很厚的包气带,滞后了降雨对浅层地下水的补给。可通过典型调查和观测,采取滞后曲线法、储留函数法等方法来解决。(4)资料收集难与数据不足问题。分布式水循环模拟需要大量的基础数据。虽然我国的水文气象观测、地质调查与资料整编等基础工作开展较早、质量较高,但目前仍存在资料收集难与数据不足问题。
四、结束语 分布式流域水循环模拟和GIS、DEM和各类遥测技术相结合,解决水资源评价、洪水预报调度、水土流失、水污染以及水生态等各种生产实际问题,近年来已成为跨学科的国际研究前沿。国际水文学会(IAHS)2002年将“观测资料缺乏流域的预测(PUBs)”提议为下一个国际水文十年研究计划。欧美国家已开发出分布式流域水循环模拟与流域水资源管理、污染物运移或土壤侵蚀流失计算等耦合的应用系统,如美国USGS 的MMS 系统、欧洲的SHETRAN模型等。因此,加快开发适应我国自然地理特征与气候特点的各类基于GIS的耦合式应用系统显得十分重要。此外,考虑到我国流域尺度大、人类活动影响深、环境复杂多变的实际情况,虽然传统的以率定参数为本的集总式水文模型无法客观地描述产汇流机制和预测人类活动带来的影响,但完全按数学物理方程模拟又受计算量的限制和尺度问题的困扰,因此基于物理概念和变时空步长的分布式流域水循环模型将是未来的发展方向。
参考文献 [1] Singh V.P. and D.A Woolhiser, Mathematical modeling of watershed hydrology,Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, Aug.,2002,Vol.7, No.4, 270-292
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2.运用示意图,说出水循环的过程和主要环节,说明水循环的地理意义。
3.以某流域为例,分析该流域开发的地理条件,了解流域开发的基本内容与综合治理的对策措施。
二、考点解读
考点一:理解水体的补给关系
从运动更新的角度看,陆地上的各种水体之间有着水源相互补给的关系。
1.表解河流水的补给类型、特点及影响因素。
2.辩证地认识河流水与地下水、湖泊水之间存在的互补关系。
(1)图解陆地水体类型及补给关系。
(2)警示特殊现象。
有些河流水与地下水之间并不一定存在互补关系,如黄河下游、长江荆江段因其为“地上河”,只存在河流水补给地下水的情况。
3.掌握河流流量过程曲线图的判读要领。
(1)流量过程曲线反映的主要内容:①流量的大小。②从曲线变化幅度了解水量的季节变化。③从曲线高峰期了解汛期出现的时间和长短。④从曲线低谷期了解枯水期出现的时间和长短。
(2)从流量过程曲线分析原因: ①流量是由河流来源决定的。②洪水期出现在夏秋、枯水期在冬春的河流,一般多为雨水补给,但地中海气候区河流刚好相反。③汛期出现在夏季的河流,除雨水补给外,也可能有冰川融水补给。④春季和夏季出现两个汛期的河流,除雨水补给外,还可能有季节性积雪融水补给。⑤河流在冬季断流可能是河水封冻的缘故,而内流河往往是由于气温低,冰川不融化,没有冰川融水a给所致。⑥曲线变化和缓,多为地下水补给,也可能是热带雨林气候区或温带海洋性气候区的河流。
考点二:描述和阐释河流的水文特征
河流的水文特征,包括“三量两期一价值”。“三量”即河流径流量(大小及季节变化)、含沙量和水能资源蕴藏量;“两期”,即汛期、有无结冰期;“一价值”,即航运价值。
1.径流量大小及其季节变化。
径流量大小及其季节变化取决于河流补给类型。
(1)以雨水补给为主的河流流量季节变化由降水特点决定。
①全年稳定型:热带雨林气候区和温带海洋性气候区的河流径流量大,径流量时间变化很小。
②夏汛冬枯型:热带草原气候区和(热带、亚热带、温带)季风气候区的河流径流量时间变化较大,形成夏汛。季风气候区的河流汛期长短取决于雨季长短。温带季风气候区较高纬度地区的河流除雨水补给外,还有春季积雪融水补给,形成春汛,一年有两个汛期,河流汛期会较长。但是由于夏季风势力不稳定,降水季节变化和年际变化大,河流径流量的季节变化和年际变化均较大。
③冬汛夏枯型:地中海气候区的河流径流量时间变化较大,且形成冬汛。
(2)以冰川融水补给和季节性冰雪融水补给为主的河流,流量变化由气温变化特点决定。我国西北地区的河流夏季流量大,冬季断流;我国东北地区的河流在春季由于气温回升导致冬季积雪融化,形成春汛;以冰川融水补给为主的河流(河段)的径流量季节变化较大而年际变化较小。
(3)径流量大小还与流域面积大小以及流域内水系情况有关。
2.含沙量大小。
含沙量的大小与植被覆盖情况、土质状况、地形、降水特征和人类活动有关。
(1)植被覆盖差,地势起伏大,降水强度大的区域,河流含沙量大;反之,含沙量小。
(2)人类活动主要是通过影响地表植被覆盖情况而影响河流含沙量大小。
3.水能蕴藏量。
水能蕴藏量大小由流域内的河流落差和河流水量决定。
(1)河流落差受地形影响。地形起伏越大,落差越大,水能资源越丰富。
(2)河流水量受气候和流域面积影响。降水越多,流域面积越大,河流水量越大,水能资源越丰富。
(3)河流中上游河段落差大,水量大,一般以开发水能为主。
4.汛期及长短。
(1)外流河汛期出现的时间和长短,直接由流域内降水量的多少、雨季出现的时间和长短决定;冰雪融水补给为主的内流河则主要受气温高低的影响,汛期出现在夏季。例如,我国东部季风气候区的河流都有夏汛,东北地区的河流除有夏汛外,还有春汛;西北地区的河流有夏汛。此外,有些温带地区流向高纬的河流有凌汛现象。
(2)流域内雨季开始早结束晚,河流汛期长;雨季开始晚,结束早,河流汛期短。例如,我国南方地区河流的汛期长,北方地区河流汛期较短。
5.有无结冰期。
有无结冰期由流域内气温高低决定。月均温在0℃以下的河流有结冰期,0℃以上的无结冰期。例如,我国秦岭―淮河以北的河流有结冰期,秦岭―淮河以南河流没有结冰期。有结冰期的河流才可能有凌汛出现。
6.河流的航运价值。
(1)河流的航运价值由地形和水量决定。地形平坦,水量丰富的河流航运价值大,因此,河流中下游一般以开发河流航运为主。(2)河流无结冰期,水位季节变化小,能保证四季通航。(3)天然河网密度大,有运河沟通,能四通八达。(4)内河航运可与其他运输方式连接,即联运价值大。(5)区域经济状况对运输的需求大,河流航运价值大。
考点三:掌握水循环的过程、环节和意义
1.驱动水循环的两大能量:一是太阳能,二是水的重力能。
2.识记水循环的主要环节名称。
(1)垂直方向:蒸发(A、I)、植物蒸腾(F)、降水(B、D)、下渗(H)。(2)水平方向:水汽输送(C)、地表径流(E)和地下径流(G)。
3.解读水循环的主要类型、主要环节及其意义。
误区警示:外流区域既发生海陆间循环,又存在陆地内循环,但以海陆间循环为主;内流区域以内循环为主。
4.说明水循环的地理意义。
维持了全球水的动态平衡; 缓解不同纬度热量收支不平衡的矛盾; 使地球各个圈层之间、海陆之间实现物质迁移与能量交换;水循环影响全球的气候和生态,并不断塑造着地表形态。
5.理解人类活动对水循环的影响。
(1)人类活动影响水循环的四个环节。
人类对水循环的影响主要体现在:①影响地表径流,如引水灌溉、修建水库、跨流域调水等。②影响地下径流,如雨季对地下水的人工回灌,抽取地下水灌溉等。③影响降水,如人工降雨等。④影响蒸发,如植树造林、修建水库可以增加局部地区的水汽供应量。
(2)人类活动通过三种措施影响水循环。
水利措施:①修筑水库、塘坝等拦蓄洪水,增加枯水期径流量,由于水面面积的扩大和地下水水位的提高,可加大蒸发量。②跨流域调水、扩大灌溉面积在一定程度上增加了蒸发量,使大气中水汽含量增加,增加降水量。
农林措施:①“旱改水”、精耕细作、封山育林、植树造林等能增加下渗,调节径流,加大蒸发,在一定程度上可增加降水。②围湖造田则减少了湖泊自然蓄水量,削弱了其防洪抗旱的能力,也减弱了湖泊水体对周围地区气候的调节作用。
生态措施:保护湿地资源(沼泽)、植树造林(绿色水库)、保护草原(绿色蓄水池)会产生有利的影响;反之,则会产生恶劣的后果。
考点四:流域开发的地理条件,开发建设的基本内容,综合治理的对策措施
1.了解流域开发的地理条件。
从经济效益、生态效益、社效益三方面评价其“优势”和“存在的问题”。
(1)自然方面:从地形、气候、水文、植被、矿产等方面进行分析。
(2)人文方面:从人口、聚落、交通、文化、农业、工业等方面进行分析。
2.了解流域开发建设的基本内容。
(1)资源开发:根据资源优势确定流域开发方向。
水能资源开发――发电、养殖、旅游、航运、防洪等,有利于发展高耗能工业;水资源开发――旅游、灌溉、养殖、航运等;生物资源开发――旅游、教育等;土地资源开发――因地制宜,发展农、林、牧、渔等多种农业;矿产资源开发――建立矿产开发基地,建立相应的工业部门(利用廉价电力);旅游资源开发――做好旅游规划,发展交通,发展旅游业。
