隨著中東地區(qū)人口數(shù)量不斷增加,中心城市的用水問題日漸突出。許多城鎮(zhèn)遭遇缺水狀況,巴勒斯坦當(dāng)局水資源規(guī)劃者開始對(duì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)供水的雨水收集(RWH)方法頗感興趣。為此,量化了地中海式氣候下不同季節(jié)城市雨水收集的實(shí)際儲(chǔ)量,運(yùn)用單參數(shù)模型,以潛在蒸發(fā)量和雨水量為輸入數(shù)據(jù),評(píng)估了巴勒斯坦中部城鎮(zhèn)拉姆安拉(Ramallah)的雨水收集量。結(jié)果顯示,在雨季,可收集到約87%(480~550 mm)的雨水;而在旱季,這一數(shù)字有所降低,僅能收集到約75%(190~250 mm)的雨水。調(diào)查還表明,配置城市雨水收集系統(tǒng)的家庭約占40%,且其中1/3 的家庭已停用該系統(tǒng)。同時(shí)這些收集到的雨水用于飲用水的僅占3%,用于家庭其他用途的也僅為18%。值得注意的是,應(yīng)提倡推廣用于飲用水,同時(shí)加強(qiáng)相應(yīng)的水質(zhì)管理與檢查。綜上所述,城市雨水收集對(duì)旱季克服地區(qū)缺水問題貢獻(xiàn)較小,但盡管如此,該法也不失為一種保持水資源可持續(xù)發(fā)展的好方法。隨著未來人口的不斷增長及城市化進(jìn)程的不斷加快,城市雨水收集將會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用。
暴雨期間城市排水管網(wǎng)的運(yùn)行條件取決于地下管道的輸送能力和下游的邊界條件。在沿海地區(qū)更是如此。為了解沿海地區(qū)雨水管網(wǎng)的運(yùn)行狀況,評(píng)估了發(fā)生洪水的閾值條件,并運(yùn)用簡化法評(píng)估了不同氣候變量條件下城市發(fā)生洪水的嚴(yán)重程度。該研究是意大利里米尼市排水系統(tǒng)的一部分,采用了現(xiàn)代排水模型軟件技術(shù)(Info Works CS)實(shí)施并進(jìn)行數(shù)值模擬。因此,可有效地預(yù)計(jì)洪水發(fā)生的比率。結(jié)合這些比率和氣候變量,利用洪水概率圖可確定排水系統(tǒng)受海上降雨影響的程度,并將這些圖表與歷時(shí)1a 的降雨觀測(cè)結(jié)果相比較,結(jié)果表明洪水概率圖得出的結(jié)果較為可行。
為加深對(duì)亞馬遜地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)過程的了解和認(rèn)知,同時(shí)獲取亞馬遜流域的相關(guān)水文資料,結(jié)合HAND 模型和分布式水文模型模擬流域的水文過程,通過模擬流域蒸散發(fā)、土壤水分和地下水位等幾種水文要素來研究水文響應(yīng)過程。首先,利用HAND 模型將雷達(dá)觀測(cè)的數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)處理,通過分析遙感數(shù)據(jù)來獲取地表物理參數(shù),并將其應(yīng)用于模擬水文過程的分布式水文-土壤-植被模型(DHSVM)中。其次,根據(jù)流域面積,將亞馬遜地區(qū)分為面積不等的3 部分進(jìn)行模擬,選擇面積適中的第二塊流域進(jìn)行DHSVM 模型參數(shù)率定和驗(yàn)證,并將率定的參數(shù)應(yīng)用于面積較小的第一塊流域和面積較大的第三塊流域,以此來驗(yàn)證模型在不同空間尺度上的模擬能力。結(jié)果表明,HAND 地形模型是表示關(guān)鍵水文參數(shù)空間分布的有效工具;第一塊流域的模擬結(jié)果略偏低,第三塊流域的模擬結(jié)果略偏高,這都與缺乏實(shí)測(cè)資料有關(guān);除預(yù)測(cè)的地下水位深度和洪峰在雨季出現(xiàn)偏低的情況外,利用模型模擬的土壤水分、地下水水位和徑流量與實(shí)測(cè)值較為吻合。因此,可進(jìn)一步得出,DHSVM模型適用于具有赤道氣候、地勢(shì)較低和土壤層較厚等特點(diǎn)的熱帶森林環(huán)境。
通過CCHE1D 仿真優(yōu)化模型對(duì)不同洪水階段的預(yù)測(cè),可減輕復(fù)雜流域內(nèi)洪災(zāi)的危害程度。在考慮非矩形和非棱柱等不規(guī)則橫截面的基礎(chǔ)上,預(yù)測(cè)水系中洪流的水位和泄流量?;谧兎衷?,運(yùn)用從CCHE1D 非線性方程推導(dǎo)出的伴隨方程,建立多變量防洪和流體動(dòng)力學(xué)之間的關(guān)系,從而得出求解流域伴隨方程的水系內(nèi)部條件。采用隱式數(shù)值方法(多辛Preissman 格式)對(duì)伴隨方程離散化并求解。該模型適用于繪制蓄滯洪區(qū)單閘門和多閘門的最優(yōu)防洪水文圖。數(shù)值優(yōu)化結(jié)果表明,該模型行之有效。單閘控制導(dǎo)致河水流速增大,從而增加了對(duì)河床的侵蝕;而多水閘將洪水分流,可有效控制對(duì)河床的侵蝕作用。同時(shí)該模型可用于確定引水泄洪的最佳程序、閘門的最優(yōu)位置以及蓄滯洪區(qū)的最小容量。
