長江上游供水：發電‧環境水資源互饋系統風險評估與適應性調控（簡體書）

長江上游供水–發電–環境水資源互饋系統風險評估與適應性調控是一類多隨機變量耦合的複雜動力系統多維目標協同優化問題。《長江上游供水-發電-環境水資源互饋系統風險評估與 適應性調控》以複雜系統科學理論為基礎，研究變化環境下長江上游水資源耦合系統動態演化特性和變化格局，建立多重風險約束下水資源耦合互饋系統效益均衡的適應性調控模式，發展供水–發電–環境互饋的長江上游水資源耦合系統風險評估與適應性調控的理論與方法體系。

目錄 第1章 供水–發電–環境水資源互饋系統風險評估與適應性調控概述 1 1.1 研究背景與科學意義 2 1.1.1 研究背景 2 1.1.2 科學意義 3 1.2 研究框架與基本概念 4 1.2.1 研究框架 4 1.2.2 基本概念 4 1.3 研究概況與發展趨勢 6 1.3.1 水資源耦合系統動態演化特性分析 7 1.3.2 供水–發電–環境多維耦合互饋系統建模 10 1.3.3 多維耦合互饋系統風險分析與多重風險決策 12 1.3.4 供水–發電–環境耦合互饋系統優化調控 13 1.4 研究目標與研究內容 15 1.4.1 研究目標 15 1.4.2 研究內容 16 1.5 研究方法與研究思路 17 1.5.1 研究方法 17 1.5.2 研究思路 18 1.6 研究特色與理論創新 20 1.6.1 研究特色 20 1.6.2 研究方法的理論創新 21 參考文獻 21 第2章 長江上游流域概況 25 2.1 長江上游流域地理環境 26 2.2 長江上游河流水系及其氣象水文特徵 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 烏江水系 29 2.3 長江上游控制性水庫 29 2.3.1 長江上游水庫群概況 29 2.3.2 長江上游關鍵控制性水庫概況 33 2.4 長江上游社會經濟概況 36 2.4.1 人口規模 37 2.4.2 經濟發展 37 2.4.3 農業格局 37 2.4.4 用水結構 38 2.5 長江上游生態環境狀況 38 2.5.1 長江上游生態環境概況 38 2.5.2 長江上游生態環境的表徵 39 參考文獻 39 第3章 長江上游水資源耦合系統氣象水文過程動態演化特性分析 41 3.1 長江源區氣象水文過程動態演化特性分析 42 3.1.1 長江源區氣象水文循環時空格局解析 42 3.1.2 長江源區氣象水文過程趨勢檢驗 49 3.1.3 長江源區氣象水文過程週期識別 51 3.2 金沙江流域氣象水文過程動態演化特性解析 59 3.2.1 金沙江流域降水徑流過程動態演化特性分析 60 3.2.2 金沙江流域氣溫降水徑流過程趨勢分析 68 3.2.3 金沙江流域降水徑流過程突變分析 72 3.2.4 金沙江流域降水徑流過程週期分析 75 3.2.5 金沙江流域氣象水文要素相關性分析79 3.2.6 金沙江流域徑流過程對變化環境的響應分析 82 3.3 長江上游流域氣象水文過程動態演化特性解析 84 3.3.1 長江上游流域降水時空演化特性 84 3.3.2 長江上游主要幹支流徑流過程動態演化規律 90 3.3.3 長江上游幹流主要控制斷面氣象水文過程 97 參考文獻 107 第4章 遙相關因子驅動和變化環境下氣–海–陸界面過程及徑流響應與演化 109 4.1 全球物理遙相關因子辨識 110 4.1.1 全球大尺度氣、海遙相關因子 110 4.1.2 遙相關變量對流域氣象水文要素的驅動機制 111 4.1.3 遙相關因子對長江上游流域氣象水文要素的氣象學效應及辨識 112 4.2 遙相關氣候因子驅動的長江上游中長期徑流預報 