(2)生态(恢复)建设:根据“环境污染和生态破坏”确定生态建设的内容。矿产资源开发导致植被破坏,产生的废石、废渣占用大量土地;不合理的开采引发地面沉降、滑坡、塌陷、泥石流等地质灾害;矿产资源开发形成的废渣、废水中的有毒元素污染环境。
3.综合治理的对策措施。
(1)对水土流失的治理措施:①调整农业结构,植树造林、退耕还林还草等生物措施;②工程护坡、打坝淤地等工程措施;③进行小流域治理。
(2)对河流污染的治理措施:①关闭污染较重的小工业;②对工农业及生活污水进行治理;③减少枯水期用水,使流量增加;④调整生产过程,适当在洪水期排污。
(3)对生物资源破坏的治理措施:①建立自然保护区;②适当迁出保护区内的居民;③调整农业结构,控制人类活动(如交通建设);④加强宣传教育。
三、题型回顾
例1 (2016年高考上海地理卷,第11~12题)“海绵城市”是指城市能够像海绵一样,下雨时蓄水,需要时“放水”。
(1)上海建设“海绵城市”,除能够提高地下水位外,对地理环境产生的影响还有( )
A.加强城郊间热力环流
B.防止海水倒灌
C.减缓地面沉降
D.减弱酸雨污染
(2)上海建设“海绵城市”可以采取的措施之一是( )
A.退耕恢复湿地 B.铺设防渗路面
C.完善排水系统 D.增加绿地面积
【解题思路】第(1)题,考查水循环对地理环境产生的影响。由材料和题干可知,“海绵城市”能提高地下水位,同时也能减轻因地下水过度利用而出现的地下漏斗区,从而有利于减缓地面沉降,C项正确。第(2)题,考查人类活动对水循环的影响。由材料可知,“海绵城市”下雨时蓄水,说明利于雨水下渗。增加绿地面积,有利于雨水下渗,有利于海绵城市建设,D项正确;退耕恢复湿地,是湿地建设,并不利于雨水下渗,A项错误;铺设防渗路面不利于雨水下渗,B项错误;完善排水系统,加速地表径流下泄,不利于雨水收集,C项错误。故选D项。
【参考答案】(1)C (2)D
例2 (2016年高考江苏地理卷,第7~8题)图4为某流域森林火灾后第1年、第6年两次相同降雨条件下河流流量过程线图。读图,回答(1)~(2)题。
(1)关于两次径流过程,说法正确的是( )
A. 第6年的流量峰值大
B. 第1年的流速峰值小
C. 第6年的河流含沙量大
D. 第1年的河流径流量大
(2)导致图示径流差异的关键环节是( )
A. 蒸发 B. 下渗
C. 蒸腾 D. 地下径流
【解题思路】第(1)题,考查河流水文特征。森林植被具有涵养水源和保持水土的功能。森林火灾后第6年的森林面积比第1年大,对雨水的涵养功能和保持水土的功能比第1年强,导致第6年地表径流量较小,流量峰值小,河流含沙量小,而第1年的河流径流量大,流速峰值大,A、B、C项错误,D项正确。第(2)题,考查水循环的环节。依据材料可知,降雨条件相同而森林覆盖率不同,则图中径流差异主要是森林覆盖率的差异所致,森林覆盖率的大小与雨水下渗量呈正相关。故B项正确。
【参考答案】(1)D (2)B
四、命题预测
1.以文字、示意图、区域图为背景,考查水循环的过程、主要环节名称及影响因素、水循环意义、人类对水循环的影响。
2.以文字、河流径流量过程曲线图或柱状图、区域图为背景,考查河流的补给类型及河流的水文特征。
3.以区域图为背景,以某流域为例,考查该流域开发的地理条件、流域开发与综合治理的措施。
五、能力测试
1.图5表示“海陆间水循环”,甲、乙表示地表。下列说法错误的是( )
A.甲处代表海洋
B.环节②参与地表淡水资源的补给
C.环节④代表水汽输送
D.人类活动对环节③的影响最大
图6中,甲图是我国东部河流某河段示意图,乙图是河流A、B两水文站测得的水位变化示意图。读图,完成2~4题。
2.该河流的主要补给类型是( )
A.雨水补给 B.地下水补给
C.冰雪融水补给 D.湖泊水补给
3.B水文站洪峰流量峰值小于A水文站,主要是因为A、B水文站之间( )
A.河道淤积 B.河谷变宽
C.湖泊分流 D.湖水补给量减小
4.甲图中AB段河流( )
A.由西北流向东南
B.由东南流向西北
C.由正东流向正西
D.由正西流向正东
降雨量指一定时间内的降雨平铺在地面的水层深度;一定时间内的河流径流总量平铺在流域地面的水层深度叫径流深度。图7是“我国某地气温、降雨量和所在流域径流深度统计图”。读图,回答5~6题。
5.该流域河流夏季补给来源主要是( )
①雨水 ②季节性积雪融水 ③冰雪融水 ④湖泊水 ⑤沼泽水 ⑥地下水
A.①② B.①③
C.④⑥ D.⑤⑥
6.该流域可能分布在( )
A.东北地区 B.西北地区
C.四川盆地 D.青藏高原
7.阅读图文材料,完成下列问题。
天山作为“中亚水塔”,主导了新疆乃至中亚地区的水循环,其周边干旱区分布广泛,人类生存与生态系统受水资源变化的影响十分强烈。近年来,山地冰川融化加速,增加了水资源供给,使得河流对气候变化更敏感,为合理利用干旱区有限的水资源,专家提出在该区域山前洪积扇建设地下水库。
(1)简述天山山脉被称为“中亚水塔”的原因。
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我们用生命智慧的眼光看到:地球水资源水环境,存在不太被关注、大众认知程度有限的另一面,也是更涉及本质的一面,这直接关乎地球生态整体的生命状态、关乎人类整体的生存的一面,就是地球之水本身是作为一个精巧的生命整体,也赋予了地球以生命!在多如恒河沙数的宇宙星体中,之所以只有地球有生命的特征,是因为地球上有一种具备生命特征的巨大的生命体系,就是“地球之水”这一水的大生命体!。因此,“水”,不只是“水”本身的生命,还是“生命之水”,是能滋养生命的生命。
水覆盖着地球表面71%左右的面积,地球上万物的生命都离不开水。万物生命是水的大生命的不同的外现,万物生命由水构成、由水承载,靠水连接,靠水在特定生命体的循环来运行、来生存、生长。水是生命的本源,水是智慧的本体,水是生命的内含,水是生命的体现;水承载着生命,水维系着生命,水连结着生命,水联系着生命。
地球上的水分布在海洋、湖泊、沼泽、河流、冰川、雪山,以及大气、生物体、土壤和地层。这些水虽然很多不直接连接,但是水的渗透性、溶解性以及固液气三相转变的巨大可塑性,决定了全球之水是整体联系在一起的。这一整体是一个大的生命体,具备了生命体的基本特征。在太阳辐射和地球引力的推动下,水在水圈内各组成部分之间不停地运动着,海洋表面的水蒸发到大气中形成水汽,水汽随大气环流运动,一部分进入陆地上空,在一定条件下形成雨雪等降水;大气降水到达地面后转化为地下水、土壤水和地表径流,地下径流和地表径流最终又回到海洋,由此形成淡水的动态循环。
水资源是地球生命的“血液”。犹如血脉和经络之于人之生命的重要,水是地球本身及地球上一切生命机体的组成物质,不仅参与所有生命的代谢活动,全球水循环还是联系地球各圈和各种水体的“纽带”,赋予“地球之水”生命的特征,使其本身成为生命存在。水循环串联起来的大大小小的水系在地球上蜿蜒,使生命和文明遍布全球。对于人体而言,水的代谢循环状态是人的健康状态的最直接反映;同样的,对于地球这一大生命体来说,地球水的整体代谢状态也是地球健康状态的直接表征。
在全球水循环这一而环环相扣的大生命循环体系中,每一个环节都不可或缺。如果某一部分循环不畅,虽然水资源总量保持稳定,但是对于系统的运行来说,都可能造成整体的巨大影响。但是,从降水、蒸发和径流这水循环过程的三个最主要环节来看全球水循环,不难看出全球水循环已处于整体失调,地球之水这一生命体已受到各个层面上的深刻害伤。
生命之水的枯竭和污染,导致全球生态体系的健康状况不断恶化,地球生命体不断衰老。“生命之水”这一大生命体系已屡遭蚕食和重创……
天然林不断被毁,地球生命之水遭受破坏
地球不但是蓝色星球,还是绿色星球,地球上星罗棋布的森林,是隐形的“水库”。但是长期的乱伐森林、伐林造田等等人为的干扰和破坏,使得自然植被越来越稀缺,尤其是热带雨林的大量毁坏,其调节气候、防止水土流失的功能被削弱,对全球水循环有着深刻的影响。植被破坏,导致森林水资源涵养空间被破坏,“大气水一植物水一土壤水一地下水”之间的小循环扰,森林对水的调蓄能力降低,致使旱涝灾害发生。而人类砍伐天然森林后,大面积发展的单一的人工林和农田生态系统,其生态结构单一,生态功能和环境影响有限,涵养水源、保持水土、改良气候和土壤的作用十分低下,甚至人为引起生态退化,导致区域自然灾害发生,加剧自然灾害的危害程度。地球植被减少、植被成分单一,太阳辐射的能量不能被植物充分吸收转化成生物能,直接炙烤大地,造成地表水大量蒸发,水土流失,加剧土地沙化。
“地上水一地表水一地下水”循环减弱甚至循环链断裂,生命之水难以维系
篇8
根据国民经济主要行业进行统计,水资源分为农业、工业、生活和生态用水四大类。农业水资源的供给源于自然水和农业灌溉水。自然水主要来源于降水和土壤潮湿;农业灌溉水是指通过渠道、扬水站等农田水利设施从湖泊中获取的水资源。自然水与农业灌溉水共同并相互替代地在农业生产中发挥重要作用。考虑到自然水的供给难以控制,很难对其做出可行的量化分析。
