陆地水循环过程的综合集成与模拟

在气候变化与人类活动的影响下,陆地水循环过程发生了明显改变,并导致了一系列资源环境问题。深入认识陆地水循环过程的变化机理,发展陆地水循环过程综合集成模拟技术,预估未来陆地水循环的变化趋势,是当前水循环研究面临的重要任务。主要关注人类活动影响下的大尺度(大河流域或大陆尺度)陆地表层系统水循环模拟,梳理了近年来陆地水循环过程综合集成与模拟相关的研究进展,指出当前大尺度陆地表层系统水循环模拟模型的主要问题是对自然过程与人类活动过程间相互作用描述不足,以及人类活动参数化方案的不完善。因此,完善人类活动参数化方案,构建陆地水循环过程的综合集成模型,是模拟研究的重要发展方向之一。同时,考虑多要素过程的综合集成模型有助于解释气候变化与人类用水活动影响水循环变化的关键机制,为探索变化环境下陆地水循环变化成因及其效应提供理论与实践基础,其结果将为区域水资源配置及应对全球变化的战略决策提供科学依据。     

人类活动对全球淡水循环影响与水行星边界评估研究进展

近几十年来,人类活动对淡水循环的影响已经超出了流域尺度。解决目前所面临的水资源问题,不应只着眼于流域过程,而应从更大的空间尺度——全球尺度对地球系统过程加以研究。文章总结了人类活动对全球淡水循环的影响途径,论述了水行星边界方法框架与研究进展,分析了淡水利用管理从流域尺度到全球尺度的实现方法。水行星边界方法以地球系统科学...     

月河流域汉滨段水生态系统现状与保护修复对策

针对月河流域汉滨段水生态系统存在的水生态恶化、生物多样性下降、水资源时空分布不均、利用效率低、河道淤积、行洪能力减弱等主要问题,提出相应的水系整治与修复、水污染治理、生物资源养护、建设水质、生态监测系统等水生态系统保护与修复具体措施,逐步恢复月河汉滨段自然生态景观,促进月河流域可持续发展,确保一泓清水永续北上。     

我国河流防洪治理形势研究

随着我国经济社会的快速发展、综合国力的不断增强,对生态环境保护的重视,河流防洪治理的措施、方法、理念也有了较大的进步和提高。将河流综合治理与水生态环境综合治理结合,已被国家列为重要的生态型社会建设政策提出和实施。河流防洪治理经历了"修堤、堵口、疏浚、裁弯取直"、"蓄滞兼顾、除害兴利结合",以及以"防为主、拦疏结合,由防御洪水向管理及利用洪水转变,提倡人水和谐相处",逐步发展为建设水生态文明社会,水生态环境保护成为国策。河流防洪治理面临的形势是,由传统的单一防洪工程治理,转变为水生态水环境综合治理,既注重防洪又注重水生态环境景观,流域水环境综合治理,防洪管理由粗放型转变为精细,防洪工程由重建设轻管理逐步转变为重管理轻建设或管建并重。     

韩城市水资源现状及水网建设探讨

全面系统的水网构建对增强城市水资源承载能力、供水安全保障能力、水生态环境保护能力和应急保障能力,改善河湖水系生态环境,增强城市弹性适应环境变化能力等方面具有重要意义。在分析韩城市水系治理现状及存在水资源、水环境、水安全、水生态与水文化等问题的基础上,简述了水网构建总体思路及布局,并提出供水和防洪安全保障、水污染防治和水生态修复、水土保持、水景观和水文化建设、水系管理信息化五大具体规划治理措施。     

现代水文水资源学科体系及研究前沿和热点问题

在对国内外水问题进行科学识别的基础上,分析了水循环的"自然-人工"二元演变模式,明晰了水循环及伴生水化学、水生态和水沙过程的相互关系,初步阐述了现代水文水资源学科体系的构成。在对国际水文水资源研究发展趋势及热点和前沿问题进行阐释的基础上,结合中国水文水资源研究现状及水问题解决的实践需求,论述了中国水文水资源研究的学科体系的构成,并分析其重大研究方向。在变化环境和高强度人类活动影响下,水循环在驱动力、结构及参数等方面已呈现出显著"自然-人工"二元特征。现代水文水资源研究正由传统"还原细化"研究向综合交叉方向发展,并由传统基于单个水文环节的研究过渡到基于二元水循环过程的研究上来,原型观测与数学模拟的结合已成为其关键研究手段。中国水文水资源研究需要进一步强化水循环及伴生过程演变机理识别与定量模拟方面的基础研究,完善水资源评价、配置、调度、水权分配、水价定价理论和技术等方面的应用基础研究,服务于节水型社会建设、水环境保护与水生态修复、水资源综合管理、防灾减灾与应急管理、民生水利及现代水利建设与管理等实践需求。     

