论文摘要
随着人类活动影响范围和程度的加大加深,人已经成为影响全球范围内生物、资源和环境演化的重要力量,人类社会与生态环境等要素紧密、有机地组成了社会生态系统。水文水资源学领域借鉴并引入系统论思想,认为要从整体系统的视角出发研究人与水、人与生态环境、水与生态环境之间的耦合演进过程和内部互馈关系,是将人所在的社会、生态环境和水文水资源系统看作是一个整体内部的各个要素,而不是将社会作为影响水文水资源系统和生态环境系统的外部因素,这一观点发展并演化成为一门新的交叉学科—社会水文学。探索“人-水-环境”的耦合互馈关系从而实现社会经济、生态环境和水资源和谐发展是社会水文学研究的主要内容之一,也是“自然-社会”二元水循环理论与实践的终极任务。研究社会-生态-水资源系统耦合演化,丰富了社会水文学以及二元水循环的研究内容,对生态文明建设和流域生态安全、水安全具有重要意义。本论文系统提出了社会-生态-水资源系统的耦合演化理论,从演化机理、通量变化和未来预测三个方面构建了社会-生态-水资源系统的耦合演化框架,以典型干旱内陆区塔里木河流域为例,采用历史社会水文学视角采用“钟摆模型”分析了流域历史时期社会-生态-水资源系统的演化过程与驱动因素。将耦合度模型与格兰杰因果分析模型结合探究社会-生态-水资源系统的耦合度与内在驱动机制,研究结果表明水资源的消耗是支撑和推动当地社会经济系统发展直接因素之一,同时水资源的开发利用也是短期内引起生态环境系统恶化的主要原因。由此以水足迹和投入产出模型为手段详细分析了流域近水资源消耗的过程、结构和通量,结果表明在过去的15年间塔里木河流域水资源的消耗量增加了一倍,种植业和畜牧业是流域水资源消耗的主体。从贸易水循环的角度来看,塔里木河流域是虚拟水净输出地区,输出量占本地消耗水资源量的55%。社会系统水资源过量消耗会引起流域天然生态环境的恶化,从水足迹与生态足迹耦合增长的定量关系以及人工绿洲耗水与天然绿洲耗水情况可以得出“一个人工绿洲的兴起可能会引起2～3个天然绿洲的消亡”的结论。基于系统动力学理论构建的社会-生态-水资源系统协同发展模型,在考虑了国家及地方政策影响的基础上,对未来30多年内塔里木河流域的社会经济、生态环境、水资源开发利用情况进行了模拟预测。结果表明至2030年塔里木河流域人口数量增加了80万人,产业结构有所优化调整,生态环境承载能力逐年提升,水资源开发利用量逐年减少,流域社会经济、生态环境和水资源开发利用逐步走向和谐的局面;2030年至2050年间,由于工业规模的发展,工业用水量急剧增加,流域本地水资源供需出现60×108m3的缺口。因此,本论文认为在国家和地方政策允许的范围内开展流域新增水资源（主要指跨流域调水）研究是解决流域水资源压力和环境胁迫困境、实现社会-生态-水资源系统协调发展的根本途径。
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摘要Abstract第一章 绪论 1.1 研究背景、目的及意义 1.1.1 研究背景 1.1.2 研究目的 1.1.3 研究意义 1.2 国内外相关研究进展 1.2.1 系统论研究 1.2.2 社会水文学研究 1.2.3 社会水循环研究 1.2.4 当前研究存在的不足 1.3 科学问题、研究内容与技术路线 1.3.1 拟解决的关键科学问题 1.3.2 研究内容 1.3.3 技术路线第二章 社会-生态-水资源系统耦合演化理论框架 2.1 社会水文学研究概述 2.1.1 社会水文学的概念与内涵 2.1.2 社会水文学研究内容与方法 2.1.3 社会水文学的发展与传承 2.2 社会-生态-水资源系统耦合演化理论 2.2.1 社会-生态-水资源系统耦合演化的内涵 2.2.2 社会-生态-水资源系统耦合演化的特点 2.2.3 社会-生态-水资源系统耦合演化理论基础 2.3 社会-生态-水资源系统耦合演化模型框架 2.3.1 概念与模型 2.3.2 钟摆模型的发展阶段分析 2.3.3 钟摆模型演化发展阶段划分的依据 2.3.4 钟摆模型演化的驱动力 2.3.5 耦合演化的内部机理 2.4 社会-生态-水资源系统内部水循环通量核算框架 2.4.1 水足迹概念与模型 2.4.2 投入产出模型及在水循环通量核算中的应用 2.4.3 