补齐基础短板 加强科技支撑 全面提升水旱灾害防御能力——访中国工程院院士张建云

近日,我国河南遭遇罕见特大暴雨,造成严重内涝灾害;西欧多国也发生大范围暴雨和洪水灾害。全球气候变化背景下,我国降雨将呈现怎样的趋势?这些变化给城市洪涝防治带来怎样的影响?未来城市内涝防治应重点考虑哪些方面?日前,本刊记者采访了中国工程院院士张建云。

关于中国水达峰几个问题的讨论

用水演变态势与需求峰值事关经济社会发展、生态环境保护大局,直接影响国家水网规划布局和重大水利工程建设。本文在水达峰内涵解析的基础上,总结了水达峰的自然社会特征和内涵,阐明了水达峰与需水、用水、缺水之间的关系,深入分析了中国统计用水量出现拐点的现象以及造成这种现象的6种可能原因,指出目前尚不能得出中国用水需求已达峰的结论。通过与国际上发达国家水达峰时人均GDP、产业结构、城镇化率等主要指标对比分析,认为中国现阶段也不具备水达峰的经济社会基础。最后指出,目前中国水资源保障安全的压力仍然较大,未来用水演变态势存在一定的不确定性,中国用水何时达峰、达峰水量是多少等结论需要进一步深入研究。需要做好国家水网工程的顶层设计,提升不同尺度的水资源优化配置能力,为国家高质量发展提供水资源保障。

如何理解今天的“中国具体实际”——关于“第一个结合”的深层思考

当今时代,要实现马克思主义基本原理同中国具体实际相结合,就既要深谙马克思主义基本原理,更要明确今天的“中国具体实际”是什么?只有明确今天的“中国之问、世界之问、人民之问、时代之问”问的是什么,才能“有的放矢”,才能运用马克思主义原理正确解答。而要深刻认识和理解当今时代“中国具体实际”,就要基于唯物史观基本原理,立足于当今由数字技术体系引领和推动的新质生产力革命所决定的时代性质、任务,立足于由新质生产力发展与中国特有的自然地理环境、历史文化传统、社会制度等因素共同作用形成的社会主要矛盾,立足于新质生产力革命根本决定的当今世界百年未有之大变局,从世界历史发展与新全球化高度,全面、深刻地揭示当今时代“中国具体实际”的内涵与本质。

新质生产力革命背景下人类普遍交往的深度发展研究

交往是生产的前提,也是人的需要获得满足的基本条件。交往的实现根本上是由生产力发展、科学技术进步决定的。当今时代,大数据、互联网、人工智能等各种信息技术相融合形成的数字技术体系引领新质生产力革命,促进交往实现网络化、数字化。数字交往是基于区块链架构的智能网络而实现的超越时空与信任的深度交往,是人们随时随地随身的自由交往,是个人作为个人主体的自主交往。新质生产力推动劳动社会化深度发展,由此推动普遍交往向纵深无限延伸,表现在:一方面,推动人们分工合作日益紧密、实时协同,促进社会上各行业、各企业等在数据融合基础上实现技术融合、业务融合,从而使人们之间的交往日益密切到如同“一个社会劳动力”;另一方面,不断消解生产与消费之间中介环节,促进生产与消费日益融合,从而使普遍交往不断摆脱偶然性、外在性和表面性,实现基于实践整体性的深度融合、有机统一。数字化普遍交往的深度发展极大提高效率,从而促进生产力发展;极大提高人的能力,从而促进人的全面发展;推动经济全球化向纵深发展及全人类共同价值的现实形成,从而促进人类命运共同体全面建设和发展。

新质生产力背景下坚持“两个结合”解决时代和实践重大问题

当今时代,在数字智能技术体系推动的新质生产力及其引发的生产方式变革的背景下,时代和实践提出了前所未有的新问题、新任务,主要是在经济发展上,要适应新质生产力发展、新型生产方式变革的要求,促进数据资源共建共享、共用共管,发展数字经济;在精神文化发展上,要适应新质生产力发展、数字内容生产的客观要求,提升文化的创造力和引领力。只有坚持“两个结合”才能正确回答和解决这些问题,一方面要基于马克思主义基本原理加快建立和完善适应数据资源即时即地共建共享、共用共管的体制机制,另一方面还要基于以马克思主义基本原理改造和升华的中华优秀传统文化所提供的海量原始数据资源,提升数字内容生产即文化生产的创造力和引领力。

