内陆河流域水文过程研究的一些科学问题

水科学研究的发展,对水文科学提出了新的挑战,即如何在流域、区域和全球尺度进行学科交叉、综合集成和协同研究,从而更全面地认识水在地球资源和环境变化中的作用,认识水圈及其与大气圈、岩石圈和生物圈的相互作用。为了解内陆河流域水文循环和水量平衡各分量之间的变化和转化关系及其与生态和环境之间的相互作用,以及对全球变化和人类活动的响应和反馈,基于内陆河流域上游山区径流形成区、中游人工绿洲水资源开发利用区和下游荒漠绿洲径流散失区的流域水文循环特征,从能水通量、生态和生物地球化学过程讨论了山区水文过程;从生态水文、尺度转换、阈值和反馈讨论了水文和植被的相互作用;从国外提出的关键作用带的概念讨论了内陆河流域地下水—土壤—植被作用层的水文过程。提出了开展内陆河流域水文过程观测和研究的基本框架。     

黑河流域陆地-大气相互作用研究的几点思考

陆地和大气之间是相互作用、相互影响的,不仅陆面分布与地表过程对大气变化有着响应过程,而且陆面物理过程、地表特征分布对大气过程也有着重要影响。我国西北地区地形分布极不均匀,是水资源变化和气候变化的敏感区与脆弱地区。这里,由于海拔高度起伏造就了以水为主线的上游山区冰雪、冻土—中游森林、绿洲—下游戈壁荒漠的多个自然景观带共存的内陆河流域,是开展陆—气相互作用研究的理想场所。文章集中黑河流域水循环过程、冰雪/冻土与大气相互作用、降水异质性、人类活动影响以及尺度等问题,阐述了流域研究现状以及研究热点,指出发挥各学科优势,将大尺度的大气过程与中间尺度和小尺度的陆面水文/生态过程结合,建立流域尺度大气—水文—生态过程真正的双向耦合模式,不仅研究气候变化对陆面水文、生态的影响,同时探讨陆面小尺度过程对大气的反馈机理,探索流域尺度的水循环过程和驱动机理,为水资源合理利用提供理论基础。     

陆地生态系统水—碳耦合循环与过程管理研究

陆地生态系统的水循环与碳循环是地球表层系统物质循环与能量交换的核心，也是最基本的耦合的两个生态学过程。区域或全球尺度生态系统的水管理与碳管理是全球变化科学与可持续发展研究的两大主题，是人类维持全球生态系统的物质与能量循环、自然资源循环再生的重要生态学途径。我们在综合评述现代应用生态学研究的发展趋势，陆地生态系统水和碳循环与生态系统管理关系的基础上，提出了陆地生态系统水循环与碳循环过程管理的内容与思路，阐述了生态系统水和碳耦合循环机制与模拟综合研究的新设想。     

全球变化与中国水循环前沿科学问题——-香山科学会议第 187次学术讨论会

变化环境下的水循环研究关注地球生物圈、全球变化以及人类活动对水循环的影响 ,是国际水文学与水资源学科及地理、生态等众多学科交叉的前沿性问题。中国地域广阔 ,七大江河及中国内陆地区的水文循环与陆地表层系统中各种自然地理要素的时间和空间分布密切相关 ,机理比较复杂 ,对全球变化有重要的响应。讨论全球变化与中国水循环前沿科学问题对于促进地学相关学科的交叉渗透 ,深化我国该领域的发展 ,解决与水密切相关的水资源短缺和生态环境退化等问题具有重要的意义。2 0 0 2年 7月 3～ 5日在北京香山召开了以“全球变化与中国水循环前沿…     

全球尺度水文模型： 机遇、 挑战与展望

水循环发生在全球尺度, 局地和流域水问题的解决也往往需要全球视角, 因此全球尺度水文模型应运而生。从科学意义和国家需求等多个视角, 论述了全球水文学研究的意义和巨大的发展潜力, 系统总结了现有全球尺度水文模型发展现状, 剖析了十余个主流全球尺度水文模型的结构和功能, 以及全球水文-气象-地理信息等全球模型所需数据集。进而分析了现有全球尺度水文模型存在的主要问题和挑战, 为进一步完善模型提供参考。最终分别从模型机理、 大数据、 新技术、 多部门模型耦合等几个方面, 探讨了全球尺度水文模型未来发展的重要方向。     

