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| 內容簡介： |
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《河湖水系连通评价与调控理论》在对河湖水系连通内涵和典型案例解读基础上，提出河湖水系连通评价与调控理论体系，并在典型流域和城市进行实践应用。*先，从河湖水系发育程度、形态结构和连通功能等维度出发，建立河湖水系连通的影响评价指标和评价方法，对人类活动对河湖水系连通的影响进行评价；其次，基于图论方法构建城市水系图模型，并根据不同的功能需求设置优化目标，对河湖水系连通格局进行优化；同时，在构建结构-功能耦合下的水系连通方案两阶段优化模型的基础上，深入探讨河湖水系连通性的综合优化方法；*后，在河湖水系连通格局与功能相关性分析的基础上，开展河湖水系水功能保障目标下的河湖水系连通阈值研究。研究成果可为河湖水系连通的优化调度提供重要依据。书部分插图附彩图二维码，扫码可见。
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目录第1章 绪论 11.1 研究背景和意义 11.1.1 研究背景 11.1.2 研究意义 21.2 发展沿革 31.2.1 国内发展沿革 31.2.2 国外发展沿革 51.3 研究进展 61.3.1 河湖水系连通概念的发展 61.3.2 河湖水系连通结构研究进展 71.3.3 河湖水系连通功能研究进展 81.3.4 河湖水系连通评价研究进展 91.3.5 人类活动对河湖水系连通影响评价研究进展 101.3.6 河湖水系连通性恢复与格局优化研究进展 121.4 研究思路 14第2章 河湖水系连通的理论基础 152.1 河湖水系连通内涵解读 152.1.1 河湖水系连通的内涵 152.1.2 河湖水系连通驱动因素及构成要素 162.1.3 河湖水系连通的方式及特征分析 202.2 河湖水系连通典型案例介绍 222.2.1 河湖水系连通国外案例 222.2.2 河湖水系连通国内案例 312.3 河湖水系连通正负面效应 412.3.1 河湖水系连通的正面效应 412.3.2 河湖水系连通的负面效应 44第3章 河湖水系发育程度与形态结构评价 483.1 水系发育程度和形态结构概述 483.2 研究思路及方法 483.2.1 水系提取的方法介绍 483.2.2 水系分维值的计算 493.2.3 相关性分析方法 503.3 淮河流域水系发育与形态结构特征评价 503.3.1 淮河流域水系基本情况 503.3.2 淮河流域水系形态结构特征 533.3.3 淮河流域水系分维值的计算 553.3.4 淮河流域水系发育与形态结构特征关系 603.3.5 淮河流域水系形态结构指标相关性特征 653.4 小结 66第4章 河湖水系连通功能评价 674.1 水系连通功能介绍 674.1.1 水系功能 674.1.2 水系连通功能 684.2 水系连通功能评价指标体系构建 704.2.1 指标体系构建的思路 704.2.2 指标体系的构建原则 714.2.3 指标的确定及说明 714.3 河湖水系连通功能评价方法 754.3.1 河湖水系连通功能指数 754.3.2 单指标定量方法 754.3.3 多指标的综合描述 784.3.4 权重的确定 794.3.5 功能评价等级划分标准 814.4 淮河流域河湖水系连通功能评价 814.4.1 指标体系及研究区数据 814.4.2 子功能指数的计算 874.4.3 权重的确定及计算结果 874.4.4 河湖水系连通功能评价等级 884.5 小结 89第5章 人类活动对河湖水系连通影响评价 905.1 人类活动对河湖水系连通影响分析 905.2 人类活动对河湖水系连通影响评价指标体系构建 