114 4.2.1 長江上游遙相關氣候因子偏互信息驅動的中長期徑流預報 115 4.2.2 長江上游氣候變量遙相關高斯過程回歸中長期徑流預報 126 4.2.3 氣–海–陸因子RF辨識的長江上游中長期徑流區間預報 138 4.3 基於全球氣候模式的流域中長期降雨預報方法 149 4.3.1 ERA、FNL、CFS模式全球尺度再分析數據集 149 4.3.2 插值方法及面降水量推求 150 4.3.3 ERA在長江上游應用研究 150 4.4 變化環境下長江上游徑流響應、演化路徑與演變趨勢 151 4.4.1 氣候模式和氣候變化情景概述 152 4.4.2 統計降尺度方法 153 4.4.3 長江上游流域降水徑流模型 154 4.4.4 長江上游陸氣耦合模型 159 4.4.5 不同RCPs排放情景下歷史及未來徑流響應的反演和模擬 166 4.4.6 氣候變化下流域水文過程的響應 189 參考文獻 204 第5章 長江上游水資源耦合系統供需特性分析及水資源承載力評估 209 5.1 長江上游關鍵控制斷面供水能力及水資源可利用量預測 210 5.1.1 長江上游供水結構分析 210 5.1.2 長江上游可供水量預測原理 211 5.1.3 長江上游地表水供水能力分析 213 5.1.4 長江上游地表水可利用水資源量預測 215 5.2 長江上游水資源耦合系統需水預測 217 5.2.1 需水預測原理與方法 217 5.2.2 長江上游水資源耦合系統需水預測分析 219 5.3 長江上游水資源供需平衡格局和作用機制 230 5.3.1 長江上游水資源供需平衡機制和格局 230 5.3.2 受供水能力限制的供需矛盾分析 232 5.3.3 受生境條件限制的供需矛盾分析 234 5.4 長江上游水資源耦合互饋系統水資源承載力動態建模及其演化規律 237 5.4.1 長江上游水資源承載力概述 237 5.4.2 水資源承載力計算原理 237 5.4.3 可變模糊集與集對分析的水資源承載力評價方法 241 5.4.4 長江上游水資源承載力計算及敏感性分析 246 5.4.5 長江上游水力發電–植被覆蓋–水資源承載力演化規律解析 250 5.4.6 未來水力發電–環境–水資源承載力演化趨勢 251 參考文獻 255 第6章 長江上游發電現狀及發電能力演變態勢分析 257 6.1 長江上游發電現狀分析 258 6.2 長江上游未來用電量演變態勢分析 262 6.2.1 多元線性回歸分析用電量演化趨勢預測模型 263 6.2.2 影響用電量的主要因子辨識 263 6.2.3 長江上游人口與GDP預測 264 6.2.4 長江上游未來用電量預測 265 6.3 長江上游未來水力發電能力演變態勢分析 266 6.3.1 長江上游未來年徑流預測 266 6.3.2 長江上游未來水力發電能力預測 268 6.3.3 長江上游水力發電能力演變態勢分析 269 6.4 長江上游未來水力發電格局及其對流域供水、環境的影響 270 6.4.1 長江上游未來水力發電格局 270 6.4.2 長江上游未來水力發電格局對流域供水影響 272 6.4.3 長江上游未來水力發電格局對流域環境影響 273 參考文獻 273 第7章 長江上游水利工程影響下流域環境響應及演化規律 275 7.1 水利工程脅迫下環境響應概述 276 7.1.1 對局地氣象水文要素的影響 276 7.1.2 對流域環境的影響 277 7.2 長江上游幹流沿岸生態環境演化規律 277 7.2.1 直門達―石鼓段沿岸生態環境演化規律 277 7.2.2 梨園―宜昌河段沿岸生態環境演化規律 279 7.3 變化環境下長江上游植被覆蓋情勢的演變規律分析 