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(shì)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(shí)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(jī)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(shí)是水文學(xué)、工程科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、管理科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等學(xué)科在伸向水資源領(lǐng)域的橫截面。認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，對(duì)于開展水文學(xué)及水資

2、源學(xué)科的科學(xué)研究和推動(dòng)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(shí)空分布與運(yùn)動(dòng)規(guī)律并應(yīng)用于水資源開發(fā)利用與保護(hù)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(gè)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(duì)水資源進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)、合理配置、開發(fā)里利用以及有效保護(hù)，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供水的保證，協(xié)調(diào)水資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系，以及對(duì)水資源實(shí)行科學(xué)管理的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和知識(shí)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?jī)?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(jī)理及其在地球空間和時(shí)程上的變化規(guī)律，探求在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(xiàng)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)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(duì)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(duì)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(huì)財(cái)富的積累，人類活動(dòng)對(duì)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(yán)峻，洪澇災(zāi)害對(duì)社會(huì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境改善的

5、破壞作用從未像今天這樣強(qiáng)烈。在這樣的的背景下，對(duì)水文信息和水文情勢(shì)預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)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(cè)、預(yù)報(bào)和預(yù)警系統(tǒng)已成為當(dāng)今社會(huì)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(yán)峻形勢(shì)，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(duì)人民健康的威脅等問題，已經(jīng)成為當(dāng)今嚴(yán)重的全球性問題，在水資源嚴(yán)重短缺地區(qū)，此類問題的形勢(shì)更加嚴(yán)峻。眾

6、所周知，水文循環(huán)是水資源再生的惟一機(jī)制，水文和水資源信息是進(jìn)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(hù)以及人民健康等對(duì)水文水資源信息和知識(shí)（關(guān)于水文水資源規(guī)律性及其特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)）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(yùn)、鐵路與公路等一切與水有關(guān)的建設(shè)項(xiàng)目提供設(shè)計(jì)依據(jù)和運(yùn)營(yíng)保障。水文水資源設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)直接決定了水利工程建設(shè)的

7、經(jīng)濟(jì)與安全。然而，隨著社會(huì)進(jìn)步，對(duì)水利工程建設(shè)、運(yùn)行與管理的要求已不僅僅限與安全與經(jīng)濟(jì)原則，而且同樣強(qiáng)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(huì)價(jià)值。因此，對(duì)為水利工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)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(kuò)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(huì)和保障國(guó)家可持續(xù)發(fā)展中有著至關(guān)重要的作用。鑒于此，國(guó)家在制定發(fā)展戰(zhàn)略和宏觀規(guī)劃時(shí)，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(shí)的支持。社會(huì)進(jìn)步與發(fā)展在向水文水資源提出許多新問題的同時(shí)，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(huì)需求是水文學(xué)發(fā)展最基本的動(dòng)力，它決定了水文學(xué)發(fā)展的方向和進(jìn)程。20世紀(jì)90年代以來，社會(huì)發(fā)展對(duì)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(hù)和社會(huì)與經(jīng)濟(jì)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(gè)孤立環(huán)節(jié)向多尺度耦合過程發(fā)展，通過對(duì)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(shí)驗(yàn)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(jī)理；水文規(guī)律的研究，側(cè)重探討在自然因素和人類活動(dòng)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(jì)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(jì)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(gè)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(guó)水文科技存在的主要問題是不能適應(yīng)新時(shí)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水文的新要求和高要求，與世界水文科技的先進(jìn)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(cè)和預(yù)報(bào)技術(shù)相對(duì)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(duì)薄弱，生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)機(jī)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(shí)驗(yàn)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(tái)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(guó)水資源大會(huì)以來，在全球范圍內(nèi)開展了水資源評(píng)價(jià)研究；在70年代末和80年代上半期，各國(guó)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(diǎn)，各國(guó)試圖將水質(zhì)研究與水量研究聯(lián)系起來，以實(shí)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(guó)環(huán)境與發(fā)展首腦會(huì)議后，在可持續(xù)發(fā)展理念指導(dǎo)下，發(fā)達(dá)國(guó)家在水資源綜合評(píng)

14、價(jià)、綜合規(guī)劃、水資源管理等方面進(jìn)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(shì)，自然科學(xué)、工程技術(shù)與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和法律相結(jié)合是水資源管理的研究熱點(diǎn)。,3. 現(xiàn)狀研究與存在問題,我國(guó)水資源研究起步略晚，其發(fā)展歷程和國(guó)際大體相同，但是我國(guó)的水資源科技和開發(fā)利用水平與國(guó)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(guó)農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)平均為0.45，而先進(jìn)國(guó)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(dá)國(guó)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(guó)還處在初級(jí)階段。社會(huì)節(jié)水體系尚未形成，節(jié)水防污型社會(huì)建設(shè)還處在試點(diǎn)階段。另外，我國(guó)在水污染治理、微咸水和海水的利用、淡化方面，與先進(jìn)的國(guó)家差距也較大。,4. 發(fā)展趨勢(shì)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(jìn)展將有力地促進(jìn)水資源實(shí)際問題的解決。 20世紀(jì)50年代以來，