915.2.1 指标体系构建原则 915.2.2 指标筛选方法 915.2.3 指标体系框架 915.2.4 人类活动对河湖水系连通影响的量化指标体系 925.3 人类活动对河湖水系连通影响评价方法 975.3.1 人类活动对河湖水系连通影响系数 975.3.2 单指标定量方法 975.3.3 多指标的综合描述 995.3.4 影响评价等级划分标准 995.4 人类活动对淮河流域水系连通影响评价 1015.4.1 指标体系及研究区数据 1015.4.2 子影响系数的计算 1065.4.3 权重的确定及计算结果 1075.4.4 人类活动对河湖水系连通影响评价等级 1085.5 小结 109第6章 河湖水系功能连通格局调控 1106.1 河湖水系功能连通格局概述 1106.2 基于图论的水系功能连通格局优化方法 1106.2.1 图论的内涵 1106.2.2 河网调节图模型构建 1116.2.3 以水量为优化目标的水系连通格局优化方法 1126.2.4 以水质为优化目标的水系连通格局优化方法 1176.3 基于图论的清潩河水系功能连通格局优化 1206.3.1 清潩河流域水系基本概况 1206.3.2 清潩河河网调节图模型构建 1206.3.3 以水量调控为目标的水系功能连通格局优化 1226.3.4 以水质调控为目标的水系功能连通格局优化 1276.4 基于图论的清潩河水系连通方案优选 1336.4.1 河网结构优化 1336.4.2 不同河网结构下的水量目标优化 1356.4.3 不同河网结构下的水质目标优化 1386.5 小结 141第7章 河湖水系连通结构-功能耦合调控 1427.1 结构-功能耦合的水系连通优化思路 1427.1.1 水系连通结构与水系连通功能的关系 1427.1.2 水系连通两阶段优化的必要性 1437.1.3 水系连通功能量化思路 1437.2 结构-功能耦合下的水系连通方案两阶段优化模型 1457.2.1 模型构建思路 1457.2.2 优化模型的构建 1457.2.3 模型求解 1467.3 基于结构和功能耦合的清潩河水系连通方案优选 1477.3.1 典型月方案优选 1477.3.2 优化效果对比 1507.3.3 年内方案优选 1507.4 考虑水系格局和来水变化的清潩河水系连通方案优选 1537.4.1 考虑水系格局变化的水系连通方案优选 1537.4.2 考虑来水条件变化的水系连通方案优选 1637.4.3 同时考虑水系格局和来水条件变化的水系连通方案优选 1687.4.4 方案SL-S下的年内水系连通方案优选 1707.5 小结 173第8章 河湖水系连通阈值研究 1748.1 河湖水系连通指标的构建与选取 1748.1.1 河湖水系连通形态指标构建及获取 1748.1.2 河湖水系连通功能指标的选取及确定 1758.1.3 基于河湖水系连通的水生态环境指标构建及获取 1768.2 河湖水系连通指标阈值确定的相关研究方法 1788.2.1 相关分析方法 1788.2.2 多元回归模型 1788.2.3 河湖水系连通形态和功能指标阈值确定方法 1788.2.4 基于河湖水系连通的水生态环境阈值确定方法 1788.3 河湖水系连通阈值结果分析 1818.3.1 清潩河水系连通形态和功能指标阈值确定 1818.3.2 基于河湖水系连通的清潩河水生态环境阈值确定 1868.4 小结 187参考文献 189
