水文學(xué)及水資源的學(xué)科前沿和研究需求

1、水文學(xué)及水資源的學(xué)科前沿和研究需求,主要內(nèi)容,前言學(xué)科體系、研究范圍和任務(wù)現(xiàn)狀研究與存在問題發(fā)展趨勢與研究前沿研究需求與重大課題,1. 前言,水文學(xué)已經(jīng)形成一門系統(tǒng)、完整的科學(xué)體系，而水資源學(xué)尚沒有完全形成以知識為紐帶的科學(xué)體系。水資源的自然屬性的研究（如水資源再生機理等）是水文學(xué)在水文循環(huán)領(lǐng)域的延伸，而水資源學(xué)的知識是水文學(xué)、工程科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、管理科學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等學(xué)科在伸向水資源領(lǐng)域的橫截面。認識到這一點，對于開展水文學(xué)及水資

2、源學(xué)科的科學(xué)研究和推動水資源學(xué)的學(xué)科建設(shè)是十分必要的。,2. 學(xué)科體系、研究范圍和任務(wù),水文學(xué)和水資源學(xué)是水資源可持續(xù)利用的科學(xué)基礎(chǔ)。水文學(xué)是研究地球上水的時空分布與運動規(guī)律并應(yīng)用于水資源開發(fā)利用與保護的科學(xué)。水文學(xué)既是地球科學(xué)的組成部分，也是水利科學(xué)的一個領(lǐng)域。水文學(xué)通常主要是指陸地水文學(xué)和應(yīng)用水文學(xué)。陸地水文學(xué)是水文學(xué)的主要組成部分，直接為生產(chǎn)服務(wù)的應(yīng)用水文學(xué)，是現(xiàn)代水文學(xué)中最富有生氣的分支學(xué)科。,2. 學(xué)科體系、研究范圍和

3、任務(wù),水資源學(xué)是對水資源進行綜合評價、合理配置、開發(fā)里利用以及有效保護，為經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展提供水的保證，協(xié)調(diào)水資源和社會經(jīng)濟發(fā)展及環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系，以及對水資源實行科學(xué)管理的經(jīng)驗總結(jié)和知識概括，屬于技術(shù)科學(xué)的范疇。,2. 學(xué)科體系、研究范圍和任務(wù),水資源學(xué)的主要研究內(nèi)容：探求水資源在地球自然資源體系中的位置、作用以及與其他自然資源間的相互關(guān)系；揭示水資源形成和演化機理及其在地球空間和時程上的變化規(guī)律，探求在經(jīng)濟和社會發(fā)展中

4、水資源供求關(guān)系及其解決的科學(xué)途徑；研究在人類各項經(jīng)濟活動特別是人類開發(fā)利用水資源過程中引起的環(huán)境變化，以及這種變化對水資源自然規(guī)律的影響；探求在變化的環(huán)境中如何保持對水資源的可持續(xù)開發(fā)利用的科學(xué)途徑；……,2. 學(xué)科體系、研究范圍和任務(wù),水文水資源的重要性主要表現(xiàn)在：隨著社會財富的積累，人類活動對流域環(huán)境過度和無序的干擾，以及氣候變化等因素影響的加劇，使洪澇災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境從未像今天這樣嚴峻，洪澇災(zāi)害對社會穩(wěn)定、經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境改善的

5、破壞作用從未像今天這樣強烈。在這樣的的背景下，對水文信息和水文情勢預(yù)測、預(yù)報和預(yù)警的需求從未像今天這樣迫切。有足夠預(yù)見期和精度的水文預(yù)測、預(yù)報和預(yù)警系統(tǒng)已成為當(dāng)今社會發(fā)展不可或缺的重要保障。,2. 學(xué)科體系、研究范圍和任務(wù),水文水資源的重要性主要表現(xiàn)在：由于水資源短缺的嚴峻形勢，以及由于水資源短缺所引起的糧食安全、生態(tài)退化、環(huán)境惡化和對人民健康的威脅等問題，已經(jīng)成為當(dāng)今嚴重的全球性問題，在水資源嚴重短缺地區(qū)，此類問題的形勢更加嚴峻。眾