单区域产业间虚拟水流通量核算 2.5 干旱内陆区贸易水循环 2.5.1 区域水循环的基本过程 2.5.2 干旱内陆区的贸易水循环 2.6 本章小结第三章 研究区概况 3.1 自然地理概况 3.1.1 地貌与气候 3.1.2 河流水系 3.1.3 水资源禀赋 3.2 社会经济概况 3.2.1 人口概况 3.2.3 经济发展现状 3.2.4 水资源总量与供需情况 3.3 生态环境概况 3.4 塔里木河流域社会经济发展过程及存在的问题 3.4.1 流域人口与城镇化过程 3.4.2 流域经济增长过程 3.4.3 流域工业化经济发展过程 3.4.4 流域水资源开发利用发展过程 3.4.5 存在的问题 3.5 本章小结第四章 社会-生态-水资源系统演化过程与机理 4.1 塔里木河流域气候环境、社会经济与水文系统演化 4.1.1 气候条件与生态环境演化 4.1.2 塔里木河流域水系变迁分析 4.1.3 人类活动变化与社会经济发展 4.2 塔里木河流域社会-生态-水资源系统发展阶段 4.2.1 传统社会与低强度生态环境破坏阶段 4.2.2 社会经济起飞与资源环境高速破坏阶段 4.2.3 社会经济成熟发展与资源环境高速破坏阶段 4.2.4 社会经济成熟发展与资源环境慢速破坏阶段 4.2.5 社会经济成熟发展与环境好转阶段 4.3 1950年以来流域社会-生态-水资源系统耦合机制 4.3.1 社会-生态-水资源系统演化过程 4.3.2 塔里木河流域社会-生态-水资源系统耦合度分析 4.3.3 塔里木河流域社会-生态-水资源系统耦合驱动关系 4.4 社会-生态-水资源系统演化的驱动因素分析 4.4.1 传统社会时期自然因素驱动主导 4.4.2 社会经济发展到成熟前期技术和政治因素驱动主导 4.4.3 社会经济成熟发展后期经济因素驱动主导 4.5 本章小结第五章 社会-生态-水资源系统水循环研究 5.1 方法和数据来源 5.1.1 社会水循环过程、结构和通量计算 5.1.2 数据来源 5.2 塔里木河流域水资源循环通量变化—时间尺度 5.2.1 塔里木河流域水足迹变化 5.2.2 塔里木河流域农作物水足迹的变化 5.2.3 塔里木河流域动物水足迹的变化 5.2.4 塔里木河流域农作物水足迹演变的驱动机制 5.3 塔里木河流域水资源循环通量变化—空间尺度 5.3.1 塔里木河流域产业间虚拟水流动分析 5.3.2 塔里木河流域贸易水循环分析 5.4 水资源开发利用对生态环境的影响分析 5.4.1 水足迹与生态足迹的时空耦合关系 5.4.2 水资源开发利用的生态环境效应 5.4.3 社会经济与水资源、生态环境之间关系探讨 5.5 本章小结第六章 社会-生态-水资源系统协同发展模拟与对策 6.1 协同发展模型的建立 6.1.1 建模需求分析 6.1.2 系统分析 6.1.3 系统单元概化 6.1.4 系统关键过程模拟 6.2 社会-生态-水资源系统协同发展模拟与潜在风险剖析 6.2.1 模拟结果分析 6.2.2 潜在风险剖析 6.3 对策与建议 6.3.1 抓住机遇,完成经济结构转型 6.3.2 扬长避短,建设规模化高效绿洲农业 6.3.3 固本培元,加快流域新增水资源论证工作 6.4 本章小结第七章 结论与展望 7.1 结论 7.2 创新点 7.3 研究不足与展望参考文献科研及发表论文情况致谢
文章来源
类型: 博士论文
作者: 张沛
导师: 王浩,龙爱华
关键词: 社会水文学,社会生态水资源系统,耦合反馈,协同演化,系统动力学
来源: 中国水利水电科学研究院
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑
专业: 资源科学,水利水电工程
单位: 中国水利水电科学研究院
基金: 国家自然科学基金项目“新疆社会水循环演变与生态-水-经济协调发展调控机理研究——以北疆地区为例(51479209)”,国家重点研发计划项目“西北内陆区水资源安全保障技术集成与应用(2017YFC0404300)”
分类号: TV213.4
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标签：社会水文学论文; 社会生态水资源系统论文; 耦合反馈论文; 协同演化论文; 系统动力学论文;