中国城市洪涝问题:现状、成因与挑战

全球气候变化和快速城市化双重影响下,中国城市洪涝问题日益严重,已成为影响中国城市公共安全与区域高质量发展的突出瓶颈。本文基于文献资料、灾情数据、统计年鉴等,梳理了中国城市洪涝类型与灾害特点,总结了城市洪涝的基本现状与发展趋势,阐释了城市洪涝形成机制与灾害成因,分析了城市降水变化、产汇流特性变化、排水格局变化及规划与管理对城市洪涝的影响;为科学认识中国城市洪涝问题和实现变化环境下城市洪涝科学治理,从基础数据监测与信息共享、基础理论与机理研究、成因驱动与量化识别、城市洪涝预警预报与风险评估技术以及城市洪涝灾害管理等6个方面,指出了当前研究面临的主要挑战与未来研究的重点方向。

环境变化的径流效应研究进展及黄河水源涵养区研究展望

针对变化环境下黄河流域实测径流大幅度锐减,严重影响流域水资源与生态安全的问题,面向黄河生态保护和高质量发展的国家重大战略需求,梳理了变化环境下径流效应研究中亟待解决的关键科学问题与关键技术。以黄河水源涵养区为对象,以环境变化的径流效应和水资源预测为核心,细化了数据集构建、机理解析、模型研发、趋势预估4项具体研究内容与研究方案。预期研究成果将揭示黄河水源涵养区水文-生态过程的互馈耦合机理、创新变化环境下生态水文的模拟和预测技术,科学预测变化环境下流域水安全和生态环境风险趋势,有效支撑流域水资源可持续利用与生态环境保护决策。

郑州市景观植物石楠叶际细菌群落结构及反硝化功能

采用16Sr RNA高通量测序技术分析叶际细菌群落多样性与丰富度,使用PICRUSt2软件基于基因测序结果对叶际细菌的氮代谢等功能基因进行预测,并测定叶际细菌的反硝化速率.结果显示,石楠植物叶际细菌以变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)为优势菌门,以无色杆菌属(Achromobacter)、伯克霍尔德氏菌属(Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia)、薄层菌属(Hymenobacter)为优势菌属,且同一地区的不同点位优势菌相同;同时发现石楠叶际细菌中存在无色杆菌属(Achromobacter)、马赛菌属(Massilia)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)等具有反硝化功能的菌属;PICRUSt2功能基因预测叶际细菌6个一级功能层中以代谢功能为主,30个二级功能层中以膜转运功能为主;氮代谢功能基因中反硝化相关基因丰度最高,固氮相关基因丰度最低;测得叶际细菌反硝化速率为(22.2±1.7)~(33.2±4.7)μg/(g·h).

垃圾发电厂渗滤液厌氧反应器启动污泥适应性研究

适合的厌氧污泥可有效缩短厌氧反应器启动时间。为揭示不同来源厌氧污泥对垃圾发电厂渗滤液的适应性,通过间歇培养方式考察了5种厌氧污泥对两种不同来源垃圾渗滤液的处理性能,并通过Illumina Miseq测序从污泥群落组成角度揭示不同厌氧污泥主要功能差异性。结果表明:对于COD高达30000 mg/L的渗滤液,接种造纸厂厌氧污泥(ZZC污泥),COD去除率在36 h达到72.3%,污泥负荷(单位质量MLVSS的COD负荷)达到10.2 kg/(kg·d);对于COD为25000 mg/L的渗滤液,接种ZZC污泥COD去除率36 h达到75.8%,污泥负荷达到10.1 kg/(kg·d)。当进水COD为30000 mg/L时,ZZC污泥对东部(DB)和南部(NB)厂区渗滤液的处理效果均较好,农加工污泥(NJG污泥)对DB厂区渗滤液的处理效果最好,养殖厂污泥(YZC污泥)对NB厂区渗滤液的处理效果最好。使用ZZC污泥进行两厂区厌氧反应器的快速启动,可以有效提高厌氧反应器的甲烷产量。

