内容简介
《国家水网工程可持续运行关键技术研究》对影响国家水网工程可持续运行的关键技术进行了深入研究,包括国家水网工程可持续性评价方法、国家水网工程管理体制合理性评估方法、工程管理体系智能化评估方法、工程效益评估方法、综合水价形成机制及测算模型等;并以胶东水网工程、胶东调水工程、引黄济青工程等工程为例进行了实证研究,形成了可复制、可推广的水网工程可持续运行关键技术体系。
精彩书摘
第1章绪论
1.1我国基本国情水情
中国南北跨度大,地势西高东低,大部分位于季风气候区,并且人口众多。与其他国家相比,中国的水情具有特殊性,主要表现在以下四方面。
水资源时空分布不均,人均占有量低。中国水资源总量多,但人均水资源占有量、亩1亩≈666.67m2。均水资源占有量远低于世界平均水平。从水资源的时间分布来看,年内和年际降水量变化很大,60%~80%集中在汛期,地表径流年际丰枯变化一般相差2~6倍,*大可达10倍以上。从水资源的空间分布来看,中国北方的土地面积、耕地面积和人口分别占全国的64%、60%和46%,而水资源量仅占全国水资源量的19%,其中黄河、淮河和海河流域的GDP约占全国GDP的1/3,而水资源量仅占全国水资源总量的7%,是中国水资源供需矛盾*严重的地区。由于气候变化和人类活动影响,20世纪80年代以来,中国的水资源状况发生了重大变化,黄河、淮河、海河和辽河流域的水资源总量减少了13%,其中海河流域减少了25%(王浩和王建华,2012)。总的来说,中国的水资源禀赋条件并不优越,特别是水资源在时间和空间上的分布不均,导致中国水资源的开发利用工作既困难又繁重。
河流水系复杂,南北差异很大。中国地形从西到东呈三级阶梯分布,丘陵和高原占中国陆地总面积的69%,流域面积达100km2以上的河流有5万多条,分为长江、黄河、淮河、海河、松花江、辽河和珠江七大干流及其支流,以及主要分布在西北部的内陆地区河流、东南沿海地区入海河流和边境地区的跨界河流,构成了中国河流水系的基本框架。河流水系南北差异大,南方河网密度大,水量丰富,一般全年都有水;北方河流水量小,多是季节性河流,上游狭窄,坡度大,冲刷严重;中下游河道相对平坦,部分河段淤塞严重,有的甚至成为地上河。例如,黄河中下游的河床高于两岸地面达13m。河流的这些特点,加之人口众多和人水关系复杂,决定了中国河流治理难度大。
地处季风气候区,暴雨洪水频发。受季风气候影响,我国大部分地区在夏季都是潮湿、高温、多雨的,局部暴雨持续时间短、强度大,而持续时间长、范围大的流域降雨也时有发生,几乎每年都会发生不同程度的洪水灾害(夏军和石卫,2016)。例如,在1954年和1998年的梅雨期,长江流域先后出现9次和11次大暴雨,形成全流域大洪水;1975年8月,受台风影响,河南驻马店林庄6h降水量达到830mm,超过了当时的历史纪录,造成了灾难性的洪水,致使板桥和石漫滩水库的溃坝。2021年7月18日18时至21日0时,郑州出现罕见持续强降水天气过程,全市普降大暴雨、特大暴雨,累计平均降水量449mm,造成了巨大的经济损失和人员伤亡。我国的主要城市、重要基础设施和主要粮食产区主要分布在河流沿岸,全国1/3的人口居住在七大河流防洪保护区内,拥有22%的耕地和约一半的经济总量。随着人口的增长和财富的积累,国家对防洪安全的要求越来越高,防洪任务更加繁重。
水土流失严重,水生态环境脆弱。由于特殊的气候和地形条件,特别是我国山地众多、降雨集中、人口多、生产建设活动不合理,是世界上水土流失*严重的国家之一,2023年全国水土流失面积达263万km2,占我国陆地面积的27%以上。从水土流失分布来看,水土流失面积集中在西部地区。从土壤侵蚀的源头来看,坡耕地和侵蚀沟是水土流失的主要来源,3.6亿亩坡耕地的水土流失量占全国水土流失量的30%以上,侵蚀沟的水土流失量约占全国水土流失量的40%。此外,我国约39%的土地位于干旱和半干旱区,降水量少,蒸发量大,植被覆盖率低,尤其在西北干旱地区,生态环境脆弱。例如,塔里木河、黑河、石羊河等生态脆弱的河流对人类活动非常敏感,恢复难度大。