分析了1934~2004 年魁北克省17 條天然河流春汛特征的年際變化情況,探討了氣候變暖對(duì)等級(jí)、持續(xù)時(shí)間、發(fā)生時(shí)間、頻率和變異性等特征的影響。通過研究其平均值與方差的變化得知,這些變化都具有突變性。研究發(fā)現(xiàn),春汛頻率特征變化顯著的河流有5 條,河流春汛發(fā)生時(shí)間差異較大的有6 條,而春汛徑流的等級(jí)、持續(xù)時(shí)間和變異性的年際變化并不明顯。針對(duì)春汛平均發(fā)生時(shí)間的變化這一具有水文氣候重要特征的變化,研究了圣勞倫斯河南岸、47°N 以北的東部水文區(qū)域,是以海洋性氣候?yàn)樘卣?同時(shí)還研究了該河北岸的西南水文區(qū)域,是以大陸性氣候?yàn)樘卣?。在以上兩個(gè)水文區(qū)域中,春汛發(fā)生時(shí)間與相同的水文氣候指標(biāo)有關(guān),即與北大西洋濤動(dòng)(NAO)呈正相關(guān),與大西洋多年代際振蕩(AMO)呈負(fù)相關(guān)。對(duì)于48°N 以北的河流,無論位于圣勞倫斯河左岸還是右岸,頻率都是平均值和方差隨時(shí)間顯著改變的唯一特征。對(duì)所有流量特征來說,方差變化與平均值的變化相比,可能提前、延遲或同步。而對(duì)大多數(shù)河流來說,由肯德爾統(tǒng)計(jì)法得到春汛各種特征之間的關(guān)系通常在時(shí)間上是保持穩(wěn)定的。
歐洲城市排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化通常取決于成本效率、地表防洪和后期減排等因素?;诰C合系統(tǒng)優(yōu)化過程,歐洲多國都制定了相應(yīng)的環(huán)境水質(zhì)影響評(píng)估(WQA)原則,但其條款在結(jié)構(gòu)、評(píng)估概念、空間和時(shí)間范圍等方面均存在差異,進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果存在較大主觀性。針對(duì)上述問題,詳細(xì)闡述了WQA 各項(xiàng)條款的優(yōu)缺點(diǎn)、差異性和相似性,分析了系統(tǒng)比較屬性選擇與WQA 條款的關(guān)系;并通過資料分析和專家評(píng)定,對(duì)實(shí)例進(jìn)行評(píng)估;同時(shí)還論述了WQA 條款在典型案例中的應(yīng)用情況。結(jié)果表明,將WQA 原則應(yīng)用于實(shí)例可得出多種數(shù)值結(jié)果和結(jié)論。為使評(píng)估更為可靠,在今后研究中,需充分理解壓力因素和河流生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系。從技術(shù)上講,如果WQA 條款中涉及的工具評(píng)估差異較大,就應(yīng)強(qiáng)制執(zhí)行不確定性評(píng)估。
為實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用,在確保環(huán)境流量、維護(hù)生態(tài)環(huán)境的前提下,應(yīng)重新分配水資源。概述了英格蘭和威爾士2001 年確立的流域取水管理策略(CAMS)規(guī)劃,該規(guī)劃旨在促進(jìn)用水戶和環(huán)境之間的可持續(xù)平衡發(fā)展。實(shí)施結(jié)果表明,建立的可持續(xù)平衡狀態(tài)基本等同于維持現(xiàn)狀,部分原因是管理部門未意識(shí)到取水權(quán)利不公平、缺乏管理工具以及限制環(huán)境改善等問題。為此,提出應(yīng)增加取水與用水制約的透明度等措施,并將其作為水資源分配公平實(shí)施的工作重點(diǎn)和制定決策的基礎(chǔ)。最后指出,為達(dá)到水資源可持續(xù)利用的目標(biāo),真正改善環(huán)境和社會(huì)狀況、優(yōu)化環(huán)境管理體系,必須對(duì)水資源分配和實(shí)施程序進(jìn)行嚴(yán)格審查,以確保其公平性。
運(yùn)用地表水與地下水綜合管理,可高效、靈活地利用水資源,同時(shí)由于其供水途徑多且可有效蓄水,因此還有助于水資源規(guī)劃與管理適應(yīng)氣候變化的不確定性。以墨累-達(dá)令流域?yàn)槔?,分析了其地表水與地下水資源進(jìn)行分別管理的原因:①歷史取水優(yōu)先權(quán)傾向于地表水的開發(fā)利用,而相對(duì)忽視了地下水管理;②缺少地表水與地下水的相互聯(lián)系和影響的信息;③地表水和地下水使用權(quán)利和規(guī)則的差異;④利益相關(guān)者的協(xié)調(diào)和限制問題。此外,還闡述了水資源綜合管理受地表水與地下水資源及其相互聯(lián)系、用水、基礎(chǔ)設(shè)施及制度規(guī)劃的影響。結(jié)果表明,在該流域?qū)嵤┚C合管理并非易事,但應(yīng)克服重重困難,建立更全面的取、用水制度,延長供水期,制定地下水開采和恢復(fù)條例等措施,以改進(jìn)、完善地表水和地下水綜合管理。與分別管理相比,該方法可有效提高供水效率,更好地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理。