6、所周知，水文循環(huán)是水資源再生的惟一機制，水文和水資源信息是進行水資源規(guī)劃、配置、管理最基本的依據(jù)，因此，資源開發(fā)利用、生態(tài)環(huán)境保護以及人民健康等對水文水資源信息和知識（關(guān)于水文水資源規(guī)律性及其特點的認識）的需求從未像今天這樣重要和迫切。,2. 學(xué)科體系、研究范圍和任務(wù),水文水資源的重要性主要表現(xiàn)在：水文水資源為水庫、水電站、橋梁、航運、鐵路與公路等一切與水有關(guān)的建設(shè)項目提供設(shè)計依據(jù)和運營保障。水文水資源設(shè)計數(shù)據(jù)直接決定了水利工程建設(shè)的

7、經(jīng)濟與安全。然而，隨著社會進步，對水利工程建設(shè)、運行與管理的要求已不僅僅限與安全與經(jīng)濟原則，而且同樣強調(diào)其可能產(chǎn)生的環(huán)境影響和與環(huán)境的協(xié)調(diào)性，甚至還要考慮到其人文與社會價值。因此，對為水利工程規(guī)劃、設(shè)計、運行、管理服務(wù)的水文學(xué)與水資源也提出了更高的要求。,2. 學(xué)科體系、研究范圍和任務(wù),水文水資源的重要性主要表現(xiàn)在：這種要求的最大擴展在于：水文學(xué)與水資源不僅僅如傳統(tǒng)那樣提供壩址或局部河段水文水資源信息，而且要提供全流域水文水資源信息

8、；不僅僅提供水的信息，而且還要提供水與其涉及的區(qū)域生態(tài)與環(huán)境相互關(guān)系的信息，并做出全面的分析。在這一意義下，水文是資源作為服務(wù)乃至決定水利工程建設(shè)與管理的作用更為重要了。,2. 學(xué)科體系、研究范圍和任務(wù),水文水資源的重要性主要表現(xiàn)在：由于水即是一種不可替代的自然資源，又是一種最重要的環(huán)境要素，因此水在未來20年全面建設(shè)小康社會和保障國家可持續(xù)發(fā)展中有著至關(guān)重要的作用。鑒于此，國家在制定發(fā)展戰(zhàn)略和宏觀規(guī)劃時，都從未像今天這樣需要水文

9、水資源信息和水文水資源知識的支持。社會進步與發(fā)展在向水文水資源提出許多新問題的同時，也更突出了水文水資源的重要性和賦予其重大的使命。,3. 現(xiàn)狀研究與存在問題,水文學(xué)現(xiàn)狀研究：水文學(xué)發(fā)展的歷史表明，社會需求是水文學(xué)發(fā)展最基本的動力，它決定了水文學(xué)發(fā)展的方向和進程。20世紀90年代以來，社會發(fā)展對水文學(xué)的需求主要表現(xiàn)在為防洪減災(zāi)、水資源可持續(xù)利用、生態(tài)環(huán)境保護和社會與經(jīng)濟發(fā)展等方面提供水文學(xué)依據(jù)。,3. 現(xiàn)狀研究與存在問題,水文學(xué)研究

10、，在科學(xué)層面，已從水文循環(huán)的單個孤立環(huán)節(jié)向多尺度耦合過程發(fā)展，通過對大氣—植物—土壤—地下水水系統(tǒng)中水分遷移和轉(zhuǎn)化關(guān)系的系統(tǒng)實驗與理論研究，揭示水文循環(huán)中生態(tài)過程的變化規(guī)律，探索其相互作用機理；水文規(guī)律的研究，側(cè)重探討在自然因素和人類活動共同作用下水文過程及其要素的變化規(guī)律，探索物理規(guī)律與統(tǒng)計規(guī)律相結(jié)合的水文學(xué)方向。,3. 現(xiàn)狀研究與存在問題,大氣水、降水、地表水、土壤水和地下水的相互關(guān)系，地表水、地下水水量、水鹽平衡及其要素的計算方