1.2国家水网工程建设进程
在中华人民共和国成立之初,中国的大部分河流处于不受控制或受控制程度较低的自然状态,水资源开发利用水平低,农田排灌设施极度匮乏,水利工程建设极不健全。中华人民共和国成立以来,中国以防洪、供水、灌溉等为重点,开展了大规模水利建设,初步形成了大中小微结合的水利工程体系,水利建设面貌发生了根本性变化。
一是主要江河防洪减灾体系基本形成。七大河流基本形成了以骨干枢纽、河道堤防、蓄滞洪区等工程措施和水文监测、预警预报、防洪调度等非工程措施相结合的防洪减灾系统。截至2023年底,全国已建成堤防33万km,是中华人民共和国成立之初的8倍;水库从中华人民共和国成立前的1200多座增加到了9.86万座,总库容从约200亿m3增加到9999亿m3,调蓄能力不断提高。
二是水资源配置格局逐步完善。通过修建水库、跨流域和跨区域引调水工程解决水资源时空分布不均的问题。目前,我国已初步形成集蓄水、引水、调水于一体的水资源配置体系(王浩和游进军,2016)。例如,密云水库、潘家口水库的建设为北京和天津提供了重要的水源,辽宁大伙房水库输水工程和引黄工程等工程的建设缓解了辽宁中部城市群和青岛的供水紧张问题。随着南水北调工程的建
目录
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前言
第1章绪论1
1.1我国基本国情水情1
1.2国家水网工程建设进程2
1.3水网研究文献计量分析4
1.4国家水网相关水利工程可持续性及运行风险研究进展7
第2章国家水网工程可持续性评价11
2.1国家水网工程可持续性理论11
2.2国家水网工程可持续性评价指标体系14
2.3国家水网工程可持续性评价模型构建24
2.4胶东水网工程可持续性评价39
2.5小结44
第3章国家水网工程管理体制合理性研究46
3.1理论基础与研究思路46
3.2管理体制方案设置47
3.3管理体制方案比选49
3.4结果分析56
3.5机构设置59
3.6小结60
第4章工程管理体系智能化评估方法61
4.1智慧评价的理论基础61
4.2智慧管理体评价理论80
4.3指标体系构建83
4.4水利工程管理考核评估87
4.5数据采集89
4.6评估模型及步骤90
4.7结果与预期效果分析92
4.8小结94
第5章工程效益评估方法95
5.1目标任务95
5.2一般均衡模型96
5.3系统开发98
5.4青岛供水效益测算99
5.5小结111
第6章综合水价形成机制及测算模型112
6.1大型基础设施网络定价机制借鉴112
6.2水网工程特征及分类分析119
6.3区域综合水价形成机制分析121
6.4区域综合水价模型构建124
6.5案例研究——以胶东水网工程为例128
6.6小结148
第7章结论与建议149
参考文献151
试读
第1章绪论
1.1我国基本国情水情
中国南北跨度大,地势西高东低,大部分位于季风气候区,并且人口众多。与其他国家相比,中国的水情具有特殊性,主要表现在以下四方面。
水资源时空分布不均,人均占有量低。中国水资源总量多,但人均水资源占有量、亩1亩≈666.67m2。均水资源占有量远低于世界平均水平。从水资源的时间分布来看,年内和年际降水量变化很大,60%~80%集中在汛期,地表径流年际丰枯变化一般相差2~6倍,*大可达10倍以上。从水资源的空间分布来看,中国北方的土地面积、耕地面积和人口分别占全国的64%、60%和46%,而水资源量仅占全国水资源量的19%,其中黄河、淮河和海河流域的GDP约占全国GDP的1/3,而水资源量仅占全国水资源总量的7%,是中国水资源供需矛盾*严重的地区。由于气候变化和人类活动影响,20世纪80年代以来,中国的水资源状况发生了重大变化,黄河、淮河、海河和辽河流域的水资源总量减少了13%,其中海河流域减少了25%(王浩和王建华,2012)。总的来说,中国的水资源禀赋条件并不优越,特别是水资源在时间和空间上的分布不均,导致中国水资源的开发利用工作既困难又繁重。
