以混合山地丘陵和平原地形,并包含大型水库的瀛汶河流域作为研究对象,提出了一种适用于混合地形流域中小流域的命名方法。利用WordView遥感数据和ArcGIS中的Hydrology水文分析模型,对该流域的空间分布特征进行了探索和分析。本研究得出如下结论:①共提取了1条主干流、22条一级支流、48条二级支流以及1个大型水库在内的完整水系网络;②根据本研究提出的混合地形小流域提取划分方法,最终得到了28个小流域,其中包括3个干流小流域和1个水库型小流域;③结合地形形态类型,小流域可分为坡面型、区间型和完整型,数量分别为3个、3个和22个,分别占比10.7%、10.7%和77.57%;④根据河网支流空间分布统计结果,流域上中下游的一级支流分叉数分别为0.33、0.77和1.50条二级水系/一级支流;⑤单位面积内一级支流长度与二级支流长度分布趋势相反,导致瀛汶河流域河网密度在上中下游的结果较为接近,为(0.53±0.1) km/km²。研究结果可为混合地形小流域的提取划分及空间特征分析等相关研究提供借鉴和启示。

“三线一单”生态环境分区管控体系是目前我国推动生态文明建设和实现高质量发展的关键手段,流域综合规划环境影响评价(环评)技术导则明确提出了评价应充分衔接已发布实施的“三线一单”成果,阐述了流域综合规划体系及主要环境影响特性,提出衔接“三线一单”的流域综合规划环评设计框架,可实现“三线一单”成果贯穿流域综合规划的全过程。在此框架下流域“三线一单”的制定成为流域综合规划环评的重点,提出了流域“三线一单”的制定方法,以赣江流域为研究对象阐述了应用过程。对流域综合规划环评和“三线一单”成果落地等工作具有指导作用。

为探究石羊河流域水资源-粮食-能源-生态(WFEE)系统协调可持续发展,避免单一资源的部门割裂式发展对其他资源部门造成危害,以西北内陆河流域之一的石羊河流域WFEE系统为研究对象,构建流域WFEE系统耦合协调评价指标体系,采用CRITIC赋权法对各子系统指标赋权,运用耦合协调度模型对石羊河流域WFEE协调发展水平及其时空演变特征进行研究,并对2020—2030年石羊河流域耦合协调度进行预测。结果表明:2000—2020年石羊河流域WFEE系统综合发展指数处于中等水平,能源子系统综合发展指数负增长;石羊河流域WFEE系统耦合度等级为高水平耦合;流域WFEE系统耦合协调度整体呈上升趋势,经历了轻度失调到良好协调共6个阶段;预测结果显示流域耦合协调度在预测期内处于良好协调向优质协调过渡阶段。研究成果可为石羊河流域的可持续管理和资源高效开发利用提供参考依据。

环境司法协同是长江流域生态环境治理的有力抓手,长江流域作为生态巨系统,在司法保护理念及司法协同措施中均需突出强调流域特殊性。美丽中国建设对生态环境治理提出了更高要求,长江流域内各省市在司法协同实践中积极探索,绩效斐然。但通过对沿江代表性省市环境司法实践样态的检视也可发现目前各地改革步调不一,焦点侧重不同,长江流域立法供给不足、审判机制建设不完善以及协同主体职责衔接不畅等问题凸现。立足长江流域整体性及系统性,通过流域共同立法的推动,流域环境司法专门化机构的设立以及司法与执法工作衔接长效化机制的健全可以有效创新长江流域环境治理司法协同机制,为长江流域生态环境共保联治和经济社会高速发展的平衡提供司法智慧。

构建与国家战略水源地相适应的中线水源工程水质安全保障体系是新时期南水北调工程运行管理的重要内容。基于丹江口库区及其上游流域水质监测的新需求和新目标,提出了构建新时期南水北调中线工程水源地监测站网、水质监测、风险防范、科技支撑四大体系的建设构想,阐述了体系的基本内涵和要义。“四大体系”将在全面覆盖、关键预警、智慧先进、立体感知、重点监控、科技研究等方面对水质监测体系进行改造与提升,保障“一泓清水永续北上”。

