长江上游供水-发电-环境水资源互馈系统风险评估与适应性调控

目录 第1章 供水–发电–环境水资源互馈系统风险评估与适应性调控概述 1 1.1 研究背景与科学意义 2 1.1.1 研究背景 2 1.1.2 科学意义 3 1.2 研究框架与基本概念 4 1.2.1 研究框架 4 1.2.2 基本概念 4 1.3 研究概况与发展趋势 6 1.3.1 水资源耦合系统动态演化特性分析 7 1.3.2 供水–发电–环境多维耦合互馈系统建模 10 1.3.3 多维耦合互馈系统风险分析与多重风险决策 12 1.3.4 供水–发电–环境耦合互馈系统优化调控 13 1.4 研究目标与研究内容 15 1.4.1 研究目标 15 1.4.2 研究内容 16 1.5 研究方法与研究思路 17 1.5.1 研究方法 17 1.5.2 研究思路 18 1.6 研究特色与理论创新 20 1.6.1 研究特色 20 1.6.2 研究方法的理论创新 21 参考文献 21 第2章 长江上游流域概况 25 2.1 长江上游流域地理环境 26 2.2 长江上游河流水系及其气象水文特征 26 2.2.1 金沙江水系 27 2.2.2 岷江水系 28 2.2.3 嘉陵江水系 28 2.2.4 乌江水系 29 2.3 长江上游控制性水库 29 2.3.1 长江上游水库群概况 29 2.3.2 长江上游关键控制性水库概况 33 2.4 长江上游社会经济概况 36 2.4.1 人口规模 37 2.4.2 经济发展 37 2.4.3 农业格局 37 2.4.4 用水结构 38 2.5 长江上游生态环境状况 38 2.5.1 长江上游生态环境概况 38 2.5.2 长江上游生态环境的表征 39 参考文献 39 第3章 长江上游水资源耦合系统气象水文过程动态演化特性分析 41 3.1 长江源区气象水文过程动态演化特性分析 42 3.1.1 长江源区气象水文循环时空格局解析 42 3.1.2 长江源区气象水文过程趋势检验 49 3.1.3 长江源区气象水文过程周期识别 51 3.2 金沙江流域气象水文过程动态演化特性解析 59 3.2.1 金沙江流域降水径流过程动态演化特性分析 60 3.2.2 金沙江流域气温降水径流过程趋势分析 68 3.2.3 金沙江流域降水径流过程突变分析 72 3.2.4 金沙江流域降水径流过程周期分析 75 3.2.5 金沙江流域气象水文要素相关性分析 79 3.2.6 金沙江流域径流过程对变化环境的响应分析 82 3.3 长江上游流域气象水文过程动态演化特性解析 84 3.3.1 长江上游流域降水时空演化特性 84 3.3.2 长江上游主要干支流径流过程动态演化规律 90 3.3.3 长江上游干流主要控制断面气象水文过程 97 参考文献 107 第4章 遥相关因子驱动和变化环境下气–海–陆界面过程及径流响应与演化 109 4.1 全球物理遥相关因子辨识 110 4.1.1 全球大尺度气、海遥相关因子 110 4.1.2 遥相关变量对流域气象水文要素的驱动机制 111 4.1.3 遥相关因子对长江上游流域气象水文要素的气象学效应及辨识 112 4.2 遥相关气候因子驱动的长江上游中长期径流预报 114 4.2.1 长江上游遥相关气候因子偏互信息驱动的中长期径流预报 115 4.2.2 长江上游气候变量遥相关高斯过程回归中长期径流预报 126 4.2.3 气–海–陆因子RF辨识的长江上游中长期径流区间预报 138 4.3 基于全球气候模式的流域中长期降雨预报方法 149 4.3.1 ERA、FNL、CFS模式全球尺度再分析数据集 149 4.3.2 插值方法及面降水量推求 150 4.3.3 ERA在长江上游应用研究 150 4.4 变化环境下长江上游径流响应、演化路径与演变趋势 151 4.4.1 气候模式和气候变化情景概述 152 4.4.2 统计降尺度方法 153 4.4.3 长江上游流域降水径流模型 154 4.4.4 长江上游陆气耦合模型 159 4.4.5 不同RCPs排放情景下历史及未来径流响应的反演和模拟 166 4.4.6 气候变化下流域水文过程的响应 189 参考文献 204 第5章 长江上游水资源耦合系统供需特性分析及水资源承载力评估 209 5.1 长江上游关键控制断面供水能力及水资源可利用量预测 210 5.1.1 长江上游供水结构分析 210 5.1.2 长江上游可供水量预测原理 211 5.1.3 长江上游地表水供水能力分析 213 5.1.4 长江上游地表水可利用水资源量预测 215 5.2 长江上游水资源耦合系统需水预测 217 5.2.1 需水预测原理与方法 217 5.2.2 长江上游水资源耦合系统需水预测分析 219 5.3 长江上游水资源供需平衡格局和作用机制 230 5.3.1 长江上游水资源供需平衡机制和格局 230 5.3.2 受供水能力限制的供需矛盾分析 232 5.3.3 受生境条件限制的供需矛盾分析 234 5.4 长江上游水资源耦合互馈系统水资源承载力动态建模及其演化规律 237 5.4.1 长江上游水资源承载力概述 237 5.4.2 水资源承载力计算原理 237 5.4.3 可变模糊集与集对分析的水资源承载力评价方法 241 5.4.4 长江上游水资源承载力计算及敏感性分析 246 