11、法也是水文學(xué)研究的主要內(nèi)容。水和能量的耦合循環(huán)研究是現(xiàn)代水文學(xué)的一個重要方向，它可以揭示地球表面環(huán)境變化和水循環(huán)之間的相互關(guān)系，為水資源的形成和消耗提供科學(xué)依據(jù)。在應(yīng)用層面，在服務(wù)于水資源開發(fā)利用方面將更重視環(huán)境生態(tài)影響的研究，并致力于為水資源綜合規(guī)劃與綜合管理提供科學(xué)基礎(chǔ)。,3. 現(xiàn)狀研究與存在問題,我國水文科技存在的主要問題是不能適應(yīng)新時期社會經(jīng)濟發(fā)展對水文的新要求和高要求，與世界水文科技的先進水平相比，仍有一定差距，主要表現(xiàn)在

12、以下幾方面：水旱災(zāi)害的監(jiān)測和預(yù)報技術(shù)相對落后，能力較低大尺度水文問題研究較少，更少涉及全球尺度的水文問題、環(huán)境變遷中的水文問題等；區(qū)域性水文研究和關(guān)于不同水體的研究很不平衡，干旱區(qū)、寒區(qū)、森林和牧區(qū)水文問題研究相對薄弱，生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)機理的研究則剛剛起步；,3. 現(xiàn)狀研究與存在問題,水文學(xué)基礎(chǔ)理論和實驗研究薄弱，新技術(shù)新方法開發(fā)和推廣應(yīng)用比較緩慢；水文基礎(chǔ)信息匱乏，信息平臺建設(shè)滯后，信息完整性和信息交換共享水平亟提高。,3.

13、 現(xiàn)狀研究與存在問題,水資源現(xiàn)狀研究自從1977年第一次聯(lián)合國水資源大會以來，在全球范圍內(nèi)開展了水資源評價研究；在70年代末和80年代上半期，各國開始致力于流域和區(qū)域的水資源規(guī)劃研究；自80年代以來，水環(huán)境問題成為研究熱點，各國試圖將水質(zhì)研究與水量研究聯(lián)系起來，以實現(xiàn)水資源水量與水質(zhì)的統(tǒng)一描述和耦合調(diào)控。,3. 現(xiàn)狀研究與存在問題,水資源現(xiàn)狀研究1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展首腦會議后，在可持續(xù)發(fā)展理念指導(dǎo)下，發(fā)達國家在水資源綜合評

14、價、綜合規(guī)劃、水資源管理等方面進行了廣泛而深入的研究。流域水資源綜合管理成為世界趨勢，自然科學(xué)、工程技術(shù)與社會、經(jīng)濟和法律相結(jié)合是水資源管理的研究熱點。,3. 現(xiàn)狀研究與存在問題,我國水資源研究起步略晚，其發(fā)展歷程和國際大體相同，但是我國的水資源科技和開發(fā)利用水平與國際水平仍有較大差距，主要表現(xiàn)為：水資源利用效率較低，且地區(qū)發(fā)展不平衡。全國農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)平均為0.45，而先進國家為0.7甚至0.8；工業(yè)用水的重復(fù)利用率為30

15、～40%，而發(fā)達國家為75～85%。水資源科學(xué)管理較落后。,3. 現(xiàn)狀研究與存在問題,流域間水資源調(diào)配能力較低，流域間的豐欠調(diào)劑技術(shù)在我國還處在初級階段。社會節(jié)水體系尚未形成，節(jié)水防污型社會建設(shè)還處在試點階段。另外，我國在水污染治理、微咸水和海水的利用、淡化方面，與先進的國家差距也較大。,4. 發(fā)展趨勢與研究前沿,水文學(xué)作為水資源可持續(xù)利用的科學(xué)基礎(chǔ)，其研究進展將有力地促進水資源實際問題的解決。 20世紀50年代以來，