因此,本研究对可控程度较大的灌溉水资源进行专门的效率评价。另一方面,从经济学角度来看,自然水作为非市场产品,可以被认为是外生的,而灌溉水的供给需要一定的物质投入,尽管灌溉水价很低,但有一定成本,其可以被视为农业生产函数中的一个主要投入变量。按照部门内主要行业分类,农业水资源的需求包括种植业灌溉用水和林、牧、渔业用水。种植业灌溉用水主要指种植粮食作物和其它经济作物的水田或水浇地灌溉所用的水资源,一般占到农业用水总量的80%左右,是农业用水的主体。考虑到新疆典型的灌溉农业的特征,以及数据的可得性和研究对象的统一性,本研究中所提及的“农业水资源”专指用于种植业灌溉的狭义水资源。
(二)农业水资源的特性
1.农业水资源的自然特性
首先,农业水资源具有循环流动性,农业水资源在循环中形成一种动态资源。农业水资源的流动性,使得农业用水可以通过建设各种引、调、蓄等水利工程汇集与积蓄,为农业生产提供了重要的基本条件。同时,通过农业水资源利用和循环,将肥料、养分以及有机物分解和循环到农田、河道、湖泊等,不断为农业生产提供各种物质供应。其次,农业水资源具有利害两重性。农业水量过多易造成泛滥,农业水量过少容易形成干旱等自然灾害。
2.农业水资源的经济特性
首先,农业水资源具有不可替代性和可再生性。从开发利用来看,农业水资源可以凭借自然界的水循环得到补充,可以重复利用,其经济收益可以随着时间坐标无限延续。但是,水资源作为生产的载体,一旦使用和管理不当,会极大地影响农业水资源再生。其次,不可替代性和储量的有限性决定了农业水资源的稀缺性。常年缺水区域需要采取调水、节水、循环用水等方式解决水资源的短缺,要付出巨大的经济代价。最后,农业水资源具有波动性。这反映在农业水资源时空分布差异较大。
二、农业水资源的循环结构与过程
按照二元水循环理论,由于绿洲区强烈的人类活动完全改变了天然水循环过程,也改变了区域水资源的形成、转变和消耗过程。农业是人类发展的基础产业,其本质是通过生产粮食及工业原料满足人类生存和发展的需要。随着农业灌溉制度和耕作方式的发展,农业的循环环节不断增加,循环路径不断延长,农业水循环系统也发生了改变,但其本质仍然是由从获取水源到农作物生产环节中消耗水源以及作物通过土壤渗回补地下水的水循环过程。
农业水循环是社会水循环的一个分支,包含“供(取)水——用(耗)水——排水(处理)——回归”五个环节。总体而言,供(取)水系统是农业水循环的始端和将自然水循环引入农业生产系统的“牵引机”,集中体现在通过工程与非工程措施,根据各个区域农业水资源的需求,将大气降水资源、地表水资源、地下水资源以及土壤水资源配置给各个区域。用(耗)水系统是农业水循环的核心,是农业生产系统“同化”攫取水的各种价值及使水资源价值流不断耗散的一整套流程。它集中体现在农业生产环节中,农作物利用所分配的水资源,通过光合作用将辐射能转换为化学能,最后形成碳水化合物的用(耗)水过程。排水系统是农业水循环的“汇”及与自然水循环的联结节点,发挥“异化”社会经济系统废污水重要作用。它集中体现在将多余水量排出农业系统的过程。回归系统是伴随农业生产系统水循环通量和人类环境卫生需求而产生的循环环节,成为构建良性的农业水循环的关键。它集中体现在将农业系统排出的水回归到自然水循环系统中。从具体过程来看,如下图所示。
由以上分析可知,农业水循环具有明显的同化过程和异化过程,即人类从自然水循环系统中将水“提取”到农业生产系统中,“同化”水的经济属性、社会属性、环境属性甚至生态属性,为人类谋福利;同时,“异化”农业生产系统的“垃圾”,排出废污水到自然水循环系统。总体而言,农业用水过程实质是一个由自然水资源到农业生产中水资源循环构成的一个“自然——人工”复合水循环大系统,涉及水文循环过程、水资源配置过程以及区域经济结构的合理调控过程等相关内容,因而农业水循环过程是一个以水为媒介的综合体。由于其涉及的内容较多,各部分循环过程的机理也不同。
三、农业水资源的转化与利用解析
根据农业水循环的过程,由农业水循环中水资源转化的通量可见,农业水循环的供(取)水过程,主要体现在将已有的自然水资源转化到农业生产环节中;农业水循环的用(耗)水过程,集中体现在将生产环节中的农业水资源转化农产品的最大产出。农业水循环的排水(处理)和回归是将农业生产中多余水量转化到自然水循环系统中。
根据农业水资源的的转化过程,从水源到农作物用水,农业水资源的利用主要包括了供(取)水过程和用(耗)水过程,即农业水资源的配置环节和生产环节。农业水资源的高效利用是根据各个区域的供水条件和农作物的需水规律,采用水利工程、农业技术、管理等措施,最大限度地减少农业水资源的配置和农产品生产中的损失,在有效保障生态环境的前提下,最大限度地使自然水资源转化效率和农产品产量的转化效率达到理想状态,提高农业水资源的配置效率和生产效率,提高农业水资源的利用效率。
从这种意义上来说,农业水资源利用效率(utilization efficiency of agricultural water resource)反映了农业水资源高效利用的水平。农水资源利用效率越高,说明农业水资源的配置较为合理,农业水资源价值得到了很好的实现,因此农业水资源利用的水平也就越高。
根据农业水资源利用效率的体现或实现途径,农业水资源的利用效率包含两个层次:一是农业水资源配置效率,二是农业水资源生产效率。
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文献标识码:A 文章编号:1674-9944(2016)20-0015-02
1 引言
大力推进生态文明建设作为“十三五”规划的重点方面之一,是对我国生态文明建设进入关键时期的一个重要标志。而水生态文明建设作为生态文明建设的有机组成部分,在水资源合理利用、水生态保护中占据重要地位。就我国当前水生态文明建设现状来看,在具体的建设过程中还存在着一些关键性问题丞待解决,水生态明文建设还需加快脚步。因此,为了达到水生态文明建设目标,采取有效策略实为必要之举。
2 水生态文明建设的内涵及特征
在水生态文明建设工作中,对水生态文明建设的内涵及特征进行了解是该项工作的前提与基础,也是做好水生态文明建设工作的必要条件。根据现取得的学术研究成果及已有实践管理,目前对于水生态文明建设内涵具有一定代表性的理解是:通过采取工程性(技术、机械设备、水处理工艺等)和非工程性手段(政策、方针、制度等)措施,对水生态系统进行建设,使其在满足社会发展、人类发展需求的同时,形成一种完善的、可自我更替的、良性演化水生态系统过程。从水生态文明建设内涵中可以理解到,水生态系统是水生态文明建设的主要对象,而形成良性演化的水生态系统则是水生态文明建设的最终目标[1]。
水生态文明建设的特征主要体现在三方面:①多学科交叉性。水生态文明建设囊括了一切水生生态系统,包括自然水生生态系统、城市水生生态系统、与水力相关的陆地生态系统等,是所有水生生态系统一个治理、改造、建设和适应的过程,涉及内容广泛,需要多种学科提供理论支持,包括社会科学、自然科学、地理科学、化学、经济学等,具有非常显著的多学科交叉特征。②主观意愿性。人类对水资源的利用和需求是随着社会生产力与生活水平的提高而提高的,并经历了一个从被动适应到主动改造,再到适应与主动相结合水生态文明建设的这样一个发展历程[2]。回顾这一发展历程,其中无处不体现着人类的主观意愿性,人类希望对水生态系统进行良性改造,通过人类活动来完善水生态系统建设,希望水生态系统生生不息的良好发展下去,这些都是对人类主观意愿直观充分的体现。③符合全球未来水资源管理理念与发展趋势。在全球水资源匮乏的形势下,世界各国水资源管理工作被提上日程,水资源管理越来越强调文明和谐,许多国家开展的水生态系统改造工程、水生态文明建设理念超前,与未来全球水资源管理理念和整体发展趋势一致。
3 水生态文明建设中的几个关键问题
3.1 顶层设计不明确、不科学
目前,与水生态文明建设相关的研究,无论是在理论、政策制度方面还是技术标准方面都研究的比较多,并形成了大量的研究资料,但有关具体的实践探索和建设实施研究却相对较少,缺少实践性指导经验与方法[3]。即使一些地区、区域流域将水生态文明建设付诸了实践,但也多为当地自发开展的水生态文明建设,是依据当地实际需要所进行的活动,由于缺少实践经验与相关理论作指导,导致我国水生态文明建设出现了“各自为战”的局面。在顶层设计上,还不够科学明确,现行水生态文明建设技术标准与政策体系还不够系统全面。
3.2 监督工作不到位
诚然,目前我国在水利工程建设、水生态文明建设发展中取得了一些重大成果,理论与技术水平都向前迈进了一大步,但与国际先进水平相比,与国外发达国家相比,两者之间的差距依旧较大。这表明技术、管理手段仍旧是制约我国水生态文明建设主要因素之一。由于技术、管理手段的限制,加之工作人员本身专业能力与认识的不足,造成了监督不到位,监督管理不完善等问题,给一些工厂污水、废液的排放提供了便捷通道,加剧了水资源的污染,增大了水生态文明建设难度。