水问题及其治理模式的发展与启示

当前中国面临水资源、水灾害、水环境和水生态等多重水问题,其实质是治理危机。解决中国水问题的核心是治水模式的转型,并以此促进治水目标的实现。要突破水问题经常反弹的治水困境,必须充分吸取国内外河湖治理的经验教训,以实现"河长制"为契机,改变经验治理、分散治理和末端治理的现状,坚持"政府主导、一龙牵头、多龙协同、多规合一、一功多能、科技引领、系统治理、精准施策"的思路。在水问题治理进程中,不仅要认识自然、认识社会,还要认识人和人类精神活动自身。水科学必须与自然科学、社会科学和人文科学有机融合。关键是树立正确的治水理念,确立科学的治水模式,强化科技引领与支撑,推行区域水问题综合治理,实现生态河湖建设根本目标。     

基于二元水循环模拟抚河流域径流变化人工影响解析

人类活动的影响使得流域水循环过程呈现二元特性,径流变化归因分析对流域水资源精细化管理意义重大,当前多数研究难以消除基准期的影响且不能区分不同类型人类活动对径流的影响。以“自然-社会”二元水循环理论为基础,考虑农业灌溉取水、工业生活取水以及大中型水库调度影响,构建了抚河流域二元水循环模型,采用多因素贡献解析法分析流域径流受三种人工因素的影响程度。结果表明,1956~2014年抚河流域年均径流减少量呈一定增加趋势,多年平均径流量减少约8.24×108m3/a,其中农业灌溉取用水贡献达80.1%。     

人类用水活动对大尺度陆地水循环的影响

随着人口增长和经济社会快速发展,人类活动已成为陆地水循环变化的重要驱动因子,人类用水活动对陆地水循环的影响越来越受到人们的关注。回顾近年来人类用水活动对大尺度陆地水循环影响方面的研究进展;阐述灌溉、生活和工业用水、水库调节以及地下水利用等典型人类用水活动影响大尺度陆地水循环的过程与机制,并在此基础上探讨了陆面水文模型中人类用水活动参数化方案及其存在的问题。目前,陆面水文模型对人类用水活动的考虑依然不足,使得应用模型模拟陆地水循环和评估变化环境下水资源安全面临挑战。展望未来,深入认识人类用水活动与水系统的影响与反馈,开发考虑人—水系统协同演化的水系统综合评估模型,预估水安全形势的演变趋势,将成为陆地水循环和水资源研究的长期重要任务。     

岩溶关键带水循环过程研究进展

岩溶关键带处于岩石、水、土壤、大气、生物五圈交汇地带。正确认识岩溶关键带的结构、功能及其水文循环过程是当前地球关键带与岩溶水科学研究的关键问题。剖析了岩溶关键带水循环过程与演变规律、水循环过程在岩溶关键带中的作用,探寻变化环境下岩溶关键带水循环过程演变的规律与驱动机制,总结不足与问题,提出未来研究的总体趋势和方向:岩溶关键带形成与演化和水循环过程相互作用机制;岩溶关键带水循环驱动的物质转化与能量迁移过程及其耦合;水循环过程在不同时空尺度上对全球变化与人类活动干扰的响应;多种观测与模拟手段的综合应用。     