针对水电工程生态效益内涵模糊、生态效益价值难以量化等问题,以三峡工程为例,梳理现有生态效益研究,界定了水电工程生态效益内涵。基于河流生态系统服务功能,从供给服务功能、支持服务功能、调节服务功能、文化服务功能4个方面提出水电工程生态效益评价框架,构建水电工程生态效益评价指标体系。收集相关数据,针对不同效益指标进行定量分析,采取影子价格法等方法将其转换成可量化的经济价值数据。结果表明,三峡工程供给服务功能效益价值为1 047.83亿元,支持服务功能效益价值为200.74亿元,调节服务功能效益价值为833.8亿元,文化服务功能效益价值为195.56亿元,共计2 277.93亿元。研究结果可为长江流域建立生态产品价值实现机制,完善市场化、多元化生态补偿,提供技术支持。

生态补偿是改善、维护和恢复生态系统服务功能的一种经济手段,也是落实科学发展观、促进区域协调发展的重要举措。近年来,湖北省在建立横向生态补偿机制方面探索颇多、特点突出。在首次全面梳理湖北省流域生态补偿制度建设与实践的基础上,对补偿机制的探索历程、实践案例与效益进行研究,分析湖北省在流域生态补偿机制建设中存在的问题,并从加快开展跨省际流域生态补偿实践、建立完善南水北调水源地生态补偿机制、优化管理协调机制、健全资金保障体系、探索科学考核评估标准等方面提出针对性政策建议。

指导重要饮用水水源地保护是《中华人民共和国水法》《中华人民共和国长江保护法》和“三定”规定赋予水行政主管部门的法定职责,也是维系流域供水安全保障的底线。通过对长江流域重要饮用水水源地保护管理现状的回顾分析,针对保护管理中存在的水源地名录准入退出机制不健全、安全评估制度不完善、资金投入保障机制不足等问题,提出了完善水源地安全保障规划体系、规范水源地名录管理机制、强化水源地安全评估和保护、严格水源地保护考核等长效机制构建思路和后续工作建议。研究成果对于落实《中华人民共和国水法》《中华人民共和国长江保护法》饮用水水源地保护要求、贯彻长江经济带绿色发展和长江大保护建设的要求、推动长江流域重要饮用水水源地保护长效机制建设具有重要意义。

为促进长江岸线资源的合理高效利用,通过调查梳理江苏段长江岸线的管理现状,探索适合江苏段长江岸线保护与利用的综合管理措施。结果表明虽然江苏段长江大保护战略取得了许多成效,但是长江岸线仍然存在综合管理和统一规划不足等问题。因此,建议完善长江岸线综合管理联席会议制度,组建省级长江岸线保护专项组,对长江岸线保护和利用实行统一管理。考虑岸线水域、陆域因素,引入岸线等级系数和岸线利用效率系数,优化岸线资源有偿使用方法,探索长江干流江苏段岸线有偿利用机制,有效促进长江岸线资源的合理利用与开发。

水源涵养服务价值在不同区域之间的转移是流域上下游之间进行横向生态补偿需要考虑的关键内容。然而,水源涵养服务价值的转移依赖于流域的水文循环路径和河流的水量输送。现有的生态系统服务价值转移量评估方法缺乏对水源涵养服务转移中水文特征的描述,评估结果的合理性有待加强。针对此问题,从转移方向和转移路径2个方面改进断裂点-场强模型,通过引入河流方向系数判断流域上下游以及干支流地区之间的水力联系,在水源涵养服务转移评估中考虑河流的水文特征,并在长江流域应用,提高评估结果的合理性与可用性。结果表明,2020年长江流域水源涵养量为11 538.45亿m³,水源涵养服务的价值量为11 953.83亿元。相比现有模型的评估结果,研究改进的断裂点-场强模型突出了水源涵养服务价值从流域上游向下游转移的特征、增加了转移强度和范围。长江流域水源涵养服务价值的转出量由大到小依次为:四川>江西>湖南>贵州>湖北>安徽>重庆>云南>浙江>青海>陕西>广西>西藏>河南;各省份水源涵养服务价值的转入量由大到小依次为:云南>安徽>湖北>重庆>江苏>湖南>四川>上海>西藏。