3.3 思想认识不统一
长期以来,以自身利益为中心,不注重资源合理开发利用,不顾虑自然有限承载能力的人始终大有人在,并且这种思想观念影响着每一代人,使得水资源等各种自然资源遭到持续性破坏,并随着人类活动的加剧而破坏程度在不断扩大。受这种思想观念支配的人们,对环境友好型、资源节约型的战略指导思想缺乏足够的认识与理解,未能形成这种执政观,在水生态文明建设中起着阻碍作用[4]。虽然随着社会文明程度和人们文化认知水平的不断提高,以及在国家政府的大力宣传倡导之下,一些人们的节能减排意识、低碳环保意识、环境保护意识有了一定提升,但整体上关于水生态文明建设的思想认识尚未统一。
4 加快推进水生态文明建设的几点思考
经过几十年的研究发展,我国水利工程建设取得了重大发展成果,水利工程规划、施工、设计、运行、管理理论与技术日益成熟,进入了全新的发展阶段,且不管是建设理念还是建设技术都在不断更新,不断向着更先进、更和谐、更文明的方向发展。现阶段,我国以环境水利、资源水利、生态水利作为民生水利的主线,以满足人们生活生产用水需求为基础,开展水生态文明建设工作,极大地推动了水利科技的更快发展,提高了水利技术水平。为了加快推进我国水生态系统文明建设,解决具体落实过程中出现的关键性问题,将理论与技术有机结合起来,依据理论指导,运用先进技术,相信可以进一步推动水生态文明建设。
4.1 依据各种先进理论指导水生态文明建设
4.1.1 统筹兼顾理论
由于水生态文明建设具有多学科交叉性特征,为了保证在实际建设过程中,各种学科知识的应用和各方面建设整体协调统一,遵照统筹兼顾理论开展水生态文明建设工作是必不可少的。在统筹兼顾理论的指导下,建设人员需要对水生态文明建设中所涉及到的各种学科知识,按照学科进行分类分级,将水生态系统改造工程进行项目分解,保持建设人员所学专业与其所负责项目相一致[5]。在此前提下,加强各专业队伍、各部门之间的联系,让各部门、各工作人员相互之间了解彼此的工作进度,提高整体工作的协调性与同步性,做到水生态文明建设分工明确、步调统一、整体协调。
4.1.2 “自然-人工”二元水循环理论
作为自然与人类发展和活动驱动的必然结果,水生态文明建设具有典型的“自然-人工”二元特性,因而从某种意义上而言,我们也可以说水生态文明建设是“自然-人工”二元水循环及其伴生过程与生态系统紧密作用所产生的结果。在自然状态下,受太阳辐射、地势能及其他能量的共同作用,流域水分一直处于不断的转化和运移状态,在这一循环过程中,水分的内在驱动力表现为自然的一元特性。而人类活动的加入,人类活动对流域水循环影响深度与广度的不断扩大,直接或间接的改变了全球水生态系统循环方式,流域水循环内在驱动力从自然状态的一元特性逐渐转变为“自然-人工”状态的二元循环结构,且人类活动频繁地区,这种影响和改变更加巨大[6]。二元水循环结构含有水量、水生态、水化学和水沙耦合的伴生过程,这一伴生过程对水生态系统的影响更加巨大深远。
基于这一理论分析,在水生态文明建设过程中,可以利用“自然-人工”的二元水循环及其伴生过程作用,对流域的布局、结构和功能进行人工改造,提高流域布局与结构合理性,强化水生态系统功能。
4.2 综合运用各种关键技术
适用范围广的现代化信息技术在水利工程建设中的应用,给水资源管理带来了变革性意义,而信息技术的不断进步、不断更新则为水生态文明建设提供了强有力的技术支撑。目前,在水生态文明建设中用到的关键技术主要有智能技术、水生态修复技术、云技术、3S技术、物联网技术、水资源合理配置与调度技术、远程监控技术、评估补偿技术、水循环及其伴生过程模拟技术等等。依据二元水循环理论运用智能技术构建智能水网,构建无线网络,让水生态系统工程覆盖在无线移动网络之下,对水系统进行在线监测、远程监测[7]。利用基于低碳模式的水资源配置技术、复杂水利工程群联合调度技术等多种调度技术,对水网内的水资源进行合理配置与调度,加强水网内各水生态工程之间的联系,提高水资源利用率,提高水资源管理效率。利用除藻技术、水污染处理技术、水污染防治技术、富营养化处理技术等多种水生态修复技术对污染水源水域进行处理,降低水源污染程度,减少水中污染物含量。以二元水循环理论为基础所开发的水循环及其伴生过程模拟技术,包括流域分布式产沙模拟技术、多源复合水污染模拟技术、水文生态耦合模拟技术、多源数据同化技术等。利用这些模拟技术开展一系列模拟实验,得出水循环最佳处理方式,提高水资源循环利用度。利用水生态服务功能评价技术、生态评估与补偿技术对水生态文明建设阶段性工作成果进行评估评价,找出当前文明建设工作存在不足,为区域水生态目标的合理设定,生态服务功能需水和水生态系统需水的精确核算,流域、区域生态需水的有效整合等提供所需数据支持。
5 结语
水生态文明建设在我国水利事业、生态文明建设事业中的重要地位与作用不言而喻,水生态文明具体建设过程中所出现的关键性问题不容忽视,水生态文明建设所需支撑技术不可或缺。在明确水生态文明建设重要性前提下,相关建设人员应加强对其中关键性问题的思考与分析,找出问题产生的深层次原因,综合运用各种先进技术,统筹规划,努力加快我国水生态文明建设的进程。
参考文献:
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[4]张 诚,严登华,秦天玲. 试论水生态文明建设的理论内涵与支撑技术[J]. 中国水利,2014(12):17~18.
篇10
自然资源是经济社会发展的物质基础,自然资源的稀缺性决定自然资源具有资产化管理的基础。自然资源的资产化管理是将自然资源按照资产进行运营管理,是发挥市场配置资源决定作用的重要举措,是系统完整的生态文明制度体系的组成部分。十八届三中全会明确提出健全国家自然资源资产管理体制。
水资源是生态环境系统最活跃,影响最广泛的自然资源之一。水资源同时是特殊的自然资源,既是经济发展不可或缺的生产要素,又是生命不可缺少的自然资源,也是生态环境必不可少的基石。然而,我国发生严重水危机,水资源短缺、水环境恶化,严重威胁着人类健康、区域经济社会可持续发展、生态文明建设。这种水危机表面上是经济社会发展与水资源开发、利用与保护之间的矛盾,其根源是我国水资源管理体制的不完善。丹尼尔・科尔认为所有适用于资源环境保护的方法最终都建立在财产权的基础上[1]。就水的财产权而言,我国实行的是国家(全民)所有的制度。
我国水资源归国家所有,国务院代为实施所有权,然而国务院难以行使所有权,在水资源管理中,将此权利赋予国务院水行政主管部门。水资源可以看作是水行政主管部门作为水资源管理人(人)进行管理。国务院水行政主管部门对各省份水行政主管部门具有业务指导关系,相当于将各省份和各流域的水资源所有权委托于地方水行政主管部门和各流域委员会。依次逐级委托,形成多级机制。这种国家(全民)所有权存在一定的问题,且在我国水资源管理中广为体现。一是公共资源管理人的激励问题。各级水资源管理者并不是受利润机制驱使其像管理私有资产一样有效管理。即使各管理者做出不恰当的管理决策,其个人并不会受到经济损失,经济损失将会外部化。二是管理者的短视行为。地方水资源管理者向地方行政首长负责,水资源管理者可能实施比私人所有者更为短视的措施,损害其管理的水资源与水环境。这种情况在地方政府经济发展“锦标赛”的晋升模式下更为显著。
对此,部分学者提出水资源资产化管理的方式应对上述不足[2-4],以期引入市场机制进行水资源的优化配置与管理。然而,由于相关理论研究的不足,水资源的资产化管理还存在一定的问题。一是资产的私有产权导向与国家所有水资源产权的矛盾;二是资产的经济属性与水资源多重属性(功能)不匹配的问题。此外,由于水资源资产的界定不清楚,大多学者将水资源资产管理作为水资源管理的对立面提出,意欲将所有的水资源都资产化管理,这种管理方式势必危害生态安全,造成水危机。
我国实施了水资源行政许可制度和水资源有偿使用制度,并且结合总量控制和定额管理。就水资源权属而言,我国实行的是混合财产权制度,即国家具有水资源所有权,使用者依法获得水资源使用行政许可之后,并且缴纳一定的水资源费用之后行使水资源的使用权和收益权等。并且,在行政许可制度中利用区域(流域)总量控制区域(流域)水资源的使用量,利用定额管理控制每个企业的行政许可取水量。同时我国还规定,节约的水资源量可以用于水权交易。我国现行的水资源管理制度使得我国水资源具有资产化管理的雏形,但是就如自由市场保护主义所言,“该制度是政府创造、监督并限制市场(主要是水资产市场)交易的制度”。在我国水权交易的实践中,无不体现了“政府创造、监督并限制市场交易”这句自由市场保护主义的担忧[1]。
王喜峰:基于二元水循环理论的水资源资产化管理框架构建
中国人口・资源与环境 2016年 第1期对于以上不足,本文提出若干问题并给予解答,一是水资源资产是什么?二是水资源资产实现路径是什么?三是水资源资产管理的内涵和外延是什么?四是水资源资产管理与水资源管理的关系是什么?五是具体的水资源资产措施是什么?