淮河流域土霉素水质基准及生态风险评估

土霉素是最常见的四环素类药物之一,在畜牧业中应用广泛。规模化养殖企业废水达标排放,抗生素浓度不是必测指标,可能危害地表水生态系统。目前我国抗生素水质标准制定存在缺失,淮河流域土霉素标准限值、土霉素浓度、生态风险评估相关研究少,尚未以保护该流域水生生物为目标开展水质基准相关研究。本研究采用物种敏感度分布法,基于大型溞、鲤鱼、普通水螅等6门9科11种急性毒性数据,推导出土霉素淡水生物短期水质基准为92.52μg/L,基于模糊网纹溞、臂尾轮虫、大型溞、四尾栅藻、普通水螅等6门10科10种慢性毒性数据,推导出土霉素淡水生物长期水质基准为75.85μg/L,建议土霉素长期水质基准75.85μg/L作为淮河流域土霉素标准值。生态风险评估结果显示淮河流域层面土霉素不对河流生物完整性构成威胁,但畜牧业发达地区水环境土霉素均值显著偏高,需加大对养殖企业排口附近水域或河流枯水季等稀释比较小季节土霉素的检测与控制,减少对水生生物完整性冲击。

环境变化对澜沧江出境水文过程变异的影响

变化环境改变河流水文节律,影响流域水资源的开发利用;澜沧江-湄公河是位于东南亚源于中国西南的跨境河流,科学厘清澜沧江径流变化原因是实现澜沧江-湄公河流域跨境水利益共享的重要基础工作。基于1961—2020年允景洪水文站的实测径流量资料,采用数理统计与水文模拟相结合的研究途径,诊断径流序列的变异特征,定量分析气候变化和人类活动对径流及其年内分配的影响。结果表明:①1961—2020年允景洪站实测年径流量呈显著性减少趋势,其中,1—5月径流量呈增加趋势,6—12月径流量呈减少趋势;实测年径流量在2008年发生突变。②RCCC-WBM模型能够较好地模拟基准期(1961—2008年)的天然径流量过程,模拟相对误差小于1%;模拟的人类活动影响期间(2009—2020年)天然径流量约为371.8 mm,较基准期偏少6.8%,这是气候变化引起的。③水利工程建设运行是澜沧江最主要的人类活动,是水库蓄水运行期(2009—2013年)径流减少的主要原因;气候变化对水库稳定正常运行期(2014—2020年)径流减少贡献更大,约为61.7%。④水库运行调度使得2014—2020年汛期(6—11月)径流量减少44.3%,非汛期(12月至翌年5月)径流量增加134.3%;澜沧江干流水库对径流的削峰补枯调节作用在一定程度上保障了湄公河中下游的防洪安全与供水安全。

基于冠气温差的温室黄瓜蒸散量模拟

通过建立基于不同时刻冠气温差(T c-T a)的温室黄瓜日蒸散量(ET c)估算模型,分析了基于不同时刻T c-T a对估算ET c的准确性;同时,基于T c-T a构建了估算黄瓜不同生育期ET c的Jackson模型,并将模型估算结果与基于冠层阻力参数(r c)的Penman-Monteith模型及蒸渗仪实测数据进行比较,结果显示,基于14:00的T c-T a构建的Jackson模型,估算温室黄瓜ET c的精确度最高(R 2为0.937),误差最小(RMSE为0.722 mm/d);相比Penman-Monteith模型(R 2为0.964),基于T c-T a的Jackson经验模型对黄瓜ET c估算结果与实测值相关性更高(R 2为0.967),误差更小(RMSE为0.735 mm/d).研究结果可为温室ET c模拟以及节水灌溉智能决策提供科学依据.