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第一章绪论 1.1研究背景和意义1.1.1研究背景 河湖水系是水资源的主要载体，担负着流域水循环的重要作用，是自然生态环境的重要组成部分之一，也是社会经济发展的重要基础，与人类社会的起源及发展息息相关（窦明等，2011）。河湖水系的分布特点、形态结构和连通情况在很大程度上决定了区域水资源的空间分布特征，对区域水资源的配置、区域供水保障、环境生态系统的稳定和经济社会的发展都具有不可替代的重要作用（李宗礼等，2011a）。我国面临的水资源紧缺、水生态恶化等水问题直接或间接地影响了我国河湖水系的水力、水文和水沙等要素，使得河湖水系的纵向、横向连通状况与格局不断变化，同时使得其结构形态和连通状况更加复杂。此外，为了国家稳定、经济社会与自然生态和谐发展，保障优化水资源配置水平、提高供水保障能力、增强防御水旱灾害能力、深化对河湖水系连通的研究十分必要。 基于对上述问题的全面考虑，党中央在全面落实*严格水资源管理制度之际，肯定了改善河湖水系健康对于增强抵御水旱灾害的能力、优化水资源配置、推进生态文明建设的重要性。2010年1月召开的全国水利规划计划工作会议上明确指出“河湖连通是提高水资源配置能力的重要途径”（陈雷，2010）。水利部在部署“十二五”规划工作时，再次提到“深入研究河湖水系连通、7JC量调配和提高水环境承载能力问题，发挥河湖水系的综合功能，实现水量优化调配”（徐金阳和何宏，2013）。同年9月30日的国务院加快水利建设专题会议上，国务院更是将“抓紧建设一批骨干水资源配置工程、重点水源工程和河湖水系连通工程”作为提高水资源时空调控和城乡供水保障水平的重要手段。2011年中央一号文件再次突出强调了建设河湖水系连通工程的必要性，以及实现河湖水系连通的重要战略意义。在其后的政府工作中，2013年水利部出台了《水利部关于推进江河湖库水系连通工作的指导意见》，2016年水利部办公厅向各省、自治区、直辖市水利（水务）厅（局）、新疆生产建设兵团水利局下达了《关于开展江河湖库水系连通实施方案（2017—2020年）编制工作的通知》（办资源〔2016〕156号）。这一系列的重大举措无不表明，在我国未来的水利工作中，加快推进河湖水系连通工作已成必然。作为水利研究者，应将为河湖水系连通工作实践奠定坚实的科学理论知识基础、提供必要的技术支撑作为重要的研究内容。2023年5月25日，中共中央、国务院印发的《国家水网建设规划纲要》指出“到2025年，建设一批国家水网骨干工程，国家骨干网建设加快推进，省市县水网有序实施，着力补齐水资源配置、城乡供水、防洪排涝、水生态保护、水网智能化等短板和薄弱环节，水旱灾害防御能力、水资源节约集约利用能力、水资源优化配置能力、大江大河大湖生态保护治理能力进一步提髙，水网工程智能化水平得到提升，国家水安全保障能力明显增强。到2035年，基本形成国家水网总体格局，国家水网主骨架和大动脉逐步建成，省市县水网基本完善，构建与基本实现社会主义现代化相适应的国家水安全保障体系。”2024年中央一号文件也指出“推进水系连通、7JC源涵养、水土保持，复苏河湖生态环境，强化地下水超采治理。” 自古以来，为了合理调配水资源、抵御自然灾害，我国劳动人民在兴建河湖水系连通工程的实践活动中积累了丰富的经验。例如，战国时期由蜀郡太守李冰主持修建的都江堰水利工程，以无坝引水为主要特点，是迄今为止世界上现存的*古老的宏大水利工程。都江堰的修建将曾经水旱灾害频发的成都平原改造成为如今的“天府之国”。再如京杭大运河，这条世界上里程*长、工程量最大的古代运河，于春秋时期开始挖掘，隋朝时期完成，唐宋时期达到繁荣，元代时期裁弯取直，明清时期重新疏浚。京杭大运河南起余杭（今杭州），北达琢郡（今北京），途经浙江、江苏、山东、河北四省及天津、北京两市，贯通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系，在我国南北区域间的经济与文化发展交流中起到了巨大作用。近年来，我国在河湖水系连通工程建设方面也有不少成功的案例，其中*具代表性的是南水北调工程。南水北调工程的建设对构建我国“四横三纵、南北调配、东西互济”的水资源战略配置格局具有重大意义，有效缓解了北方地区经济社会发展和生态安全保障的用水压力。