1 二元水循环理论及其与水资源资产化管理的耦合1.1 二元水循环理论
二元水循环理论是水资源领域的重要理论之一,在我国广为应用并指导解决实际问题[5]。该理论认为自人类社会开始开发利用水资源,单一的自然水循环结构变为“自然-社会”二元的水循环结构,两者相互作用、相互影响[6]。
对于自然水循环,其驱动力是太阳辐射和地球引力,其完整的路径为“降水-产流-蒸发-排泄”。随着经济社会的不断发展,人类活动逐渐成为驱动水循环的另一大因素,有学者将这种驱动社会水循环的因素合称为“社会势”[7]。社会水循环的源动力是用水需求,只有用水需求才能构成循环路径。人类经济社会发展的实际需要,利用设施从自然水体或者直接从雨水进行取水活动,将这部分水资源供给实际经济社会生态环境等实际的用水部门,在生产生活等实际活动中,水资源以成为产品一部分等方式被实际消耗,其他水资源则由入渗和排放回归到自然水体中。在配给机制上,由于经济社会用水需求的驱动,水通量从社会势高的地方向低的地方移动,社会势包括政治势、经济势、政策势等。
现有的基于水资源的调控管理措施也将目光投向了基于社会水循环通量的调控管理,例如基于ET的调控措施等[8]。社会水循环调控管理的目的是保障用水安全、合理分配水资源、提高用水效率和效益等,同时也保证环境用水与经济社会用水的平衡、排污量的平衡以及经济社会取水量和水资源可供给量的平衡。社会水循环的调控环节包括,取水调控、用水调控、排水调控。以上调控环节是基于社会水循环循环路径,且分别对应着最严格水资源管理制度的“三条红线”,即取水红线、用水效率红线、入河排污红线。
1.2 水资源资产定义
水资源的资产化管理指将水资源按照资产进行管理,就资产定义来说,管理者对具有使用价值并且能够带来收益的水资源按照市场机制进行管理。资产是指能给企业目前和未来的经营带来利益,企业(个人)有权支配使用的经济资源[9]。虽然不同的领域对资产的定义有一定的差别,但是其具有共同的特征即:①预期带来经济利益;②为企业拥有或者控制的资源;③企业过去的交易或者事项形成;④能够用货币计量[9]。
现有的水资源资产管理研究大多将水资源资产管理与水资源管理对立,认为水资源资产管理是水资源管理的“纠正”,在隐性中认为所有的水资源都应该按照资产进行管理。水的功能有:健康功能、生物栖息地功能、溶解质和悬移质的载体、生产功能。在人类使用水资源之前,单一的自然水循环机制主要强调水资源的生态环境功能,随着社会水循环的形成,水资源的经济社会功能越来越重要,社会水循环通量能够产生大量收益,这部分水资源在定义上符合水资产的范畴,应该按照资产进行管理。就功能而言,水资源的经济功能只是水资源功能的一部分,将承担其他功能的水资源按照资产进行管理,一是产权的主体缺失,难以有效运行;二是经济驱动对水资源的无尽消费,势必对生态环境造成严重灾难。
除了水资源功能的差异之外,水资源的物品属性差异也导致不能将所有的水资源作为水资源资产进行管理。根据竞争性和排他性的高低,可将水资源分为私人物品、公共池塘物品、俱乐部物品、公共物品(见表1)。作为公共物品的水资源,是人类生存和发展、生存环境的重要组成部分。作为私人物品的水资源是生产生活的重要资源。水资源的公共和私人物品的双重属性决定了用于生产生活的水资源可以作为资产进行管理[10]。
可以看出水资源的资产的概念小于水资源的概念。 水资源资产相对于水资源来说,是能够具体体现水资源经济功能的那部分水资源,并且能够被主体拥有、控制、交换。可以水资源资产是进入生产生活的那部分水资源,这与二元水循环理论中的社会水循环通量是重合的,应用“自然-社会”二元水循环理论对水资源进行资产化管理是可行的。
1.3 社会水循环理论耦合水资源资产化管理的路径
由于水资源资产与社会水循环通量是重合的,社会水循环理论乃至二元水循环理论对于水资源的资产化管理有深刻的借鉴意义。在水资源资产化管理中主要存在水资源资产内涵不明晰、资产监管体系不完善、资产用途管制不到位以及资产产权体制缺失等突出问题。根据社会水循环理论可以有效解决上述问题,这也是社会水循环理论耦合水资源资产化管理的路径。
第一,社会水循环通量的有效界定水资源资产化管理内涵和范围。社会水循环表现形式为水资源在经济社会系统中循环,直接以水资源资产的形式创造经济社会价值,具有非常强烈的经济属性。水资源资产的范畴与社会水循环的通量的范畴重合,利用社会水循环理论对其通量进行界定可以有效界定水资源资产的内涵和范围,避免水资源资产范围过大造成水资源资产化管理与传统水资源管理的“换汤不换药”。
第二,针对社会水循环的循环途径的监管有效完善水资源资产的监管体系。现有的社会水循环循环途径为“取水-给水处理-配水-一次利用-重复利用-污水处理-再生回用-排水”。虽然环节较多,但是其基本循环过程还是“取水-用水-排水”三个环节,针对这三个环节的有效监管,显然要比现有的对流域区域控制断面的监管更加有效果,也更加有针对性。在美国资源能源和环境的政策中,也多是针对微观企业的环境因素通量的进口和出口进行监管。这样做一是节约国家过多的监管投入,可以将投入以立法的形式附属在设备中;二是对监管更有针对性,特别是在水资源资产的监管体系建设中。
第三,社会水循环的相对闭合性有效解决用途管制制度与水的流动性的矛盾的问题。用途管制是国土空间开发中的重要内容,将国土空间分为生产、生活、生态等用途,并且对国土空间的用途进行管制。水资源资产也具有与国土用途管制相似的合理性,但是自然水资源具有流动性和循环性,一个地区的生态用水可能流动到下一个地区作为生产用水。社会水循环具有相对闭合的特征,进入社会系统的水资源要发挥作用完成后返回到的自然系统中。而用途管制中的生产、生活用水就是社会水循环通量的范畴,对水资源资产的严格管理就是保护用于生态的水资源。用途管制也是水资源资产具有稀缺性的基础。
第四,社会水循环通量有效解决水资源资产产权不清晰的问题。水资源产权属于国家所有,我国在对水资源产权进行设定时存在的问题是意图设计制度对绝大部分的水资源进行产权界定。如上述水资源功能较多,真正作用于经济社会的是社会水循环部分,将该部分的使用权、收益权等界定清楚即可对水资源资产进行市场化操作。其他水资源的所有权由国家所有,并且有权利在特殊时期进行配置,如极度干旱和突发污染事件时的水救济等。对社会水循环通量部分的水资源的产权界定就是对水资源资产的产权界定,从根本上解决了市场配置水资源资产的决定性作用的制度问题,又有效保护用于生态的水资源。
2 基于二元水循环理论的水资源资产管理框架的构建2.1 水资源资产管理的内涵与外延
水资源资产为进入到社会水循环的水资源,因此水资源资产管理是水资源管理的重要部分,即为对社会水循环通量部分管理。其管理根据资产的性质可以分为水资源资产的界定管理、交换管理、使用管理、处置管理等,对应于社会水循环的各个环节。
水资源资产管理与传统的水资源管理有一定的不同,在一定程度上弥补传统水资源管理的不足。一是弥补了传统水资源管理处理公共产权与私有产权相容上的不足;二是弥补了取水许可与交易用水兼容上的不足;三是弥补微观水资源配置与水事管制不协调上的不足;四是弥补了私有资本进入公共工程上的不足。可以看出,水资源资产管理是水资源管理的重要部分,同时也是发挥市场配置经济社会用水资源的决定性作用的所在,是弥补水资源管理行政特色过重的所在。
2.2 水资源资产管理与水资源管理的分层
根据上述分析,水资源资产管理是水资源管理的一部分,是对进入社会水循环部分的水资源按照资产的性质进行管理。由于水资源资产可以由市场决定配置,这与传统的水资源管理的行政配置有一定的矛盾。在上述分析的基础上,本文认为可以通过分层管理来有效界定水资源管理中的政府与市场的关系。国家和地方政府在现有水资源管理制度的基础上进行宏观、中观的水资源管理,市场在水资源资产的微观管理中发挥决定性作用。
从宏观层面来说,国家是水资源的所有者,是水资源所有权利的根源,在这个层面对中观层面的水资源进行配置和管理。在宏观层面即可以界定出各中观层面的水资源资产的范围、产权界定、监管制度和用途管制等。除了水资源资产的宏观制度设计之外,国家不参与水资源资产的微观运作。国家的权是按照国家的水资源情况和经济社会发展特点确定各地区的分水(可取水)情况,即宏观的水资源配置。国家的责保证国家战略需要、保障区域的生活用水安全、保障区域环境生态用水安全。国家的利是通过统筹开发利用和保护,使得区域经济、社会、环境健康地、可持续地发展。