气候变化对南方典型小水电站入库径流及发电的影响

在全球气候变化不断加剧的背景下,降水、气温、蒸发等气象要素的变化对流域水文和水力发电产生重要影响;中国作为水能资源丰富的国家,水力发电在能源结构中具有重要地位,研究气候变化对入库径流和水力发电的影响,对实现水资源和水电能源的可持续开发利用具有重要意义。以位于北江支流的官溪水电站为研究对象,基于19个CMIP6全球气候模式数据,利用RCCC-WBM模型分析了未来气候变化对官溪水电站入库径流和发电量的影响。结果表明:(1)在SSP2-4.5情景下,官溪水电站以上流域的气温、降水均呈现上升趋势;(2)尽管不同GCMs模式预估结果存在一定差异,从19个模式集合平均结果看,官溪水电站未来入库径流和水力发电量将有所增加;(3)与基准期(1981—2020年)相比,2031—2060年和2061—2090年官溪水电站入库流量将增加3.55%[−34.14%,39.84%]和5.66%[−32.27%,41.96%],发电量将可能增加5.87%[−29.3%,50.1%]和8.03%[−27.3%,52.4%]。未来径流和发电潜能的增加为官溪水电站的扩容改造提供了一定的科学依据。

太湖流域典型下垫面土壤水响应规律及影响因素

为揭示不同土地利用/覆被下土壤水动态变化规律,选取太湖流域城市绿地、耕地和林地3种典型土地利用/覆被类型,开展了连续(2018—2020年)原位观测(1h间隔),剖析了不同下垫面的土壤水响应规律及主要影响因素。研究表明:随着土壤深度增加,降雨后土壤含水量峰值逐渐增加(埋深10、20、40 cm分别为25.90%、28.06%和31.24%),而土壤水增幅、增加速率和消退速率逐渐降低;土壤水响应时间从上层到下层先增加后减小,耕地和林地深层土壤的响应时间快于中层;随降雨量级增加,各土壤水响应特征均呈现逐渐增加趋势;土壤水动态变化受到了降雨、物理参数、植被、前期湿度等多种因素影响,但不同土壤水响应特征的主导因素有所差异;前期湿度是土壤含水量峰值、增幅和增加速率的主导因素,前期含水量越高,土壤含水量峰值相对越大,但增幅和增加速率越小。研究结果可为不同土地利用/覆被下产汇流机理分析和水资源管理提供依据。

设施作物蒸腾蒸发模型的研究现状及存在问题

确定设施作物蒸腾蒸发量(ET_(c))对于准确制定设施作物灌溉制度、提高设施农业用水效率及设施蔬菜的产量和品质具有重要的意义.对确定设施作物ET_(c)的直接和间接模型进行优缺点及适用性分析,比较了不同类型参考界面蒸腾蒸发(ET_(0))模型的优势与局限性,对比了直接估算温室作物ET_(c)机理模型的准确性,并对不同机理模型中关键参数(冠层阻力参数)的确定方法及主要影响因素进行综述与分析.已有研究主要针对特定气候区域、温室通风类型、作物种类及种植季节,对冠层阻力参数进行修正,并验证模型的准确性,对温室作物ET_(c)模型的普适性研究不够充分,确定的模型参数往往不适用于其他类型温室或作物种植季节.推荐今后重点研究方向:研究温室作物ET_(c)变化过程对气候因子分布特征及变化规律的响应机理;研究不同ET_(c)机理模型对气候类型、作物种类及种植季节的适应性,构建更具普适性的温室作物ET_(c)模型.

气候变化对嘉陵江流域水资源和极端水文事件的影响

全球变暖导致降水变率增大,水文波动性增强。嘉陵江水资源丰富,科学预估其未来水资源变化及极端水文事件对支撑经济社会和生态环境平衡发展至关重要。已有研究主要集中于嘉陵江历史径流演变,对气候变化背景下未来流域水资源响应及极端水文事件预估较少。基于第6次国际耦合模式比较计划CMIP6计划的22个气候模式耦合可变下渗容量模型(VIC模型),预估了不同代表性典型浓度路径下嘉陵江流域未来径流变化趋势,分析了极端水文事件强度的未来演变趋势。结果表明:(1)VIC模型在嘉陵江流域的适用性较好,各站点日径流模拟纳什效率系数均大于0.7,多年水量相对误差在8%之内,对极端水文指标年最大洪峰流量和年最大5日洪量模拟较好;(2)流域未来气候变化将以暖湿化为主,2031—2090年降水量相较基准期(1985—2014年)将增加5.5%~13.8%,温升幅度超2℃;(3)未来径流量很可能会增加,在2061—2090年,径流量相较基准期(1985—2014年)将增加7.0%~14.0%;(4)流域未来洪水强度可能增大,在2061—2090年,SSP5-8.5排放情景下基准期年最大洪峰流量与年最大5日洪量50年一遇值的重现期将缩短为10~20年。气候变化将导致流域水循环加快,水文形势不容乐观,需加强水资源综合管理及洪涝风险应对能力。