黑河流域中游人工水循环系统在分水前后的变化

介绍了黑河流域中游人工水文循环过程及其中各系统之间的关系,目标是为黑河流域生态—水文过程模拟提供一套较准确的数据集。利用张掖市水利年报、莺落峡水文站资料以及张掖市水资源管理年报等调查数据分析了黑河分水前后,2000年和2010年黑河流域中游引水、输水和用水系统的变化过程,得出以下结论:①人工水文循环过程通过引水系统、输水系统、储水系统和用水系统来影响农业水资源在时空上的分配,它是人类活动影响下的中游水文循环过程的重要组成部分;②2010年比2000年引水口门减少了26处,渠道综合水利用率提高了3.6%;③与2000年相比,2010年地表水和地下水资源开发利用在空间上产生了很大变化,地表水引水量减少了1.05亿m3,地下水开采量增加了1.64亿m3。最后,从径流、地下水、大气水方面分析了人工水循环过程对自然水循环过程的影响。     

流域水资源合理配置的研究进展与发展方向

水资源合理配置是实现水资源可持续利用的有效调控措施之一。将现状的水资源合理配置研究划分为广义和狭义两类,进而从内在机制、实践进程和评价三方面系统综述了狭义流域水资源合理配置研究进展。指出目前中国在流域水资源配置过程中存在若干问题,主要表现为缺乏有效的初始水权分配机制、缺乏有机的补偿和机理机制、缺乏广泛的社会参与机制和缺乏系统的后效评价体系,致使现状水资源配置难以实现真正意义上的合理。为解决上述配置实践中存在的相关问题,今后我国水资源配置研究的重点主要集中在建立符合现代流域水循环过程的"天然 人工"二元认知模式,建立以水循环为基础的水资源合理配置模式、建立具有统一基础的水资源配置准则和建立水资源配置合理性评价标准和体系等。     

Budyko框架下黄河流域蒸散发时空变化影响因素研究

蒸散发是水循环过程中的重要环节,研究蒸散发时空变化影响因素,有利于认识区域水资源的时空分异规律。黄河流域地处干旱半干旱地区,水资源短缺且时空分布不均,水问题突出。在黄河流域分析蒸散发对变化环境的响应,揭示气候变化、植被季节性和物候变化的水文水资源效应,对地区水资源可持续发展和规划管理等具有重要的理论意义和现实意义。基于多元自适应回归样条(MARS)非参数模型,采用黄河流域内30个子流域的全球监测与模型研究组(GIMMS)制作的第三代归一化植被指数(NDVI_3g)数据集、气象数据、土壤数据、土地利用/覆盖数据以及地形地貌数据,在Budyko框架下分析了水热耦合控制参数■与环境变量因子的关联性,探讨了变化环境对流域蒸散发的影响机制。结果表明：(1)流域水平衡关系的空间变异与流域水热耦合季节性、地形地貌空间变异性、降水的季节性特征(平均暴雨深度和降水变异系数)显著相关。(2)年际尺度上：流域水热的不同步性是影响流域水平衡年际分异最重要的气候季节性指数,水热的不同步性增大,流域的蒸散比减小,产流增加;降水越集中、年内变异程度越高、降水的季节性越明显,流域蒸散比越小;植被的...     