从中观层面来说,以宏观层面的配置方案和制度设计为基础,对区域的水资源进行管理。中观层面的水资源管理既包括水资源行政管理,也包括水资源资产管理。这一层面的水资源资产管理主要是地方政府间的水权转换、水生态补偿等,其主体是地方政府。交换的驱动因素不一定只是经济社会因素,也包括行政意志主导的水生态救助等。地方水行政部分主要是对区域的水生态进行有效保护,以及对区域的微观涉水活动进行初始赋权。地方的取水方式、量、质、域等要严格按照国家、流域、上级行政的要求进行,其主要依据是区域的水资源可利用量,即当地水资源量扣除生态环境用水量,以及相关总体和行业规划等。
从微观层面来说,市场是水资源资产管理的决定性因素。在宏观和中观水资源管理的基础上,各具有水资源资产的使用权的所有者按照既定的制度和规范进行市场化运作,水资源资产在市场机制的决定下进入到效率较高的行业,体现不同区域的水资源的稀缺性,同时也为“以水定产、以水定量”提供制度基础。
2.3 根据二元水循环理论的水资源资产的权属分解
考虑到水资源的特殊性,私有化难以推行。在公共产权的基础上,针对以上问题进行制度设计。在取水环节要引入“私有产权”或者类似“私有产权”的水资源资产产权制度。现代的产权制度将产权分为所有权、使用权、占有权、处置权、收益权。在取水环节,可以将所有权归国家所有,使用权(这里主要是取水权)按照一定的原则归相关利益主体所有。也就是说,国家所有的权利主要集中在没有进入社会水循环时的自然水资源,即取水环节之前的所有水资源。一旦经地方政府的许可进入社会水循环领域,微观主体即拥有类似私有产权的权利,即拥有除所有权之外的其他所有权利。
对于取用的水,生产的前过程对应的是用水,生产的中过程对应的是耗水,生产的后过程是排水。对应到产权的属性用水过程对应的是水的使用权,耗水对应的是水的收益权,排水过程对应的水的处置权。耗水过程即是通过用水,将水资源与其他资源结合形成产品(服务),耗去的这部分水资源真正形成了收益,体现了水资源的收益权。这部分权利归权益主体所有。耗水量是行业真正使用的水资源,是区域水资源的绝对减量(虽然部分水资源的耗去没有直接形成收益),对国家所有的水资源形成了减量,在绝对量上具有了外部性。因此对耗水量的计量非常有意义,国家可以据此来制定水资源宏观配置政策和水资源资产产权政策。耗水过程体现了收益权,这部分权益不能用于直接交换。在用途管制和监管时,可以据此进行。
对于排水过程,体现着用水户的处置权。这部分过程要深入体现国家用途管制和监管的权利。对于完全脱离生产过程的废水(脱离一次生产线,进而还可以被其他生产线使用的废水不属于完全脱离生产过程),国家或地方政府对这部分水进行严格用途管制和监管。对于农业而言,排水过程一般是回归自然循环过程,例如回归到河流、湖泊、地下水等,但是这部分水一般含有面源污染物质,国家要进行监管。对于工业而言,一部分废水经过处理再回归水体。这部分水对于自然水循环非常重要,不需要行业间将这部分进行经营。用途管制和监管体制要对这部分水资源资产重点处理。也就是说,完全脱离生产环节的水资源属于国家所有,国家强制企业行业对这部分水资源资产进行优良化处理,不能私自经营。
2.4 根据二元水循环理论的行业水资源资产管理设计
从社会水循环示意图来看(见图1),社会水循环主要存在“供水、用水、排水”3个环节。其中供水分为地表水和地下水,供水对象主要是农业、工业、生活、生态四个部门。社会水循环与自然水循环密切相关,从图中可以看出,人类社会从自然水体中取水(地表、地下),经过自来水厂制水(或者自取水单元制水),向用水单元输水完成供水环节;用水单元配水、直接(间接)用水、或者在用水单元内循环用水,完成用水环节;用水单元排放废水,污水处理厂(或自取水配套污水处理设施)收集、处理、向自然界排放完成排水环节;此外一部分用水单元收集废水、处理形成再生水,并循环利用,形成回用环节。
(1)农业用水。农业部门的用水一般有三种形式:一是来自于农村田间农田水利设施的地表水资源;二是经机井等灌溉措施抽自地下的水资源;三是由大中型取水设施从大中型水体(地表和地下)抽取的水资源经农田水利水系送往各个用户。对于第一种而言,这部分多为雨水的直接(间接)利用范畴,可以作为自然水循环一部分,因此这 部分水资源的资产产权可以直接归为直接利益者。例如,在不影响水循环的基础上,在土地上的使用权和所有权随着土地承包权归土地承包者,集体所有的水塘等的水体,水资源的所有权和使用权归集体所有,其具体使用方式由集体用水组织决定。对于第二种而言,由于地下水的特性,需对该部分取水以进行许可的形式进行管制,其取水方式和取水量由取水权严格界定(地下水资源所有权归国家所有,地方政府按照水资源情况设定取用地下水定额,允许利益者之间使用权交易)。对于第三种,国家设定初始水权,允许利益者内部之间使用权交易,或者与其他行业用水户进行使用权交易。
(2)工业用水。工业用水一般来自三种方式。一是来自城市建设部门的供水(自来水);二是来自自建的取用地表水设施的供水;三是来自自建的取用地下水设施的供水。这些取水具有取水许可证,并且取水量根据行业用水定额决定。对于第一种方式,各行业企业按照所用水量与行业水价进行缴费。按照行业用水定额进行严格用途管制。对于第二种方式,行业企业严格按照取水许可和行业定额进行取水,对于行业企业扩建可以向农业部门购买地表水取水权,区域内行业总取水要求不能高于交易前的取水量。对于第三种方式,工业行业可以购买农业的地下水取水权,要求与第二种方式一样。
在用途管制方面,工业要划分特殊工业和一般工业。特殊工业包括电力行业(主要是火核电行业)、钢铁、化工、饮料等行业,这些行业用水量较大,万元增加值用水量较一般工业行业较大,对于这些行业,可以考虑鼓励取水权向经营权的转换,即在通过技术更新减少耗水量的前提下,可以将取水权转向用水效率较高的行业。
(3)生活用水。生活用水主要由以下几种方式,一是来自城市建设部门的集中供水;二是来自分散供水。对于第一种而言,可以将取水后的水资源的经营权下放到城市建设部门的供水机构,也可以按照一定的方式引入私有机构加入,吸纳社会资本。对于第二种而言,其方式也有不同,可以分为家庭用的自采用水和(农村)集体自采用水,对于后者要按照用水合作组织的方式发放取水许可证,对于前者根据当地实际情况,逐步向后者转移。这部分用水是我国水法规定保证级别较高的用水,对该部分用水要进行严格的用途管制。
(4)生态环境用水。生态环境用水一部分是不允许开采的水资源,这部分没有进入社会水循环部分,其资产产权归国家所有,属于国家保护。另外一部分为城市建设等部门使用的再生水,用于河道等生态用水,这部分一旦进入自然水体,其资产产权归国家所有,被国家保护。需要说明的是,对于城建部门使用再生水喷洒市内植被等所用的水,一般作为生活用水。
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Framework of Water Resource Capitalization Management Based on
Dualistic Naturesocial Water Cycle Theory
WANG Xifeng1,2
(1.Renmin University of China, School of Environment, Beijing 100872, China;
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1 分布式水文模型的研究
由于水体存在流动性、空间变异性的特点,现阶段水文模型有两种,分别是集总式水文模型、分布式水文模型,这两种水文模型最大的不同是其水体的水利学特征分布是否均匀,根据水利学分布特征的不同,两种水文模型在概念上有着很大的差别。分布式水文模型是通过水流的偏微分物理方程来展示水体在流域时间、流域空间上的变化规律,考虑到周边环境、初始条件等数据,采用一种离散化的计算方式,对其进行分析求解。影响水循环的因素有很多,模型参数主要依靠其水体移动介质的物理特性来测量、推算,分布式水文模型可广泛应用于对流域下垫面的研究。1969年首次由国外学者研究出分布式水文模型,随着时代和科技的发展,分布式水文模型也越来越受到人们的关注,通过与计算机技术、地理信息系统技术、遥感技术等相关技术的运用,提出了分布式水文模型更多的功能与效用。
2 WEP-L模型基本原理及水资源评价口径
2.1 WEP-L模型基本原理