基于GOCI数据的太湖蓝藻垂向迁移特征及关键影响因素

蓝藻水华频繁暴发是太湖面临的主要环境问题之一,蓝藻聚集上浮是表层水华形成的前提。为探究蓝藻垂向迁移与水华日变化之间的关系,阐明蓝藻垂向迁移的关键影响因素,基于20152020年地球静止海洋彩色成像仪(GOCI)数据,分析了太湖不同湖区蓝藻水华日变化过程,发现太湖蓝藻水华垂向迁移的日变化主要呈现上升、下降、先上升后下降三种类型,且不同湖区存在差异。统计分析和偏最小二乘法结构方程模型(PLS-SEM)结果表明,水环境因子对蓝藻垂向迁移过程影响较小,累积光辐射是驱动蓝藻垂向迁移的主要气象因子。气温升高有利于蓝藻持续维持上浮能力,前一天风速较大且当天风速较小会加速蓝藻上浮。相较于沿岸湖区,湖心区受累积光辐射、风速的影响更大,蓝藻水华日变化过程更剧烈。本研究水环境因子数据为逐月数据,为深入探究水环境因子对蓝藻垂向迁移的影响后续还需进行高频监测研究。本文结果有助于探明浅水湖泊蓝藻水华形成机制,为富营养化湖泊蓝藻水华预测预警及治理提供理论支撑。

区域水平衡与健康水平衡实现路径

水平衡是自然界最重要的物质平衡之一,与水循环系统良性运行、生态系统稳定演替和水资源可持续利用具有密切关系。然而,已有研究对于水平衡的基本概念以及如何构建适宜的水平衡状态等重要问题,在理论和方法层面仍缺乏系统阐述。本文基于自然-社会水循环特点,深入阐述了区域水平衡的基本概念和多重内涵,解析了影响水平衡状态的主要自然和人类活动因素;从水循环系统的生态环境和社会经济综合服务功能出发,提出了健康水平衡的定义;建立了区域健康水平衡的综合评判准则与方法,提出了水循环系统的支撑能力提升和承载压力控减相结合的健康水平衡实现路径。健康水平衡可为国土空间发展规划与实践中落实量水发展原则提供重要指导。

马克思“社会化劳动”理论及其在当今数字时代的实现

一般意义上的社会化劳动是指在劳动与自然科学相结合条件下、以分工协作为主要内容的“社会的劳动”。劳动与不同水平的科学技术相结合,分工协作的内容不同,社会化劳动的实现形式、程度也不同。在传统技术条件下,在资本主义私有制下,社会化劳动主要表现为普遍商业化和企业生产的集中化、大型化等。在当今数字技术体系条件下,大数据成为新型的、起关键性作用的生产资料,不断消除社会生产中不必要的商业中介环节,促进各行业、各企业、各地区以及生产过程各环节、要素等超大规模网络协同,社会化劳动达到前所未有的高度,日益表现为数据资源全社会共同占有和使用、分布式与柔性化生产、管理自组织化、交往普遍化等新趋势和特点,对推动社会文明跃迁具有深远意义。

马克思主义理论视域下ChatGPT的功能、本质及意义

ChatGPT是一个强大的生成式自然语言处理模型,它的产生和发展是人工智能领域的一次重大突破。ChatGPT具有强大的自然语言处理能力,具有自主学习及超级内容生成能力,能够为人脑“观念建构”提供极丰富的方案、图式等资料或条件、工具等,提高人脑收集、处理信息资料的能力。ChatGPT促进“内容生成”产业实现质的飞跃,在此基础上,极大地推动生产企业的发展,并不断拓展应用场景,提高各行各业生产效率,重塑经济社会格局。ChatGPT作为生成式人工智能,解放人的脑力,也更深刻地解放人的体力,创造更多的自由时间,促进人的解放和自由全面发展。