其中，南水北调工程天津受水区已完成南水北调中线天津干线及市内配套工程建设，这一工程的完工使得天津市市区的主要河流、湖泊和水系基本上实现了连通，进而提高了城市的防洪标准，同时部分河段也实现了通航功能。1935年，美国加利福尼亚州建设北水南调工程，对水资源进行统一调配，既满足了当地灌溉用水需求，又促进了当地社会经济的发展，同时开启了当地跨流域调配水资源的先河。1949年，澳大利亚开启了雪山调水工程，该工程很大程度上提高了水资源调配能力，将雪河（Snowy River）的水分别引向墨累河（Murray River）和马兰比吉河（MurrumbidgeeRiver）。20世纪50年代，欧洲多国联合建设三角洲治水工程，通过工程中的横向运河把莱茵河（Rhein River）、易北河（Elbe River）、马斯河（Maas River）联系起来，不仅优化了水系的网络，实现了水资源的优化配置，还促进了当地社会经济的发展（李宗礼等，2011b）。 河湖水系连通工程的建设还带来了经济效益。*先，河湖水系连通性的增强改善了用水地区的农业灌溉情况，增加了农作物产量，提高了区域的水资源配置能力，创造了供水、发电、防洪、航运、旅游休闲等经济效益。然而’随着经济发展和城市化进程的加快，有些区域为了争夺有限的土地资源，将河道排水改为管道排水，将“软排水”改为“硬排水”，城市中河流湖泊等被人为填埋，特别是一些村镇的河流，导致河流的自然调蓄功能受到影响，河湖中的动植物种类减少，作为城市生态走廊的河湖水系的连通性受到限制。在一些高度城市化的地区，河网水系的结构趋于简单，一些小的非主要的河流不断减少，使得河流的连通结构遭到破坏，连通性降低，同时影响了河流的防洪、生态栖息地等功能，已成为人水关系不和谐的重要表现，并成为影响经济社会可持续发展、水生态系统健康的关键性制约因素。 1.1.2研究意义 河湖水系的连通可以实现不同水体间的循环，提髙水资源统筹调配的能力和抵御自然灾 害的能力，对实现水资源的可持续利用、推进水生态文明建设、促进社会经济可持续发展具有重要作用。为了对河湖水系连通进行科学评价并揭示其调控理论，本书从河湖水系发育程度、形态结构和连通功能等方面构建了河湖水系连通功能评价指标体系和人类活动对河湖水系连通的影响评价指标体系。基于图论思想和优化方法，在传统图模型的基础上，以水量、水质为优化目标建立水系功能连通格局优化模型，并对其水系功能连通格局和水系结构-功能耦合连通格局进行优化;在考虑原河网及水系连通格局改变情况下的结构-功能硬连通与闸门开度变化下的结构-功能软连通，构建结构-功能耦合下的水系连通方案两阶段优化模型，优选最佳水系连通方案与闸门联合调度方案；并开展了河湖水系水功能保障目标下的河湖水系连通阈值研究。因此，将改善河湖水系连通状况作为今后优化水资源配置、提高供水保障能力、增强水旱灾害防御能力、修复和改善水生态环境等工作的重要措施，可为河湖水系连通的优化调度提供重要依据。 1.2发展沿革 1.2.1国内发展沿革 水，是生命的源泉，是一切生物赖以生存和社会经济赖以发展的不可或缺的物质基础。随着社会生产力的发展及人类用水方式的多样化，逐渐出现了人为调配水资源的行为或活动，与社会生产力的提高相辅相成。水量调配的规模和范围也一直在扩大，直到发展成长距离、大水量的跨流域水系连通工程调水（王光谦等，2009）。 中国自古以来就是一个水利大国，为了开发水利、减除水害，修筑了大大小小、不可胜数的水利工程。其中，水系连通工程数量*多，不管是灌溉工程还是城市供水工程，都是把河水或湖水引到原来水不可能流经的地方，再将使用后的余水排回河湖的下游或另外的河湖中。 我国古代各诸侯国之间战争频繁，然而交通不便影响战争中人员、粮食的输运，因此修建了以航运、军事为主要目的的河湖水系连通工程，增加水上输运能力。