为解决传统水动力学模型结合调度模型求解耗时长的难题,使用代理模型模拟水动力学模型以提升求解效率。从金沙江下游—三峡梯级水库调度实际出发,结合水动力学和代理模型相关理论,建立了基于Kriging代理模型的水库群多目标调度模型并采用多目标进化算法对模型进行求解,最后采用投影追踪法对得到的多目标帕累托前沿进行决策。研究结果表明,代理模型的平均模拟误差≤1.5%,能够较为精确地替代原有长耗时水动力学模型并结合调度模型给出具有竞争关系的帕累托前沿及合理的折衷方案,对促进梯级水库综合效益发挥提供理论依据。

随着长江上游水库群汛末集中蓄水问题日益突出,在确保防洪安全的前提下,提前抬升水库运行水位,有序衔接防洪与蓄水调度显得尤为重要。以金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝梯级水库为研究对象,选取发电量和水资源利用率为评价指标,探究汛期7—8月份梯级水库提前蓄水策略。研究结果表明:①平水(50%频率)、枯水(75%频率)和特枯(90%频率)来水条件下,乌东德、白鹤滩梯级水库应尽可能提前抬升运行水位,且优先抬升乌东德库水位。②7月份平水、8月份平水或枯水条件下,应优先将乌东德库水位抬升至960 m以上;7月份枯水、8月份平水或枯水条件下,应优先将乌东德库水位抬升至954 m以上。③不同来水条件下,溪洛渡水库应尽可能抬升库水位,但最高不超过585 m。

为协调防洪与兴利的矛盾,提高洪水资源化利用效益,基于改进模糊集方法进行汛期分期,建立系统协调度模型并计算得到汛限水位的动态控制域。以思林水库为例,前、后汛期的汛限水位与发电效益协同贡献度成正比,与防洪风险协同贡献度成反比;为实现系统协调度最大,前、后汛期的汛限水位动态控制域应分别为[435,437] m和[435,438] m,前、后汛期可分别增发电量2 169.907×10⁴、6 509.722×10⁴ kW·h,水资源利用量可分别提高0.716×10⁸ 、1.079×10⁸ m³。研究成果可提高洪水资源利用效率,为水库安全合理运行提供参考。

建立流域横向生态补偿机制是协调流域治理与保护的重要途径。自2012年全国首个跨省流域新安江生态补偿机制试点实施以来,至今全国已有13个跨省流域建立了生态补偿机制。长江流域跨省横向生态补偿机制实施后,跨省流域治理水平明显提高,但跨省流域横向生态补偿机制建立和实践过程面临着激励功能发挥有限、流域协调不足、水质补偿基准局限等问题。从管理视角解析了跨省流域横向生态补偿的科学问题,明晰了跨省横向生态补偿机制的核心要义,从强化激励功能和促进协同角度,提出回归跨省流域横向生态补偿的应然激励功能、发挥长江流域协调机制功能、构建符合长江流域资源禀赋特点的补偿基准体系等建议。研究成果可为长江流域全流域横向生态补偿机制完善提供参考。

美国纽约湾区、旧金山湾区和日本东京湾区发展迅速,已在水资源、供水、防洪和水生态保护等方面颁布了多项法律法规,实施了多项有效的工程措施,在保障湾区经济社会快速增长的同时又满足湾区水安全保障的需求,已成为公认的国际一流湾区。从水资源配置、节水、防洪和流域治理等方面分析了国际一流湾区水安全现状,探讨了其在破除资源约束、应对极端天气和生态环境保护等方面解决问题的方法和成功经验。结合粤港澳大湾区水资源特点,以及在面临水资源瓶颈、极端天气和生态环境保护中的问题,提出了推动水管理湾区协同与治理、强化水资源配置网、推进农田和家庭节水新产品和新技术的研究和应用、推动输水管道提升、推进洪水保险制度以及水生态环境系统治理等建议,为粤港澳大湾区水安全保障和高质量发展提供借鉴。