WEP-L模型是一种具有物理机制的分布式水文模型,通过参考WEP-L模型就能了解到自然界中水循环的各个要素模拟情况,WEP-L模型的模拟对象包括天然与人工这两种,其中天然的对象是坡面-河道的主循环过程,人工的对象则是供-用-耗-排的侧支循环过程,这两种模拟对象的耦合关系需要水量平衡、各项循环要素间的水力联系得以实现。WEP-L模型可由平面、垂直这两种结构形成,其平面结构由坡面汇流计算出各项高带高程、坡度、Manning糙率系数等,通过一维运动坡法计算流体的坡面径流,从其流域最上游开始计算,直到追算至最下游,凡是河道内存在下游条件汇流就可使用一维运动坡法。WEP-L模型垂直结构是按照从上到下的方式,其研究对象包括融雪与冰川层、植被与建筑物截留层、土壤表层、过渡带层以及深、浅层地下水层等,由于不均匀的土地利用,通过使用马赛克法计算出每种土地类型平均面积值的地表面水热通量,可反映出表层土壤含水率、土壤蒸发以及草、作物、树木根系吸水等情况,为对生态需水中土壤水作用的研究打下了基础。土壤、水面、植被蒸腾等各项蒸发量在水循环系统各要素模拟中,可参考土壤-植被-大气通量交换方法进行计算,根据地表径流的产流模式可分为超渗、蓄满,其计算方式也要有所区别,例如超渗可采用Green-Ampt模型,蓄满可采用Richards方程计算。山坡斜面土壤层计算方法可采用壤中流法来计算, 浅层地下水运动主要的计算方法是二维数值法计算,浅层地下水运动与非饱和土壤水、河水呈动态藕合关系,融化积雪的算法主要依靠温度指数法,为进一步计算出蒸腾蒸发量,可通过WEP-L模型模拟地表面-大气间能量循环过程,就能得出具体、精确的蒸腾蒸发量。
2.2 水资源评价口径
水资源有三种评价准则,基于水资源准则的有效性、可控性、可再生性又可分为三种评价口径,分别代表了狭义、广义水资源量、国民经济可利用量。本文从狭义、广义水资源口径对水土保持水文水资源效应做出评价。不重复的有效蒸散发量加上狭义水资源总量就可以得出广义水资源总量,狭义水资源其中包括地表水资源量、不重复的地下水资源量,符合现阶段水资源概念。
3 分布式水文模型应用实例研究
3.1 研究实例概况
本文以黄河重点水土流失治理区为例,主要对基于分布式水文模型的水土保持水文水资源效应进行研究,本次研究区位于黄河中游的河龙区间,其中含有三个水资源三级区,分别为河龙区间左岸、吴堡以上右岸、吴堡以下右岸。河龙区黄河干流全长约为725千米,面积约达11万平方千米,两岸有众多细小分支流汇人,黄土极厚,地形龟裂,集中降雨强度大,植被稀疏,严重的水土流失地带,生态环境极其脆弱,其也是黄河一带重要的产沙区。
3.2 分析方法
通过WEP-L模型模拟河龙区四十五年的水循环过程,并将其下垫面条件与无水土保持措施条件的水循环模拟过程进行对比,可直接反映出水土保持水文水资源效应。具体分析方法如下,首先制定出划分子流域与基本计算单元,将河龙区分为多个流域、高带等,每个高带则看作是一个计算单元。为保证WEP-L模型计算的精确性、有效性,可通过饱和导水系数、Manning糙率、地下水含水层的传导系数与给水度等进行校正。两种对比的模拟过程在保证各项参数相等时,Manning糙率会随着土地利用率而发生变化。
3.3 结果与探讨
在河龙区采用有效的水土保持措施,可使植被条件、土壤条件、局部地形与地貌等条件发生改变,这些变化反映出水循环的垂向过程、水平过程、流域水循环各项要素过程,其过程的变化就出现了各种不同的水资源量评价口径,随之形成多种水资源量评价口径。有效的水土保持措施使河龙区增多了局部蒸发量、减少了无效蒸发量、广义水资源量明显上升。河龙区采用水土保持措施,有效增加了水资源效应与土地利用率,对保护生态环境起到了积极作用。
4 结束语
综上所述,水土保持水文水资源效应就是水土保持对水体、流域、水沙等变化产生作用的结果。传统研究水土保持水文水资源效应的方法有水文法、水保法,但这两种方法都无法反映出广义水资源效应,分布式水文模型则可为研究水土保持水文水资源效应提供有力的依据。现阶段还没有找出分布式水文模型计算减沙效应的方法,但值得一提的是,分布式水文模型会是今后水土保持水文水资源效应研究中的重要工具。
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由于我国今年近年来造纸行业的迅速发展,纸制品产量数量迅猛增长,全球位居第二。这群过各地的造纸企业如雨后春笋般拔地而起,其中大部分都是一些中小规模的企业。由于在造纸行业的生产中,对废水和废渣的处理不当,很容易造成对环境和水质的污染,对我国的环境上的可持续发展道路造成威胁。由于在我国造纸行业中采用以草浆为原料的生产方式,增加资源的投资成本,同时了加重来对环境的污染程度,尤其是对水资源的污染情况。针对这一情况我国的造纸行业积极的进行生产转型,回收利用废纸进行造纸,一方面实现了对森林资源的保护,另一方面也有减少了生产废渣,提高了废水循环回用率。并随着社会的发展相关,相关的治理技术手段更加趋于成熟,全面实现了我国造纸行业的中的清洁生产和对废水循环回用,将废纸造纸中的废水治理问题有效解决。
2清洁生产在废纸造纸企业中的应用
2.1清洁生产的概念
所谓的清洁生产,就是指在产生污染的根源将污染产生量降到最低。其最终的目标是为了实现对资源的使用削减,并对生产的全过程实施监控。最大程度实现原料的利用率,在生产的过程中采用最科学的生产工艺和方式,对工人的生产和操作进行全面的监督和管理,将可能产生的问题在过程中进行把控和解决,从一定程度上遏制了生产发展和环境污染之间的矛盾的产生。
2.2清洁生产的方法及意义
在废纸造纸的企业中采用清洁生产的方式,可以根据企业生产中具体情况进行探究。首先可以根据生产环节上的重点排污工作进行原料和生产工艺的改进,制作详细的工艺流程草图,并加强对原料的管理。采用先进的清洁生产技术,不仅可以帮助企业降低资源消耗,提升造纸企业的整体竞争力。
3废水循环回在废纸造纸企业应用
3.1废水循环回用技术的概念
肥仔废纸造纸企业中,废水循环回用主要是依据废水的水质进行分类,将水质好的废水分出部分用作低水质的废水,然后再将低品质的水分分出部分,用作更低的水质中进行不断的循环运用。经过这样逐层的过滤划分不但减少了废水的排量,更能够又掉的净化废水的清洁程度。
3.2废水循环的方法及意义
在进行废水循环会用中主要运用到的方法有混凝沉淀法,化学处理法,生化处理法以及气浮法。根据企业的实际生产情况,采用科学的方法进行废纸造纸生产中的废水循环方式,在进行废纸纸浆的生产过程中,对产生的废水进行有效的过滤,以提升废水的净化速度,降低废纸生产的成本,大大提高了造纸企业的生产效率。
4相关对策及方法
4.1提高生产人员的清洁生产意识
造纸企业可以加强对员工对清洁生产方式的培训和管理,实现工人生产意识的思想方式上的转变,提高工人的清洁生产意识。才造纸企业可以通同建立健全相关对清洁生产目标的贯彻和管理体系,制定和生产相适应的奖惩制度,确保清洁生产的实效性。
4.2增加对清洁生产上的投资金和技术投入
在废纸造纸企业实施清洁生产对策是减少污水排水的有效对策,所以企业可以加强对企业清洁生产方式上的资金投入。另一方面,我国的政府也要加强对废纸造纸企业支持和投入,减少对相关企业的税收,将资金用于造纸排污设备上,推广清洁生产的方式。
4.3健全对废水循环回用流程规范
建立对造纸产生废水的贮存系统,采用先进的废水治理技术,提高对造纸产生废水的循环利用率。在造纸生产的发展过程中严格规范每一个生产的环节管理和监督,在生产的工艺上采用科学的废水处理工艺和技术,如:气浮法,生化法以及物理法等处理方法,有效降低废水中的污染系数,去除混合纸浆中的沉淀,简化操作方式,提高生产效率。
4.4加强对废水储备和处理设备的管理
定期对废水处理设备的进行检查和维护,确保设备的安全运行,发现设备出现问题的时候及时的采用设备维修措施,排除一切能够干扰废水处理和利用的故障的发生,确保整个废水循环回用的系统的运行。
5结语
综上所述,在我国的造纸企业中,企业都在采用废纸造纸所使用的工艺和对环境污染治理的问题上进行全面的实践和探索,所以企业都在为实现我国环境可持续啊发展的战屡和目标上共同的努力,将生产和原料的资源成本降到最低,将对环境的污染降到最低。本文基于废纸造纸企业采用的工艺和方法进行探讨,并提出相关意见,希望能够为我国造纸企业中对于纸浆和废水的处理方式上进行不断的改进,实现生产和环境的和谐发展。
参考文献
[1]赵敏娟.废纸造纸废水和生活污水处理技术方案的研究[D].西北农林科技大学,2011.