16、科學(xué)技術(shù)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期，人類改造自然的能力迅速增強(qiáng)，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(shí)現(xiàn)人水關(guān)系協(xié)調(diào)發(fā)展的新階段，水文學(xué)也進(jìn)入了現(xiàn)代水文學(xué)時(shí)期。 這個(gè)階段賦予了水文學(xué)新的特色：,4. 發(fā)展趨勢(shì)與研究前沿,人類對(duì)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(dòng)的對(duì)水文循環(huán)，進(jìn)而對(duì)地球環(huán)境正在產(chǎn)生多方面的影響。研究和評(píng)價(jià)這種

17、影響，指導(dǎo)人們?cè)谒Y源開發(fā)時(shí)注意保護(hù)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(shì)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(cè)技術(shù)），地理信息系統(tǒng)、計(jì)算技術(shù)、隨機(jī)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(gè)領(lǐng)域，使傳統(tǒng)水文學(xué)方法出現(xiàn)突破性的進(jìn)展。水文學(xué)的研究領(lǐng)域和研究尺度不斷擴(kuò)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(bǔ)，交叉學(xué)科正在蓬勃興起。,4. 發(fā)展趨勢(shì)與研究前沿,當(dāng)前水文學(xué)研究的發(fā)展趨勢(shì)和研究前沿是：在水資源研究需求的推動(dòng)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(duì)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(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化問題等等，都要進(jìn)行研究。,4. 發(fā)展趨勢(shì)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(yùn)動(dòng)、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(duì)水中各種化學(xué)成分的輸移、合成、分解、儲(chǔ)散的化學(xué)過程。除此以外，由于地表生物圈中動(dòng)植物及其他形態(tài)的生物在生長(zhǎng)、繁殖、死亡過程中與水的相互作用，以及動(dòng)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(qiáng)水在水文循環(huán)和運(yùn)動(dòng)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(jìn)。,4.

20、發(fā)展趨勢(shì)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(huì)議上，一致通過將水資源危機(jī)列為未來十年人類面臨的最嚴(yán)重挑戰(zhàn)之一。同年，聯(lián)合國(guó)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(yán)重污染，世界上80個(gè)國(guó)家或占全球40%的人口嚴(yán)重缺水。如果這一趨勢(shì)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(guó)致力于解決水資源安全問題，建設(shè)節(jié)水—防污型社會(huì)，建立高效、公平、統(tǒng)一的水資源管理體制是世

21、界各國(guó)解決當(dāng)前水資源危機(jī)的主要方向。,4. 發(fā)展趨勢(shì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(jī)理及時(shí)空變化規(guī)律，探討水資源可持續(xù)利用的方式和對(duì)策。人類活動(dòng)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(shí)變化的情景和成因，預(yù)測(cè)未來變化趨勢(shì)，是對(duì)水資源系統(tǒng)實(shí)施適度調(diào)控的科學(xué)基礎(chǔ)。,4. 發(fā)展趨勢(shì)與研究前沿,為了實(shí)現(xiàn)水資源有效開發(fā)利用、經(jīng)濟(jì)

22、高速增長(zhǎng)與良好生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，需要重點(diǎn)研究水與生態(tài)系統(tǒng)相互作用的模式、機(jī)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(huì)經(jīng)濟(jì)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(jì)用水與生活、生態(tài)用水比例提供科技支撐。,4. 發(fā)展趨勢(shì)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(jià)、水市場(chǎng)的理論研究，促進(jìn)水資源的合理配置和高效利用。建立水資源的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)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(jì)90年代以來，由于人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，除洪水形勢(shì)依然嚴(yán)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(guó)家可持續(xù)發(fā)展的制約因素?；卮疬@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(shí)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(zhǎng)一段時(shí)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(shí)支撐，加強(qiáng)特大洪水形成規(guī)律、水文信息采集傳輸預(yù)報(bào)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(qiáng)水資源形成、演化機(jī)理研究和全球變化條件下對(duì)水資源的影響的研究，加強(qiáng)水資源系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)在其運(yùn)動(dòng)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(píng)價(jià)與規(guī)劃、水資源承載能力評(píng)價(jià)、水資源開發(fā)利用與保護(hù)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(hù)提供水文水資源知識(shí)服務(wù)，揭示水對(duì)于生態(tài)安全的控制機(jī)理和水作為環(huán)境要素的基礎(chǔ)作用，研究不同自然地理?xiàng)l件下生態(tài)需水量計(jì)算方法，制定描述河流健康狀態(tài)的評(píng)級(jí)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(jì)中，加強(qiáng)人類活動(dòng)對(duì)水文水資源條件的影響研究，探索新的水文水資源分析計(jì)算途徑與方法；為建設(shè)節(jié)水防污型社

26、會(huì)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(xiàng)戰(zhàn)略重點(diǎn)和11個(gè)重大課題。戰(zhàn)略重點(diǎn)為：節(jié)水防污型社會(huì)建設(shè)與水安全保障。重大課題包括：中國(guó)特大洪水特點(diǎn)與規(guī)律及對(duì)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(shì)監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)與防洪調(diào)度現(xiàn)代化；旱澇規(guī)律及大面積長(zhǎng)歷時(shí)干旱預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)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(jī)理與模擬方法；流