基于社会自然多过程模拟的汉江流域供水-发电-环境互馈关系研究

In the water resources utilization of the watershed, how to coordinate the water use relationship of water supply-hydropower-environment and achieve the adaptive utilization of the runoff, is an important topic. The aim of the study is to focus on revealing the feedback relationship of water supply, hydropower and environment and the dynamical feedback mechanism at macro-scale, and to establish socio-hydrological evolution model of the watershed based on the modeling of multiple socio-natural processes. The project will aim at the Han River, analyze the impact of the water supply and hydropower on the ecology, hydrology and other environment elements, and study the effect on the water supply and hydropower to ensure the ecological and environmental water of the different level. The project will analyze the multiple mechanisms to implement the dynamical feedbacks of environment to hydropower, set up the quantitative relationship description of the feedback mechanisms, recognize the dominant processes in the feedback relationships of hydropower and environment and then analyze the positive and negative feedbacks in the feedback networks. Based on the modeling of multiple socio-natural processes, the socio-hydrological evolution model at the watershed scale will be built and applied to simulate the long-term evolution processes of the watershed of the current situation. The project will investigate the regulation schemes for the runoff adaptive utilization, analyze the evolution trajectory of the socio-hydrological system of the watershed with different regulation schemes, analyze the multiple states, steady states and threshold of the system in the view of the dynamics, and recommend the regulation scheme for the runoff adaptive utilization of the watershed. The research outcome will provide the theoretical basis for the runoff adaptive utilization of the watershed and promote the development of the theory of the socio-hydrological coupling modeling.

协调供水-发电-环境的用水关系实现径流适应性利用是流域水资源利用中一个重要课题。本研究的目标是揭示供水-发电-环境的互馈关系及其宏观尺度的动态反馈机制，建立流域尺度基于社会自然多过程模拟的社会水文演化模型。本项目在汉江流域分析供水和水力发电对生态、环境等要素的影响，研究保证不同程度的生态和环境用水对供水和发电产生的影响。分析环境要素对供水和发电实现动态反馈的多途径机制，建立反馈机制的定量关系描述。识别出供水-发电-环境互馈关系中的主导性过程，分析反馈网络中的正反馈和负反馈。建立流域尺度基于社会自然多过程模拟的社会水文演化模型，模拟现状条件下流域的长期演进过程。研究径流适应性利用的调控方案，分析不同调控方案下流域社会水文系统的演化轨迹，从动力学角度分析系统的多重定态、稳定态和阈值，推荐流域径流适应性利用的调控方案。研究成果将为流域径流的适应性利用提供理论基础，推动社会水文耦合模拟理论的发展。

开展供水-发电-环境互馈关系的研究实现径流适应性利用，是水资源领域的重要理论问题，也是流域径流利用的迫切的现实需求。. 该研究在汉江流域分析供水和水力发电对生态、环境等要素的影响，研究保证不同程度的生态和环境用水对供水和发电产生的影响。分析环境要素对供水和发电实现动态反馈的多途径机制，建立反馈机制的定量关系描述。识别出供水-发电-环境互馈关系中的主导性过程，分析反馈网络中的正反馈和负反馈。建立流域尺度基于社会自然多过程模拟的社会水文演化模型，模拟现状条件下流域的长期演进过程。研究径流适应性利用方案，分析不同方案下流域社会水文系统的演化轨迹，从动力学角度分析系统的性质，推荐流域径流适应性利用方案。. 2001-2013年汉江上游林地面积增加最多，草地、耕地和水域主要转化为林地，草地和耕地之间还相互转移，城市建设用地主要转移为耕地。2001-2017年汉江上游NDVI整体上呈增加趋势，月平均最高气温是影响月NDVI变化的主导因子。石泉水文站年径流呈减少趋势，气候变化是径流减少的主要原因。退耕还林、极端耕地和极端林地的土地利用情景显示年径流量会减少。建立实现供水、发电与环境反馈的本构方程，采用社会水文模型模拟了2019-2045年4个发展情境下汉江上游社会水文系统的演化过程，模拟期内区域总用水量呈上升趋势，建议适当降低灌溉用水定额、加快城镇化发展、调整产业结构。. 在学术期刊上发表论文18篇，发表会议论文4篇，其中SCI检索论文8篇，EI检索论文4篇。在前期研究基础上出版学术专著1部。授权软件著作权2项。培养毕业硕士5人。. 该研究揭示了供水-发电-环境的互馈关系及其宏观尺度的反馈机制，建立了流域尺度基于社会自然多过程模拟的社会水文演化模型。研究成果推动了社会水文耦合模拟的发展。