中国*早的河湖水系连通工程是公元前486年修建的邗沟工程，该工程建立起长江和淮河两大流域之间的水力联系。此后，我国古人又发挥聪明才智，修建了一系列河湖水系连通工程，如公元前360年开挖了连接黄河与淮河的鸿沟运河；公元前256年修建了引岷江水入成都平原的都江堰水利工程，使成都平原成为“水旱从人”的“天府之国”（孙东永，2008）。同时，中国自古以来就是一个农业大国，水利建设中不乏一些河湖水系连通工程，用以防御洪水、引水灌溉，保证农业发展、粮食供应。公元前246年开始兴建的郑国渠，引泾河水灌溉关中平原后再注入洛水，使贫瘠的渭北平原变成富饶的八百里秦川；公元前214年建成了引湘江水入珠江水系的灵渠工程。 总体来看，古代的水系连通工程与自然条件和水系特点密切相关。除水资源分布不均外，我国地势西高东低，河流多为自西向东流，缺少南北沟通是一个重大的现实问题。人工运河把两个流域连接起来，不只是把水从一个流域调到另一个流域，更是把人员、物资通过跨越两个流域的引水渠道输送到不同地区，不仅具有航运功能，在特定年代还发挥了巨大的军事作用。 中华人民共和国成立之初，我国大多数江河处于无控制或控制程度很低的自然状态，水资源开发利用水平低下，农田灌排设施极度缺乏，水利工程残破不全（崔国韬等，2011）。国家为保证经济发展，兴建水系连通工程，开发利用水能资源，调水改善农业灌溉状况，同时对经济快速发展的城市进行调水，保证城市用水。在1980年以前，多数水系连通工程的建设以灌溉、供水为主要目标，如东深供水工程（1965年）、景泰川电力提灌工程（1969年）、江水北调工程（1977年）等。 从20世纪80年代起，我国河湖水系连通相关工作虽然有一定进展，但各种水利设施老化失修、防洪标准低、洪水损失严重、灌溉规模不足、加上城市用水量不断增加，水资源供需矛盾日益加剧。为解决城市缺水问题、灌溉缺水问题，保证城市、流域防洪安全，全国陆续建设了一批水系连通工程。水系连通工程的建设和运行，在解决城市供水方面发挥了效益，有的还在解决干旱地区的用水危机和改善生态环境方面发挥了显著作用。例如，解决天津市供水问题的引滦入津工程（1983年）、大型的跨流域调水自流灌溉工程——甘肃省引大入秦工程（1994年）、保证大连城市供水的引碧入连工程（1995年）、治理淮河的治淮骨干工程（1991年）等。 进入21世纪以来，我国经济再次腾飞、城市化进程加速、人口不断增长、工农业需水量增加、城市供水压力增加，已建的河湖水系连通工程无法满足水资源需求，促使河湖水系连通工程再次兴建。其中，以水资源调配为目标的河湖水系连通受到全国各地的高度重视，调水工程建设明显加快，如令人瞩目的南水北调工程（东、中线一期工程分别于2002年和2003年开工）、引黄入邯工程（2009年）、胶东引黄调水工程（2003年）、吉林中部城市群引松供水工程（2013年）等。此外，经济发展、人类影响和气候变化等原因造成的河流生态环境问题也日益突出，以水质改善和生态修复为目标的河湖水系连通也受到前所未有的关注，一批水系连通工程先后修建，如引江济太工程（2002年）、引黄济淀工程（2006年）、塔里木河下游生态应急输水工程（2000年）、石羊河流域综合治理（2007年）等。 自2005年以来，为改善城市供水条件、提高供水保证率、美化城市环境、提升城市竞争力，全国主要大中型城市纷纷加快了城市生态水网建设的步伐，形成以城市为单元、辐射周边地区的生态水网体系，比较有代表性的工程有山东水系生态建设（2010年）、邯郸生态水网建设（2006年）、武汉市大东湖生态水网构建工程（2009年）、郑州市生态水系规划建设（2006年）等。2014年，习近平总书记提出的“节水优先、空间均衡
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