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。     

干旱区流域生态水文耦合模拟与调控的若干思考

系统识别全球变化和高强度人类活动影响下干旱区流域生态水文耦合作用机制及演变规律,并通过综合生态水文调控,构建健康水循环和生态安全格局,是干旱区流域亟待解决的关键科学问题。传统的基于水文过程与生态过程的分离模拟与调控,尚不能满足上述实践需求;需结合原型观测与实验,对大气模式、水文模型、生态模式（包括天然生态模拟模型和作物生长模式）进行耦合开发,构建具有统一物理机制的流域生态水文模型。以此为支撑,对干旱区流域生态水文过程演变规律及阈值特征进行系统识别;并结合水生态服务功能评价,提出流域生态安全修复及水资源合理配置与调度方案;制定有效的风险管理措施,对流域生态水文过程进行动态调控。     

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。     

干旱区内陆河流域生态水文综合集成研究

针对干旱区内陆河流域生态环境问题,面对国家重大需求及地球系统科学发展方向,指出内陆河流域生态水文综合集成研究的必要性,旨在为精细管理水资源,提高单方水产出效益（经济效益和生态效益）提供思路。以黑河流域为例,追踪流域研究历程,目前从野外调查试验观测,模型模拟到研究平台建设,黑河流域的数据知识的积累已基本具备开展流域生态水文综合集成的条件,但仍然存在着巨大的挑战。根据存在的问题,提出未来进行集成研究应加强的3个方面：①加强综合观测;②强调人文因素的定量研究和人文过程的研究;③重视模型、模拟方法在描述和反演地理真实中的应用。     

Groundwater status and associated issues in the Mekong-Lancang River Basin: International collaborations to achieve sustainable groundwater resources

Groundwater is an important and readily available source of fresh water in the Mekong-Lancang River Basin. With a rapid population growth and increasing human activities, an increasing number of countries in the Mekong-Lancang River Basin are experiencing depleted and degraded groundwater supplies. In transboundary river basins, such as the Mekong-Lancang River, prioritizing the use of the shared aquifer by one riparian government may affect the opportunities of other riparian governments and lead to potential water conflicts between neighboring countries. To promote the sharing of strategies and information for the sustainable and equitable use of water resources of the shared basin, international collaborative workshops on groundwater resources have been organized for all Mekong-Lancang River countries. These workshops provide an opportunity to communicate and discuss nationally sensitive issues on groundwater by the associated countries, with topics covering multiple aspects of groundwater, such as the groundwater status in the basin, quality issues, water use conflicts, hydrological information gaps, management policies and capacity building for successful water resource management. Consensus has been reached by all countries on the importance of catchment-based groundwater management and the need for close communication among the countries. Strategies for managing transboundary aquifer issues must foster international collaboration based on the regional network, influence national networks and enhance the capacity to building maps and monitoring systems based on associated databases. The sustainability of water resources cannot be achieved without the integrated involvement and contributions by multiple countries and various stakeholders. Therefore, collaborative workshops provide a great opportunity to further our understanding of the hydrologic processes of the Mekong River Basin, share the benefits of the aquifer and provide a strategy and vision for sustainable water resource management in the Mekong-Lancang River countries.     

基于生态流量阈值的河流水文健康演变定量归因

环境变化改变了河流水文情势,影响了河流的生态系统健康,亟需开展变化环境下河流水文健康演变定量归因方法研究。选取北方半干旱地区老哈河流域为研究区,依据流域内3个水文站、17个雨量站和6个气象站1964—2016年数据,基于可变下渗容量模型还原河流的天然流量序列;采用概率密度法计算河流生态流量,基于生态流量阈值推求河流水文健康等级;基于"观测-模拟"对比分析法,定量分离气候变化和人类活动对河流水文健康情势的影响。结果表明:人类活动是甸子和太平庄子流域自1980年以来河流水文健康情势退化的主要原因,其贡献率分别为86.9%和87.9%;大面积农业灌溉用水引起地表径流下降以及水利工程改变天然水文情势,影响了河流水文健康情势;90年代降水量较为充沛,研究流域受人类活动影响程度较小,河流水文健康等级维持在较高的水平。综合生态流量阈值和"观测-模拟"对比分析方法可定量识别河流水文健康情势演变原因,为适应环境变化的河流健康管理提供科学依据。     

