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内蒙古高原是中国仅次于青藏高原的第二大高原,这一区域草原、沙漠、森林、煤矿等共存,既是京津冀和华北地区天然的生态屏障,也是国家重要的畜牧业基地和能源工业基地。面对水资源约束趋紧、生态系统退化等严峻形势,内蒙古高原经济社会高质量发展与生态环境保护之间日益严峻的竞争性用水矛盾,迫切需要寻求一个水资源多维协同调控的折衷平衡点,开展“基于过程模拟的内蒙古高原水资源多维协同调控模型及应用”研究显得十分必要和紧迫。本次着重聚焦内蒙古高原“植被生态系统对水循环过程如何响应,怎么确定地下水生态水位临界阈值和水资源开发利用安全阈值;气候干暖化和强人类活动影响下维系何种水循环及其伴生的生态演变情势,怎么实施水资源多维协同调控,以保障经济社会高质量发展和生态环境保护”等两大关键科学问题,系统识别内蒙古高原生态水文过程演变机制,解析和提出内蒙古高原生态水文演变的“自然-社会”二元驱动模式;解构内蒙古高原水资源多维协同调控理论框架与调控机制,构建地表水-地下水耦合模拟模型和水资源多维协同调控模型,提出一种基于过程耦合模拟的多维协同调控迭代算法;最后,选择内蒙古高原--锡林河流域开展应用研究。取得的主要成果包括:(1)鉴于内蒙古高原降水稀少、水资源短缺和生态脆弱等特点,从“自然-社会”二元水循环角度和植被生态需水入手,系统解析内蒙古高原水资源多维协同调控机制,提出基于过程耦合模拟的水资源多维协同调控模式。(2)针对内蒙古高原经济社会发展与生态环境保护之间的强烈互斥性,根据生态保护目标,探讨和研究确定河道生态流量、尾闾湖生态需水量和不同地下水依赖分区及其植被生态需水量,给出面向草原生态保护的地下水可开采量及地下水开发利用模式。(3)选择内蒙古高原--锡林河流域开展应用研究,得到以下结论:①锡林河属于典型的季节性河流,受春季融雪影响,春汛径流要大于夏秋汛期径流;锡林河流域1953-2017年降水量在年尺度下呈下降趋势,但降幅不显著;借助于降水-径流累积双曲线拐点将径流划分为:天然基准期、受气候主导的变化期Ⅰ、受人类影响主导的变化期Ⅱ和受气候-人类双重影响的变化期Ⅲ。其中,变化期Ⅲ径流量减小幅度最大、达到45.79%,降水量减少幅度为21.03%,潜在蒸发量有所上升、增幅6.15%;而变化期Ⅰ、变化期Ⅱ径流量、降水量和潜在蒸发量都呈现小幅下降态势。②构建基于GSFLOW的锡林河流域地表水-地下水耦合模拟模型,多目标率定的日径流NSE达到0.81,RMSE为0.21m3/s,PBIAS为-1.8%,验证期与率定期结果表明,模拟结果整体较优。③模型率定期2008-2012年,锡林河流域地下水总补给量为13028万m3/a,总排泄量为12869万m3/a,总补排差为159万m3/a;模型验证期2013-2017年,锡林河流域地下水总补给量为11698万m3/a,总排泄量为11578万m3/a,总补排差为120万m3/a。总之,地下水总体上处于准均衡状态。④基准年锡林河流域多年平均需水总量为8216万m3,供水总量为7051万m3,缺水量为1165万m3,缺水率为14.18%;P=50%需水总量为8152万m3,供水总量为7013万m3,缺水量为1139万m3,缺水率为13.97%;P=75%需水总量为8384万m3,供水总量为7132万m3,缺水量为1252万m3,缺水率为14.93%;P=95%需水总量为8729万m3,供水总量为7245万m3,缺水量为1484万m3,缺水率为17.00%。由此可看出,当前的发展模式是不健康的,是以局部超采地下水和牺牲生态环境为代价的。⑤根据不同方案有序度对比结果,选择方案4(高速发展+强化节水)为近期水平年(2025年)推荐方案:锡林河流域多年平均需水总量为10188万m3,供水总量为9733万m3,缺水量为455万m3,缺水率为4.47%;P=50%需水总量为10068万m3,供水总量为9657万m3,缺水量为411万m3,缺水率为4.08%;P=75%需水总量为10454万m3,供水总量为9919万m3,缺水量为535万m3,缺水率为5.12%;P=95%需水总量为10912万m3,供水总量为10182万m3,缺水量为730万m3,缺水率为6.69%。选择方案6(适度发展+强化节水)为远期水平年(2030年)推荐方案:锡林河流域多年平均需水总量为10819万m3,供水总量为10736万m3,缺水量为83万m3,缺水率为0.77%;P=50%需水总量为10655万m3,供水总量为10587万m3,缺水量为68万m3,缺水率为0.64%;P=75%需水总量为10930万m3,供水总量为10599万m3,缺水量为331万m3,缺水率为3.03%;P=95%需水总量为11273万m3,供水总量为10530万m3,缺水量为743万m3,缺水率为6.59%。总之,通过推广实施基于过程耦合模拟的内蒙古高原水资源多维协同调控模式,可有效扭转或缓解内蒙古高原长期以来水资源配置不平衡和不充分问题,有力支撑和保障当地生态环境保护与高质量发展,并极大地促进人水和谐的生态文明建设进程。