5.4.5 长江上游水力发电–植被覆盖–水资源承载力演化规律解析 250 5.4.6 未来水力发电–环境–水资源承载力演化趋势 251 参考文献 255 第6章 长江上游发电现状及发电能力演变态势分析 257 6.1 长江上游发电现状分析 258 6.2 长江上游未来用电量演变态势分析 262 6.2.1 多元线性回归分析用电量演化趋势预测模型 263 6.2.2 影响用电量的主要因子辨识 263 6.2.3 长江上游人口与GDP预测 264 6.2.4 长江上游未来用电量预测 265 6.3 长江上游未来水力发电能力演变态势分析 266 6.3.1 长江上游未来年径流预测 266 6.3.2 长江上游未来水力发电能力预测 268 6.3.3 长江上游水力发电能力演变态势分析 269 6.4 长江上游未来水力发电格局及其对流域供水、环境的影响 270 6.4.1 长江上游未来水力发电格局 270 6.4.2 长江上游未来水力发电格局对流域供水影响 272 6.4.3 长江上游未来水力发电格局对流域环境影响 273 参考文献 273 第7章 长江上游水利工程影响下流域环境响应及演化规律 275 7.1 水利工程胁迫下环境响应概述 276 7.1.1 对局地气象水文要素的影响 276 7.1.2 对流域环境的影响 277 7.2 长江上游干流沿岸生态环境演化规律 277 7.2.1 直门达—石鼓段沿岸生态环境演化规律 277 7.2.2 梨园—宜昌河段沿岸生态环境演化规律 279 7.3 变化环境下长江上游植被覆盖情势的演变规律分析 280 7.3.1 研究区域概况与数据 280 7.3.2 基于极限学习机的植被指数预测模型 281 7.3.3 未来气候模式下长江上游植被覆盖率演化趋势分析 282 7.4 长江上游周边环境对控制性水库蓄水的响应规律 284 7.4.1 三峡库区周边历史NDVI演化规律 284 7.4.2 周边环境对三峡水库蓄水的响应规律 285 7.5 水库蓄水前后局地气象水文要素响应及其演变规律 287 7.5.1 研究区域概况与数据 287 7.5.2 数据来源与研究方法 288 7.5.3 三峡水库蓄水前后局地气象要素的时空响应规律 289 7.5.4 月平均气温对三峡水库水面面积变化的响应 296 7.6 水库蓄水前后植被对气象水文过程的响应 297 7.6.1 数据来源与研究方法 298 7.6.2 三峡水库蓄水前后植被演化的气候驱动因子分析 299 7.6.3 三峡水库蓄水前后植被对气温的响应规律 300 7.7 长江上游多维时空气象水文要素与环境对三峡水库蓄水的动力响应规律 304 7.7.1 研究区域概况和数据 305 7.7.2 研究方法 308 7.7.3 基于因果关系的气象/水文/植被要素的互馈关系推断 310 7.7.4 三峡水库不同运行期30天平均水位–降水/气温–植被耦合互馈关系 312 7.7.5 适宜库区植物生长的三峡水库水位阈值 323 参考文献 327 第8章 长江上游供水–发电–环境水资源系统互馈关系解析 329 8.1 供水–发电–环境历史数据的互馈关系解析 330 8.1.1 长江上游供水、发电和环境的数据表征 330 8.1.2 供水–发电–环境相关性分析 331 8.1.3 供水–发电–环境演化的动力学机制及其协同竞争动态平衡分析 332 8.2 来水影响下供水–发电互馈关系模拟调度分析 334 8.2.1 水库发电调度模型 334 8.2.2 供水–发电互馈关系分析 335 8.3 三峡水库发电–环境互馈关系模拟调度 337 8.3.1 发电–环境互馈关系解析及其模拟调度模型 337 8.3.2 三峡水库发电–生态互馈关系解析 338 8.4 长江上游水库群发电–环境多目标调度互馈关系解析 339 8.4.1 水库群发电–生态多目标调度模型 339 8.4.2 基于 支配的自适应多目标差分进化优化算法 340 8.4.3 三峡梯级水库发电–生态多目标调度互馈关系分析 345 8.5 长江上游水库群供水–发电–环境多目标调度互馈协变关系 349 8.5.1 供水–发电–环境联合优化调度模型 350 8.5.2 供水–发电–环境互馈梯度分析方法 351 8.5.3 长江上游金沙江下游—三峡梯级水库群供水–发电–环境互馈关系分析 353 8.6 长江上游供水–发电–环境水资源耦合互馈系统协同演化规律 358 8.6.1 供水–发电–环境互馈水资源耦合系统动力学建模 359 8.6.2 水资源耦合互馈系统协同演化模型 359 8.6.3 长江上游供水–发电–环境水资源耦合互馈系统演化分析 368 8.6.4 基于耗散结构理论有序度熵的水资源耦合互馈系统稳态分析 376 参考文献 378 第9章 长江上游供水–发电–环境水资源耦合系统互馈协变关系及其风险评估 381 9.1 长江上游供水–发电–环境水资源耦合系统互馈协变关系及其多属性风险评估 382 9.1.1 长江上游供水–发电–环境互馈关系解析 382 9.1.2 长江上游供水–发电–环境互馈系统联合分布建立 383 9.1.3 长江上游供水–发电–环境互馈系统风险阈值及分析模型 384 9.1.4 应用研究及结论 385 9.2 水库群供水–发电–环境水资源耦合互馈系统多时空尺度多重风险评估 393 9