甘肃河西走廊内陆河流域节水战略选择——地表水与地下水联合管理

过去20多年甘肃河西走廊内陆河流域的水资源管理经历了各类制度改革,不同程度地推动了地表水和地下水的联合管理。但是,由于机构设置及其权限制约以及改革目标差异,河西走廊地区的3个内陆河流域水资源管理效率差异化越来越显著,与石羊河流域相比,黑河和疏勒河流域的监管制度和管理办法并未完全跳出多头管理体制的窠臼,地表水和地下水没有形成有效的联合管理。通过梳理3个流域的水资源管理机构设置和管理模式,总结农业灌溉用水监管的经验教训,对比分析地表水和地下水联合管理措施在实践操作中的利弊,进一步探讨流域联合管理的实践意义和实现路径,寻求普遍适用于内陆河流域水资源的管理办法,保障内陆河流域节水战略的顺利实施。近10 a的实践经验表明：地表水和地下水联合管理是内陆河流域提高水资源利用效率、促进水资源可持续利用最为有效的路径,更是实现区域生态环境绿色发展的必由之路。     

大通河流域水能水资源开发对河流水文过程和环境的影响

根据水文观测和引水与水电开发资料,分析了大通河流域水能水资源开发利用现状及其对河流水文过程与生态环境的影响.结果表明：由于区域用水和跨流域引水,使大通河中下游河道的水量减少,水环境容量减小,其中,青石嘴、天堂、连城(二)站3-11月平均流量分别减少0.6%~9.6%、0.5%~3.8%、1.7%~52.9%. 自1994年引大入秦工程建成跨流域引水后,连城(二)站年径流量开始减少,1994-2010年平均径流量比1977-1993年减少了5.7%;引大济湟工程建成通水后,加上引大入秦和引硫济金工程,引水总量将达到12.33×10⁸ m³,占大通河多年平均径流量28.16×10⁸ m³的43.8%,对河川径流的影响十分显著. 至2011年,大通河上已建成梯级电站34座,洪水期电站同时泄水会瞬间加大河道流量,枯水期蓄引水又使减水河段水量减少. 梯级水电站群无序蓄放水使洪水过程由天然的平稳状态转变为人工干预的剧烈变化状态,上下游洪峰不对应,对下游地区的防洪安全产生极大威胁. 过度的水能水资源开发,使大通河中下游部分自然河段出现淹没、断流,水生物和两岸的植物萎缩,水环境污染加重,对生态环境产生负面影响. 建议实行流域水资源统一管理,对梯级电站下泄水量统一调度,在减水河段预留必须的生态基流,确保河道内外生态用水;加强河道水位、流量、泥沙、水环境、水生物监测,为流域防汛、水资源管理、生态环境保护等提供决策依据.     

生态水文学——揭示生态格局和生态过程水文学机制的科学

水文过程和生态过程的时空耦合机制，是管理水资源和维持生态系统健康运行的关键机理，将成为未来研究的前沿领域，生态水文学是描述生态格局和生态过程的水文学机制的一门科学，文中简要介绍了生态水文学的内涵、基础理论、主要研究内容和研究现状，展望了生态水文学的发展趋势和应用前景，最后结合西部开发和生态环境建设的有关问题，探讨了加强我国生态水文学，特别是干旱区和高寒地区生态水文学研究的必要性和迫切性。     

Integrated Water Systems Model for Terrestrial Water Cycle Simulation

The terrestrial water cycle is influenced by a wide range of climatic variables and human disturbances. In the era of the Anthropocene, when humans drive the changes in atmospheric and hydrological processes in river basins, there is an urgent need to include human impacts in the study of the terrestrial water cycle. This paper focused on the large-scale hydrological modeling which takes account of human impacts, reviewed the research progress of the natural and human-induced changes in the terrestrial water cycle and the development of comprehensive terrestrial hydrological models in recent years, and proposed that an integrated water system model with human-related processes such as crop water demand model, engineering regulation and social water demand, be the key to large-scale water cycle simulations under changing environment. Based on the existing large-scale land surface hydrological model, there is a need to put forward the integration of the human-related processes. A comprehensive integrated water system model that considers multi-processes can help us to understand the key mechanisms of how climate change and human activity influence the regional water cycle. It also provides a theoretical and practical basis for investigating the causes and effects of changes in terrestrial water cycle under a changing environment, and thus offers scientific support for climate change adaptation in the water sector.