16、科學(xué)技術(shù)進入了新的發(fā)展時期，人類改造自然的能力迅速增強，人與水的關(guān)系正由古代的趨利避害，近代較低水平的興利除害，發(fā)展到現(xiàn)代較高水平的興利除害，實現(xiàn)人水關(guān)系協(xié)調(diào)發(fā)展的新階段，水文學(xué)也進入了現(xiàn)代水文學(xué)時期。 這個階段賦予了水文學(xué)新的特色：,4. 發(fā)展趨勢與研究前沿,人類對水資源的需求愈來愈迫切，水文學(xué)的研究領(lǐng)域正向著為水資源開發(fā)利用提供依據(jù)方向發(fā)展。大規(guī)模人類活動的對水文循環(huán)，進而對地球環(huán)境正在產(chǎn)生多方面的影響。研究和評價這種

17、影響，指導(dǎo)人們在水資源開發(fā)時注意保護人類生存環(huán)境，也是水文科學(xué)發(fā)展中的新課題。水文學(xué)與環(huán)境科學(xué)和生態(tài)科學(xué)的交叉學(xué)科——環(huán)境水文學(xué)和生態(tài)水文學(xué)正在孕育形成中。,4. 發(fā)展趨勢與研究前沿,現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，如核技術(shù)、遙感技術(shù)（特別是地球觀測技術(shù)），地理信息系統(tǒng)、計算技術(shù)、隨機過程的理論與方法、系統(tǒng)分析的理論與方法等，正在摻入水文學(xué)的各個領(lǐng)域，使傳統(tǒng)水文學(xué)方法出現(xiàn)突破性的進展。水文學(xué)的研究領(lǐng)域和研究尺度不斷擴大，水文學(xué)和地球科學(xué)中其他學(xué)科間的空

18、隙逐漸得到填補，交叉學(xué)科正在蓬勃興起。,4. 發(fā)展趨勢與研究前沿,當(dāng)前水文學(xué)研究的發(fā)展趨勢和研究前沿是：在水資源研究需求的推動下，把研究水文循環(huán)全過程問題提到議事日程上，就是說水文學(xué)不僅要研究水文現(xiàn)象的陸面過程，還要對陸面——大氣界面上的水分和能量的交換問題，陸面地表水、土壤水和地下水量的交換問題，陸地水與海洋水的交換問題，海面和大氣界面上的水分和能量交換問題，水在大氣中的運動和轉(zhuǎn)化問題等等，都要進行研究。,4. 發(fā)展趨勢與研究前沿,

19、水文學(xué)不能僅像過去只側(cè)重研究水在運動、轉(zhuǎn)化中的物理過程，還要研究自然界的水作為溶劑和載體在水文循環(huán)中對水中各種化學(xué)成分的輸移、合成、分解、儲散的化學(xué)過程。除此以外，由于地表生物圈中動植物及其他形態(tài)的生物在生長、繁殖、死亡過程中與水的相互作用，以及動植物群在陸面和大氣水分及能量交換中的影響，這就需要特別加強水在水文循環(huán)和運動中生物和生態(tài)過程的研究。這些問題的提出，使水文學(xué)必須以嶄新的面目出現(xiàn)，向全球水文學(xué)和生態(tài)水文學(xué)的方面前進。,4.

20、發(fā)展趨勢與研究前沿,2002年在南非召開的可持續(xù)發(fā)展世界高峰會議上，一致通過將水資源危機列為未來十年人類面臨的最嚴重挑戰(zhàn)之一。同年，聯(lián)合國環(huán)境署在《全球環(huán)境展望》上指出，“目前全球一半的河流水量大幅減少或被嚴重污染，世界上80個國家或占全球40%的人口嚴重缺水。如果這一趨勢得不到遏制，今后30年內(nèi)，全球55%以上的人口將面臨水荒”。在此背景下世界各國致力于解決水資源安全問題，建設(shè)節(jié)水—防污型社會，建立高效、公平、統(tǒng)一的水資源管理體制是世

21、界各國解決當(dāng)前水資源危機的主要方向。,4. 發(fā)展趨勢與研究前沿,當(dāng)前水資源研究的前沿問題是：以水資源的可持續(xù)利用支撐國民經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，研究水資源形成、可再生性維持機理及時空變化規(guī)律，探討水資源可持續(xù)利用的方式和對策。人類活動是引起流域水資源變化最活躍的因素，跟蹤歷史變化的軌跡，揭示現(xiàn)實變化的情景和成因，預(yù)測未來變化趨勢，是對水資源系統(tǒng)實施適度調(diào)控的科學(xué)基礎(chǔ)。,4. 發(fā)展趨勢與研究前沿,為了實現(xiàn)水資源有效開發(fā)利用、經(jīng)濟