石羊河流域水资源开发的生态环境效应与国土空间优化

石羊河流域严重的水危机和典型生态环境问题已经成为众多学者的研究热点和难点。笔者文系统回顾了石羊河流域的历史变迁、水资源形成与演化,深入分析水资源开发利用引起的生态环境效应,并探索基于资源环境承载能力和国土适宜性评价的水资源优化调控模式。研究结果表明：考虑上游的涵养水源、中游的资源环境承载能力约束和下游的生态危机约束,调整生产、生活、生态空间结构、用水结构、用水效率和用水时间,促使水资源系统向有序、协调、平衡的状态运行;并提出了流域国土空间优化建议,严守祁连山区和民勤绿洲生态空间红线,调整武威生产空间结构,建议将中下游超载的农业空间置换为低耗水的生态空间,促进了水资源调控与国土空间布局协同发展。     

地下水循环结构的动力学研究进展

由地下水补给、径流和排泄过程构成的地下水循环运动,是水文循环的重要组成部分,也是水文地质学的基本研究对象.地下水循环在空间上表现为不同结构单元的组合,存在以含水层特性为依据的介质结构和以渗流场为依据的动力结构2种划分方法.地下水流系统是动力结构意义上的地下水循环单元.近10年来,区域地下水流系统理论取得了显著进展,更加全面深入地揭示了地下水循环结构的动力学特性.通过对河间地块地下水流系统的研究,发现潜水面最高点并非地下水分水岭的准确位置.在盆地尺度上,系统研究了沟谷地貌、降水入渗强度、渗透性随埋深变化和盆地厚度等因素对潜水面波形与地下水循环动力结构的影响,初步发现了动力结构的周期性或趋势性演化特征.通过大规模流线路径的精细识别或驻留时间的统计分析,提出了三维地下水循环单元的划分方法.在水文地质效应方面,发现地下水循环的动力结构对地下水年龄的分布有重要影响.地下水循环的动力结构反映了不同补给区和排泄区之间的水力联系,在盆地尺度地球化学过程、流域尺度生态水文过程中发挥着关键作用,未来的研究重点是三维地下水循环的动力特性和演变规律.     

黑河流域生态—水文观测试验与水—生态集成管理研究

对黑河流域水—生态—经济系统研究的主要内容“流域生态—水文观测试验与流域水—生态集成管理”做了概要论述。认为流域水循环、生态水、集成水管理三大科学问题的解决必需加强该领域的研究;结合黑河流域的前期基础、研究现状和能力建设,提出了近期研究的4个领域：流域水循环、水平衡与可利用水资源;流域生态—水文过程与生态环境用水;人类活动驱动的流域水—生态系统演变;流域生态—水文野外平台与流域集成环境。对此进行了进一步的阐述,对该方面研究的方法论和技术难点亦做了简述。     

陆地水体参数的卫星遥感反演研究进展

以江河、湖泊与湿地等形式存在的陆地水体对气候变化和人类生产生活有着重要影响,准确掌握陆地水体参数的变化对全面理解地球水循环及有效管理水资源等具有重大意义,卫星遥感技术的迅速发展为陆地水体的动态监测带来广阔前景.围绕陆地水体的重要物理参数,回顾了基于卫星遥感来提取水域面积的光学遥感法、雷达遥感法和水域面积-水位关系法,获...     

关于水文学中非线性效应的探讨

自然流域属于典型的复杂开放系统,水文非线性效应与时空尺度息息相关。在总结国内外研究的基础上,认为引发水文特性的非线性效应原因:①流域组织形态的影响;②流域系统内部水文过程的相互作用;③流域与外界环境的相互作用;④不同时间和空间尺度上主要控制因素的变化。未来水文特性的研究需更加重视流域系统的相互作用、反馈和功能关系。水文模型的发展需要进一步认识非线性效应和尺度问题,这是目前水文领域面临的极大挑战。     

A methodology for dealing with regional change in integrated water resources management

The paper presents a methodology on how to consistently deal with the future change and management options in integrated water resources management (IWRM). It is based on a conceptual framework with a five step procedure for the formulation and analysis of a so-called ‘parameterised regional futures’. Developing and testing the approach for IWRM is realised for the upper part of the Western Bug River catchment (Ukraine). Special attention is paid to scenarios of change covering climate and land use. The future regional climate is downscaled with the model CCLM. Land cover is projected after retrospective change detection and the derivation of prospective algorithms. Parameters of the interrelations between land use and the water cycle are tackled through using the concept of the model PWF-LU. The methodology is currently being tested to analyse the impacts of mid-term regional change and management options on the water cycle of the catchment.     