河流水系复杂,南北差异很大。中国地形从西到东呈三级阶梯分布,丘陵和高原占中国陆地总面积的69%,流域面积达100km2以上的河流有5万多条,分为长江、黄河、淮河、海河、松花江、辽河和珠江七大干流及其支流,以及主要分布在西北部的内陆地区河流、东南沿海地区入海河流和边境地区的跨界河流,构成了中国河流水系的基本框架。河流水系南北差异大,南方河网密度大,水量丰富,一般全年都有水;北方河流水量小,多是季节性河流,上游狭窄,坡度大,冲刷严重;中下游河道相对平坦,部分河段淤塞严重,有的甚至成为地上河。例如,黄河中下游的河床高于两岸地面达13m。河流的这些特点,加之人口众多和人水关系复杂,决定了中国河流治理难度大。
地处季风气候区,暴雨洪水频发。受季风气候影响,我国大部分地区在夏季都是潮湿、高温、多雨的,局部暴雨持续时间短、强度大,而持续时间长、范围大的流域降雨也时有发生,几乎每年都会发生不同程度的洪水灾害(夏军和石卫,2016)。例如,在1954年和1998年的梅雨期,长江流域先后出现9次和11次大暴雨,形成全流域大洪水;1975年8月,受台风影响,河南驻马店林庄6h降水量达到830mm,超过了当时的历史纪录,造成了灾难性的洪水,致使板桥和石漫滩水库的溃坝。2021年7月18日18时至21日0时,郑州出现罕见持续强降水天气过程,全市普降大暴雨、特大暴雨,累计平均降水量449mm,造成了巨大的经济损失和人员伤亡。我国的主要城市、重要基础设施和主要粮食产区主要分布在河流沿岸,全国1/3的人口居住在七大河流防洪保护区内,拥有22%的耕地和约一半的经济总量。随着人口的增长和财富的积累,国家对防洪安全的要求越来越高,防洪任务更加繁重。
水土流失严重,水生态环境脆弱。由于特殊的气候和地形条件,特别是我国山地众多、降雨集中、人口多、生产建设活动不合理,是世界上水土流失*严重的国家之一,2023年全国水土流失面积达263万km2,占我国陆地面积的27%以上。从水土流失分布来看,水土流失面积集中在西部地区。从土壤侵蚀的源头来看,坡耕地和侵蚀沟是水土流失的主要来源,3.6亿亩坡耕地的水土流失量占全国水土流失量的30%以上,侵蚀沟的水土流失量约占全国水土流失量的40%。此外,我国约39%的土地位于干旱和半干旱区,降水量少,蒸发量大,植被覆盖率低,尤其在西北干旱地区,生态环境脆弱。例如,塔里木河、黑河、石羊河等生态脆弱的河流对人类活动非常敏感,恢复难度大。
1.2国家水网工程建设进程
在中华人民共和国成立之初,中国的大部分河流处于不受控制或受控制程度较低的自然状态,水资源开发利用水平低,农田排灌设施极度匮乏,水利工程建设极不健全。中华人民共和国成立以来,中国以防洪、供水、灌溉等为重点,开展了大规模水利建设,初步形成了大中小微结合的水利工程体系,水利建设面貌发生了根本性变化。
一是主要江河防洪减灾体系基本形成。七大河流基本形成了以骨干枢纽、河道堤防、蓄滞洪区等工程措施和水文监测、预警预报、防洪调度等非工程措施相结合的防洪减灾系统。截至2023年底,全国已建成堤防33万km,是中华人民共和国成立之初的8倍;水库从中华人民共和国成立前的1200多座增加到了9.86万座,总库容从约200亿m3增加到9999亿m3,调蓄能力不断提高。
二是水资源配置格局逐步完善。通过修建水库、跨流域和跨区域引调水工程解决水资源时空分布不均的问题。目前,我国已初步形成集蓄水、引水、调水于一体的水资源配置体系(王浩和游进军,2016)。例如,密云水库、潘家口水库的建设为北京和天津提供了重要的水源,辽宁大伙房水库输水工程和引黄工程等工程的建设缓解了辽宁中部城市群和青岛的供水紧张问题。随着南水北调工程的建