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昆山地处太湖流域,境内土地肥沃,气候温和,雨量充沛,河道纵横交错,湖荡众多。作为典型的苏南平原河网地区,昆山自古就蕴育了发达的农耕和渔业文化。其中,以锦溪大米为代表的生态农业和巴城阳澄湖大闸蟹为特色的水产养殖,已经成为昆山现代农业、养殖业的响亮名片。随着区域内工业废水和城镇生活污水得到有效控制,农业面源污染已经取代点源成为水环境污染的最重要来源,据研究显示,即使在点源污染全面控制之后,江河、湖泊、海洋的水质达标率也仅为65%、42%和78%[1]。杨林章等在对上海淀山湖、安徽巢湖、云南洱海等湖泊的调查表明,农业面源污染对水环境污染的贡献率已经全面超过点源污染,成为水环境污染控制的重要内容[2]。
1. 昆山农业面源污染现状
昆山农业面源污染主要由水稻种植和水产养殖尾水造成,由于昆山市本地水资源充沛,水稻种植方式传统,灌排方式较为粗放,以及规模庞大的水产养殖业,造成农业及养殖尾水直接排入就近河湖的现象十分突出,不断透支区域水环境容量,对全市水环境质量造成了较大影响。根据2013年昆山市水功能区断面监测数据显示,全年监测未达标次数中,超标因子中含有氨氮的占比高达82%,特别是作为水稻主产区的昆南和水产养殖集中区的昆北,这一比例更是接近100%。考虑到全市污水管网在城区、镇区和乡村覆盖率已达96%,90%和100%(截止2013年底),截污已逐步完善,因此基本可以推断超标的氨氮大部分来源于农业生产的复合肥使用和水产养殖的饲料投放。
2. 应对措施及存在的问题
近年来,为控制全市农村面源污染,提高区域水环境质量,昆山市通过建设农村污水收集处理设施,推广商品有机肥使用和大宗农药补贴,有效减少了N、P投放总量。通过利用稻田高效水肥,节水灌溉和减污技术,结合灌区更新改造、河湖生态修复工程以及人工湿地构建,系统控制了农业面源污染扩散。2007-2013 年期间,累计改造生态灌区275 个,改造面积6.5 万亩,构建各类湿地50 余处,改造生态排水骨干河道31.3 Km。累计节约灌溉用水4326.2万m3,减少氮肥使用量2669.2吨,并大幅削减了稻田排水及其氮磷输出量,其中TN 和TP 输出量分别减少1472 吨和420.8吨。
虽然现有的节水灌溉控污减排工程模式实现了N、P等污染物的削减,但处理之后的尾水实际进入自然水体的污染物总量仍然较大。根据2011―2013年度昆山市水功能区监测年报数据显示,三年内氨氮的超标率分别为:55.3%、52.7%、44.1%,超标率虽有逐年降低趋势,但仍处于较高比例。究其原因,一是现有的节水控污工程模式采取的都是单向模式,利用的是从“生态排水沟净化―人工湿地处理―生态河道排放”的单向处理方式,并未实现灌区内部的水循环处理,导致仍有大量污染物外排;二是区域内农业尾水污染物总量早已超出水环境承载力,虽实现了总量的削减,但仍然无法完全将其控制在区域水环境承载力范围内,因此对整体的水环境质量的提升贡献有限。
3. 水循环零排放模式探讨
昆山是太湖流域典型的低洼圩田平原,对圩区和灌区的划分十分清晰,灌排水利工程设施相对完备,为灌区的水循环生态处理提供了有利条件。针对全市圩内低田(半高田)封闭和圩外高田开放两种类型的灌区,本文提出利用昆山发达的河湖水系以及数量众多的沟渠塘堰,构建两种生态处理水循环运转模式,通过灌溉站的微动力驱动,持续削减区域内农业和养殖业尾水中的N、P等污染物,并利用净化处理后的水作为灌溉用水和养殖补水,实现水资源和营养物质的循环利用,并为区域内污染物零排放的实现提供可能。
3.1 圩内低田(半高田)封闭型灌区水循环模式构建
圩内低田(半高田)封闭型灌区地处低洼地带,为保障区域防洪排涝安全和正常农业耕作,全年排涝站的进水闸门和出水闸门基本处于关闭状态,为水循环创造了先天优势,通过构建“灌溉站―农田―田间排水沟―尾水小型湿地―圩内生态河道―灌溉站”的水循环系统(图1),使灌溉用水通过农田作物吸收,田间排水沟自然吸收,尾水小型湿地二级净化,最后排入封闭圩区内的生态河道进行深度处理,河道各处的灌溉站利用净化后的尾水循环灌溉农田,实现水资源和营养物质的循环利用和污染物零排放。
“田间排水沟+尾水小型湿地+圩内生态河道”组成的净化系统具有节水、防污双重功能,对灌区水循环系统十分必要。系统通过构建三级净化,分层次消减以N、P为代表的农田面源污染:第一级净化――田间排水沟的节水减污作用,由于渗漏与地表排出的水量减少,随水流出的污染物量减少,大约可削减N、P15%~25%;第二级净化――尾水湿地,通过水生动植物、微生物的转化和生物吸收等作用,可削减N、P约40%~60%。第三级净化――圩内生态河道,也可将其视为另一种带状形式的湿地,可削减N、P约15%~25%。通过三级净化的处理,N、P污染物总量可减少70%以上[3]。
3.2 圩外高田开放灌区水循环模式构建
圩外高田开放灌区由于地势较高,区域内防洪排涝压力较小,为保障水系畅通,排涝站的进水闸门和出水闸门一般保持开启状态。相比圩内封闭型灌区,开放型灌区构建水循环系统的难度要大,因此,本文提出在排水支沟末端设置防污型溢流闸门,将尾水湿地出水引入灌区内改造之后的沟渠塘堰,将其作为尾水湿地出水的“蓄水池”和“净化池”,替代封闭型灌区内圩内生态河道的功能,形成封闭水环境,从而构建了“灌溉站--农田―生态排水沟―尾水湿地―沟塘湿地―灌溉站”的水循环处理模式(图2)。通过人工生态改造,使沟渠塘堰变为净化能力强、蓄水容量大的沟塘湿地,同时,利用灌区各个位置,不同方位的沟渠塘堰,可以搭配改造成多种形式、多样水生植物优势种的沟塘湿地,有条件的灌区还可把各个沟塘湿地疏通连接起来,形成生物多样丰富的区域性人工湿地,进一步增强蓄水调节和生态净化功能。
“田间排水沟+尾水小型湿地+沟塘湿地”组成的净化系统同样具有节水、防污双重功能,系统通过构建三级净化,对 N、P污染物总量的削减效果明显。另外,在沟塘湿地构建时可以考虑结合当地水产养殖业,通过引入周围水产养殖尾水,丰富水体中营养物质种类,为水生动植物形成一个完整的食物链,也为农业尾水和养殖尾水治理提供一个完整的经济系统。
3.3 灌溉站水动力循环
封闭灌区和开放灌区内的水循环驱动都依赖于灌溉站的动力输出,利用水泵沿水流方向输出动力,形成水动力循环,持续对灌区内的污染物进行净化处理。水循环方式分为两种,分别针对灌溉期和非灌溉期。其中,在农田灌水期间的路径为:“灌溉站――农田――田间排水沟――尾水湿地――圩内生态河道(或沟塘湿地)――灌溉站”,在非灌溉期间为:“灌溉站――尾水湿地――圩内生态河道(或沟塘湿地)――灌溉站”。这就要求灌溉站除了具体日常直接向农田灌水的功能外,还需具备向尾水湿地排水的能力,这也是保持整个系统持续运行,高效发挥生态净化功能的必备条件。
为了探究灌溉站输出动力、循环周期与净化效率的最适比,根据昆山市水利局联合河海大学在花桥天福灌区开展的《高效节水灌溉关键技术研究与应用示范》研究得知,农田排水在田间排水沟、尾水湿地和圩内生态河道的最适水力停留时间为分别为田间施肥后的第4、第5和第6天,三者对TN的降解率能够达到83.7%、77.2%、86.1%。因此可以推断,封闭型灌区内水循环周期大致在15天左右,在灌溉站输出动力时,保持尾水在15天内完成一个周期的运转,理论上能够发挥出整个生态系统最高的净化效率。另外,在开放型灌区内,因沟塘湿地存在构建形式和改造数量的差异,最佳水循环周期需根据实际情况具体分析。
4.组合模式各单元环节设计
4.1 田间排水沟
昆山地区一般为小型灌区,田间排水沟尺寸较小,宽度较窄,排涝降渍为其首要功能,因此不宜人为种植各类植物,可在格宾网、三维植被网或蜂窝状水泥板基础上保持原生态面貌,有选择性地在沟中水体污染严重地段或沟渠系统末端摆放拦截箱以加强沟渠系统的去处功能[4]。在部分排水降渍要求较低的灌区,可适当考虑低密度栽种酸模、莎草等体积小、净水效率高、土保持能力强的植物。
4.2 尾水小型湿地
尾水小型湿地是指对围绕灌区四周的排水支沟进行适当拓宽和生态改造,使其成为具备抗污染冲击负荷的封闭式小型人工湿地。经改造后的尾水小型湿地作为承纳尾水的第一个蓄水池和净化池,是田间排水沟与生态河道或沟塘湿地之间的一个缓冲带,既可以利用农田尾水在其中相对较长的水力停留时间,通过植物吸收和湿地内部微生物作用,消减农田面源污染,同时,又能够在降雨时吸纳短时激增的农田面源径流,减轻了下级净化系统的抗污染负荷压力,提高了系统整体运行的稳定性和可靠性。由于小型尾水湿地仍然要承担排涝降渍的功能,在有限的空间中同样应布置体积小、密度适中、抗污能力强、耐受性高的水生植物。
4.3 圩内生态河道
具有减污功能的圩内生态河道主要包括生态护岸及护底工程,生态护岸、护底可采取网垫植被复合型、水生植物护岸等技术,护底可采用植物型防渗砌块等[5]。昆山的圩内生态河道总长约2800公里,普遍在河岸上栽种香樟、柳树等,常水位以上堤设置草皮(高羊毛草或结缕草)覆盖,河道中选择芦苇、再力花、菖蒲等。要注意的是圩内生态河道首先应具备的特征是其水利工程属性,也要满足排滞排涝及水流的不冲不淤要求[3],在降雨时还应具有行洪的作用,因此圩内生态河道的挺水植物种植面积要适中,平衡生态需要和行洪要求。
5. 结语
针对圩内低田(半高田)封闭和圩外高田开放灌区的特征,构建的两种典型水循环生态运行模式,通过对田间排水沟、圩内河道以及沟渠塘堰的生态改造,加以灌溉站的水动力驱动循环,持续性的消减农业面源污染,为区域零排放的实现提供可能。圩内低田(半高田)封闭灌区在实现区域水动力循环和污染物零排放上条件更为优越,可行性更高;圩外高田开放灌区在沟渠塘堰较多的灌区同样具备区域内污染物零排放的可行性,但针对部分条件受限灌区,可利用周围具备改造条件的灌区,在规划设计时统筹考虑。
灌区各级湿地的规划和布置还应充分考虑湿地面积与其所承受排水的农田面积比,太大则占用过多农田,太小则又对N、P等污染物没有去除效果或去除效果不明显。特别是尾水小型湿地,在不具备拓宽改造条件时,应首先保证其作为生态型支沟的排涝降渍功能。
昆山境内境内沟渠塘堰星罗棋布,加以众多改造完成的景观湿地,如在在生态灌区设计时,一并将其纳入生态水循环体系,不仅节约了土地占用面积,而且可以充分发挥现有景观湿地的生态功能。
参考文献
[1] 朱兆良,David,孙波.中国农业面源污染控制对策[M].北京:中国环境科学出版社,2006.
[2] 杨林章,施卫明,薛利红等.农村面源污染治理的“4R”治理技术:总体思路与“4R”治理技术[J].农业环境科学学报,2013.
[3] 茆智.构建节水防污型生态灌区[J].中国水利,2009,19(28)1.
[4] 杨林章,周小平,王建国,等.用于农田非点源污染控制的生态拦截型沟渠系统及其效果[J].生态学杂志,2005,24(11):1371-1374.
[5] 顾斌杰. 生态灌区构建原理及关键技术研究[D]. 南京:河海大学,2006.