黑河流域节水生态农业与流域水资源集成管理研究领域

概述了中国内陆河流域面临的水问题和日益激化的用水矛盾,强调了内陆河地区支柱产业——绿洲农业应该坚持节水和生态的方向,流域集成管理是持续农业的基础。长期从事该方面研究的黑河流域是个较好借鉴,同时也提供了深入开展相关研究的基础,为此提出了以黑河流域为背景的四大研究流域：水文、生物、经济系统水循环与水资源形成演变,节水农业的生物学研究与抗旱品种繁育,农业节水新材料研发与工程节水技术集成,水资源合理配置与流域集成管理;并简述了各领域的主要方向。     

可持续水资源系统管理研究与展望

依据近些年国际水文水资源学术会议及交流等信息,综述近年来社会可持续发展对水资源系统管理提出的新的挑战及国际上可持续水资源系统管理研究的若干特点等问题,提出了几点认识和建议。     

水文学及水资源的学科前沿和研究需求

水资源学发展与水文学发展有很大的不同。水文学已形成一门系统、完整的科学体系,而水资源学尚没有完全形成以知识为纽带的科学体系。水资源的自然属性的研究(如水资源再生机理等)是水文学在水文循环领域的延伸,而水资源学的知识是水文学、工程科学、环境科学、管理科学、经济学等学科在伸向水资源领域的横截面。认识到这一点,对于开展水文学及水资源学科的科学研究和推动水资源学的学科建设是十分必要的。     

Research Progress of the Heihe River Basin Based on Bibliometrics

Water resource is the focus and hinge between ecological environment and socio-economic development. Watershed is the basic unit of hydrology and water resource studies. It is the current hotspot in water science research to carry out the integrated research of the hydrology and water resource at the watershed scale. The Heihe River Basin is the second largest inland river basin in northwestern China, which becomes one of the hot watersheds for its unique hydrological and geographical characteristics. Based on the Web of Science Core Collection, the scientific advances achieved in the Heihe River Basin were estimated from the new sight by combining disciplinary development and problem focus, time evolution and spatial variations. The results indicated that the Heihe River Basin has made positive contribution to the world science in remote sensing, evapotranspiration, water cycle, water resources management and utilization, and climate change research in arid areas. The great achievements has promoted the Heihe River Basin up to the same levels as the international typical basins in the past 30 years, especially after the performances of the major research program entitled “Integrated Study of Eco-hydrological Processes in the Heihe River Basin” (referred to as “Heihe River Program”) supported by a grant from the National Natural Science Foundation of China and large field observation experiments. The number of published articles has ranked the top 20 in the global watershed science research. Some important scientific achievements have been obtained at the mechanisms of eco-hydrological processes in inland river basins, which can actively serve the decision making of the water resource management and sustainable development in the Heihe River Basin. The data mining and contrastive study based on bibliometrics can afford scientific reference for the watershed science research.     

发达国家水文信息资源管理与应用概述

水是经济社会发展的重要战略性资源之一。加强对水资源的配置管理、保护利用是以水资源的可持续利用支持国家经济社会的持续协调的发展的重要保证。水文信息资源的管理和应用服务水平直接影响着水资源的科学管理。本文介绍了发达国家在水文信息资源管理和应用方面的经验，以期对黄河水文信息资源应用．乃至全国水文信息资源共享及服务能力的建设，提供一定的借鉴和参考。     

变化环境下城市水文学的发展与挑战——I.城市水文效应

全球气候变化和快速城市化导致的城市水循环过程变化是当前城市水文学研究的热点问题。为综合理解城市水循环演变过程,结合城市水文学的发展历程,剖析水循环过程对快速城市化进程的响应机制。总结了国内外城市化水文效应的主要成果,包括城市化对水循环过程、洪涝灾害、水生态系统以及水资源的影响。系统归纳了城市化水文效应的评估方法和技术手段。针对现有研究中的不足,指出变化环境下城市化水文效应研究面临的主要挑战及关键技术难题,提出未来研究的重点方向,如城市化降水效应的机理、不透水面的分布及有效性评估、城市化与水生态系统的响应关系与综合城市水资源管理及需水预测等。