280 7.3.1 研究區域概況與數據 280 7.3.2 基於極限學習機的植被指數預測模型 281 7.3.3 未來氣候模式下長江上游植被覆蓋率演化趨勢分析 282 7.4 長江上游周邊環境對控制性水庫蓄水的響應規律 284 7.4.1 三峽庫區周邊歷史NDVI演化規律 284 7.4.2 周邊環境對三峽水庫蓄水的響應規律 285 7.5 水庫蓄水前後局地氣象水文要素響應及其演變規律 287 7.5.1 研究區域概況與數據 287 7.5.2 數據來源與研究方法 288 7.5.3 三峽水庫蓄水前後局地氣象要素的時空響應規律 289 7.5.4 月平均氣溫對三峽水庫水面面積變化的響應 296 7.6 水庫蓄水前後植被對氣象水文過程的響應 297 7.6.1 數據來源與研究方法 298 7.6.2 三峽水庫蓄水前後植被演化的氣候驅動因子分析 299 7.6.3 三峽水庫蓄水前後植被對氣溫的響應規律 300 7.7 長江上游多維時空氣象水文要素與環境對三峽水庫蓄水的動力響應規律 304 7.7.1 研究區域概況和數據 305 7.7.2 研究方法 308 7.7.3 基於因果關係的氣象/水文/植被要素的互饋關係推斷 310 7.7.4 三峽水庫不同運行期30天平均水位–降水/氣溫–植被耦合互饋關係 312 7.7.5 適宜庫區植物生長的三峽水庫水位閾值 323 參考文獻 327 第8章 長江上游供水–發電–環境水資源系統互饋關係解析 329 8.1 供水–發電–環境歷史數據的互饋關係解析 330 8.1.1 長江上游供水、發電和環境的數據表徵 330 8.1.2 供水–發電–環境相關性分析 331 8.1.3 供水–發電–環境演化的動力學機制及其協同競爭動態平衡分析 332 8.2 來水影響下供水–發電互饋關係模擬調度分析 334 8.2.1 水庫發電調度模型 334 8.2.2 供水–發電互饋關係分析 335 8.3 三峽水庫發電–環境互饋關係模擬調度 337 8.3.1 發電–環境互饋關係解析及其模擬調度模型 337 8.3.2 三峽水庫發電–生態互饋關係解析 338 8.4 長江上游水庫群發電–環境多目標調度互饋關係解析 339 8.4.1 水庫群發電–生態多目標調度模型 339 8.4.2 基於 支配的自適應多目標差分進化優化算法 340 8.4.3 三峽梯級水庫發電–生態多目標調度互饋關係分析 345 8.5 長江上游水庫群供水–發電–環境多目標調度互饋協變關係 349 8.5.1 供水–發電–環境聯合優化調度模型 350 8.5.2 供水–發電–環境互饋梯度分析方法 351 8.5.3 長江上游金沙江下游―三峽梯級水庫群供水–發電–環境互饋關係分析 353 8.6 長江上游供水–發電–環境水資源耦合互饋系統協同演化規律 358 8.6.1 供水–發電–環境互饋水資源耦合系統動力學建模 359 8.6.2 水資源耦合互饋系統協同演化模型 359 8.6.3 長江上游供水–發電–環境水資源耦合互饋系統演化分析 368 8.6.4 基於耗散結構理論有序度熵的水資源耦合互饋系統穩態分析 376 參考文獻 378 第9章 長江上游供水–發電–環境水資源耦合系統互饋協變關係及其風險評估 381 9.1 長江上游供水–發電–環境水資源耦合系統互饋協變關係及其多屬性風險評估 382 9.1.1 長江上游供水–發電–環境互饋關係解析 382 9.1.2 長江上游供水–發電–環境互饋系統聯合分佈建立 383 9.1.3 長江上游供水–發電–環境互饋系統風險閾值及分析模型 384 9.1.4 應用研究及結論 385 9.2 水庫群供水–發電–環境水資源耦合互饋系統多時空尺度多重風險評估 393 9