流域横向生态补偿是促进长江经济带高质量绿色发展的重要手段。目前长江经济带省内流域横向生态补偿实践进展较快,但长江干流和主要支流的省际横向补偿进展缓慢。为促进长江经济带流域横向生态补偿建设,优化省际流域横向生态补偿路径,系统梳理了长江经济流域带横向生态补偿进展、面临的学理和实践困境,发现存在流域居民认知程度低、补偿实施范围小、补偿方式单一、补偿标准模糊和监督考核体系不完善等问题。为此,应加强制度供给、政策宣传与引导、深化横向部门协作、构建多方参与的综合性补偿框架、探索市场化多元化补偿方式、完善补偿过程监测与事后评估体系,进一步促进长江经济带流域横向生态补偿制度建设。

跨省河湖联防联控是河湖管理中的重点和难点问题,结合河湖长制,加强流域统筹、开展跨省河湖联防联控是河湖治理体系和治理能力现代化的发展方向。系统梳理跨省河湖联防联控工作在制度体系、履职能力、流域规划、统一监测、联合执法以及监督考核等方面存在的不足之处,剖析其原因,借鉴国内外流域管理先进经验,以河湖长制为抓手,提出跨省河湖联防联控完善建议,以期为流域治理管理及水利高质量发展等相关政策制定提供决策依据和借鉴。

分析自然保护地的空间可达性,可为区域自然保护地体系建设与综合开发提供理论依据。以长江经济带1 624处国家级自然保护地为研究对象,采用ArcGIS空间分析方法测算空间可达性,运用GWR回归模型剖析其影响因素。结果表明:长江经济带国家级自然保护地的距离可达性和时间可达性优良,90.14%的国家级自然保护地分布在距离地级行政中心100 km的范围内,平均可达时间为24.23 min;县域可达性呈强集聚格局,以“成都—昆明”线为界,呈现出东高、西低的空间格局。区域海拔高程与国家级自然保护地可达性呈负相关,保护地丰度、路网密度与可达性呈正相关;对可达性影响程度最大的是路网密度,其次是保护地丰度、海拔高程,区域人均GDP对可达性没有明显的影响。贵中南、滇东南、湘赣南部及苏北沿海地区国家级自然保护地可达性对海拔高程的敏感度较低,长江上游地区国家级自然保护地可达性对路网密度的敏感度高,“成都—昆明”线以西地区国家级自然保护可达性对保护地丰度的敏感程度明显高于东部地区。

受到不断增强的人类活动与日益频繁的气候变化的叠加扰动,长江新老水问题纷繁交织。结合“十四五”规划和长江大保护的新要求,从宏观层面分析了当前长江面临局部地区缺水、涉水管理水平不足等水资源问题,沿江总磷排放超标、持久性有机污染物污染特征尚不明确等水环境问题,生态容量下降、生物资源锐减等水生态问题,以及极端洪涝干旱事件频发等水灾害问题的基本态势。最后从水系统角度揭示了温度升高等气候变化因素和水电开发、航运、农业活动、城市化进程等人为因素对长江“四水”(水资源、水环境、水生态、水灾害)问题发展变化的外在驱动影响,深入剖析了长江“四水”问题之间的内在关联反馈机制,以期能够增加人们对长江水问题耦合关系的了解,提高系统治理长江水问题的能力。

如何发挥河湖长制平台作用,加强流域统筹协调,提升河湖管理“共抓”和“大保护”水平,是深化河湖长制需要破解的管理难题。研究系统梳理河湖长制演进历程,分析深化河湖长制对流域统筹的需求,以河湖长制为抓手,提出流域统筹能力建设建议:①修订现行涉水管理法律、推进大江大河保护立法、出台流域保护条例和跨省界河湖联防联控指导意见;②依托全面推行河湖长制工作部际联席会议平台深化部际合作,建立完善“流域管理机构+省级河长办”协作机制深化流域协作,省级河长制办公室(简称“河长办”)互聘互派人员深化区域合作;③在全流域探索形成统一规划、统一标准、联合执法的流域统筹机制;④部际联席会议办公室监督检查跨界河湖流域统筹工作,检查结果作为省级领导干部的年度综合评价依据;⑤流域监测与信息共享开展部际合作,流域管理机构建立流域涉水大数据中心,相邻区域省级河长办组织开展省际边界联合监测监控;⑥ 生态补偿作为部际合作重点事项,赋予流域管理机构参与生态补偿管理的行政职能。