22、高速增長與良好生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，需要重點研究水與生態(tài)系統(tǒng)相互作用的模式、機理、過程與效應(yīng)問題，在流域尺度上解決水資源—生態(tài)系統(tǒng)—社會經(jīng)濟復(fù)合大系統(tǒng)相互作用的定量描述和多維調(diào)控，為應(yīng)用層面上合理確定生態(tài)需水量以及合理調(diào)控經(jīng)濟用水與生活、生態(tài)用水比例提供科技支撐。,4. 發(fā)展趨勢與研究前沿,為了緩解水資源緊缺，洪水資源安全利用、污水資源化利用以及海水淡化等新型水資源的開發(fā)利用，將導(dǎo)致水資源開源方面的轉(zhuǎn)移式發(fā)展，從而從根本上開辟解決水資源問

23、題的新途徑。要重視水權(quán)、水價、水市場的理論研究，促進水資源的合理配置和高效利用。建立水資源的實時監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)水資源的合理配置和綜合管理。,5. 研究需求與重大課題,20世紀90年代以來，由于人口、社會、經(jīng)濟高速發(fā)展，除洪水形勢依然嚴峻外，水資源短缺與水環(huán)境惡化（并稱為水問題）突顯出來，并成為國家可持續(xù)發(fā)展的制約因素。回答這些水問題，滿足可持續(xù)發(fā)展所需要的水供給和環(huán)境支持條件，自然成為這一時期水文水資源科研的中心任務(wù)，而且將延續(xù)相當(dāng)

24、長一段時間，這就向我們水文水資源科技工作者提出了未來20～30年水文水資源學(xué)科發(fā)展的研究需求：,5. 研究需求與重大課題,為防洪減災(zāi)提供水文水資源信息和知識支撐，加強特大洪水形成規(guī)律、水文信息采集傳輸預(yù)報調(diào)度決策現(xiàn)代化，非工程措施的水文學(xué)依據(jù)研究；為水資源可持續(xù)利用提供科學(xué)基礎(chǔ)，加強水資源形成、演化機理研究和全球變化條件下對水資源的影響的研究，加強水資源系統(tǒng)、經(jīng)濟社會系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)在其運動發(fā)展過程中相互依存與相互制約定量關(guān)系的研究

25、，以及水資源評價與規(guī)劃、水資源承載能力評價、水資源開發(fā)利用與保護的科學(xué)基礎(chǔ)研究；,5. 研究需求與重大課題,為生態(tài)安全和環(huán)境保護提供水文水資源知識服務(wù)，揭示水對于生態(tài)安全的控制機理和水作為環(huán)境要素的基礎(chǔ)作用，研究不同自然地理條件下生態(tài)需水量計算方法，制定描述河流健康狀態(tài)的評級體系和人類—生態(tài)—環(huán)境系統(tǒng)中水分配策略；在流域規(guī)劃和工程設(shè)計中，加強人類活動對水文水資源條件的影響研究，探索新的水文水資源分析計算途徑與方法；為建設(shè)節(jié)水防污型社

26、會提供水文水資源科技支撐。,5. 研究需求與重大課題,圍繞水資源可持續(xù)利用這條主線，水文學(xué)及水資源學(xué)科提出1項戰(zhàn)略重點和11個重大課題。戰(zhàn)略重點為：節(jié)水防污型社會建設(shè)與水安全保障。重大課題包括：中國特大洪水特點與規(guī)律及對策措施；流域洪水災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境的變化及其洪水響應(yīng)；災(zāi)害性水文氣象形勢監(jiān)測、預(yù)報與防洪調(diào)度現(xiàn)代化；旱澇規(guī)律及大面積長歷時干旱預(yù)測與監(jiān)測研究；,5. 研究需求與重大課題,變化環(huán)境下的流域水循環(huán)演變機理與模擬方法；流