国际科学院网络组织水计划研究进展

文中介绍了国际科学院网络组织(InterAcademyPanel,IAP)新近启动(2005年)的水计划和我国参与IAP水计划的活动情况,包括2006年6月在北京召开的“国际科学院网络组织(IAP)水计划亚太区域”国际研讨会。论述了IAP水计划的三大主题:地表水与地下水联合利用、严格控制水质、水资源管理。总结了IAP及其水计划对我国及世界水研究的意义,提出了作为水安全应对措施的水资源管理的国际培训中心(ITC)的若干议题,以及我国参与IAP水计划的前景。

《气候变化对我国东部季风区陆地水循环与水资源安全的影响及适应对策》项目启动

2009年12月7-8日，国家重点基础研究发展计划（973计划）“气候变化对我国东部季风区陆地水循环与水资源安仝的影响及适应对策”项目启动会暨项目课题任务研讨会在京召开。该项目由中国科学院地理科学与资源所主持，夏军研究员担任首席科学家，联合国家气候中心、水利部水利信息中心、北京师范大学、中科院大气物理所、水利部水利水电规划设计总院、中科院东北地理与农业生态研究所等7家国内重要的气候、水文科研单位共同承担。

国际水文科学研究的新进展

在介绍第七届国际水文科学大会关注热点问题的基础上,总结了近4年来国际水文科学研究的新进展,主要包括:无资料流域水文预测,不确定性、非线性和尺度问题,生态水文学,水文模型及资料获取与参数识别,气候变化的水文响应,水资源可持续利用,城市水文水资源,同位素技术和遥感技术在水文学中应用;提出未来水文学研究的展望。

植被变化对中国北方水文过程影响的研究进展探讨

中国政府在北方实施大范围退耕还林还草政策,使北方地区植被发生了剧烈的变化,对区域内的水文过程产生了一定的影响,该问题已经成为近年来水文与水资源研究中的科学前沿问题。文中探讨性总结了植被变化对径流、蒸散发和土壤含水量等方面影响的研究进展,并在此基础上讨论了土壤水和区域水储量变化对植被变化响应中亟待加强的科学问题和主要研究内容。

中国水-土-人口资源多元时空匹配格局及其对粮食生产与安全的影响研究

水、土地和人口是粮食生产的三大基本资源要素,但国内外现有研究仅针对单要素或水土资源要素耦合的时空格局分析,还没有关于多要素间时空匹配等方面的报导。除了资源要素禀赋之外,其多元时空匹配格局亦可能对粮食生产具有重要影响。忽略这一因素则可能导致所制定的农业发展政策产生偏差并危及国家粮食安全。鉴于此,首次提出水-土-人口资源多元时空匹配评估模型并用于分析我国多要素资源时空匹配格局。然后,通过相关分析首次探明我国大部分区域的时空匹配格局与粮食生产均具有显著相关性;这一发现可为今后制定农业发展政策、破解粮食安全问题提供极为重要的新依据。研究表明:(1)三元匹配度受水资源-农业人口和水资源-农业用地匹配度的影响较大,空间分布东南高西北低,处于资源分布极不匹配的省份数量呈现先增加后减少的趋势。(2)东北和华北地区及西北地区资源匹配度和粮食产量相关性很大,匹配度越高,粮食产量越高,说明多要素资源分布越均衡,对粮食生产越有利。这两大区加强资源配置,可以有效的改善农业生产条件,特别是西北地区受水资源制约,应大力发展节水农业,加强水资源管理。(3)华东和华中地区、华南和西南地区资源匹配度与粮食产量的相关性较小,且影响程度的正负,也无明显的规律性。这两地区资源充足,资源配置对粮食产量影响有限。研究表明,资源配置匹配度对粮食产量的影响与资源量的绝对量有密切关系。

华北地区水资源及水安全问题的思考与研究

结合中国科学院知识创新工程项目“华北地区水循环与水资源安全”的研究工作,论述华北地区紧迫的水安全问题与反思,展望国际水科学研究前沿与热点问题,介绍中国科学院在变化环境下的水循环、农业节水和水资源安全研究的阶段成果和近期研究行动计划,提出中国北方特别是华北地区的水文水资源科学研究与发展的几点建议。目的是研讨未来中国北方特别是华北地区水资源安全国家需求中的长远发展的前沿性问题。

基于GIS的北方典型区水资源承载力研究——以北京市通州区为例

水资源承载力研究是保证水资源可持续利用,寻求区域可持续发展的重要依据。论文以北京市通州区为例,根据研究区特点,建立了水资源承载力评价指标体系,对各评价指标的可承载极限临界值进行了界定;利用GIS技术的网格剖分法建立了研究区水资源承载力指标数据库;提出了基于GIS技术和模糊综合评判模型的区域水资源承载力综合评价模型,建立了水资源承载力评价数据库,实现区域内水资源承载力的空间差异分析。结果表明,通州区内部水资源承载力与区域发展水平的差异一致,由城区到远郊,水资源承载力呈逐渐减弱趋势,伴随城区不断发展,影响范围的扩大,预测通州区到2020年水资源承载力整体处于一个较高水平。

基于氢氧同位素的岔巴沟流域地表水-地下水转化关系研究

以黄土高原丘陵沟壑区岔巴沟流域为研究对象,通过2005年6月、8月两次对地表水、地下水采样,分析δD、δ18O、电导率(EC)和pH的变化,研究了岔巴沟流域的地表水—地下水转化关系.河水的氢氧同位素和EC沿河道变化大;主河道河水的δ值沿程富集,而EC在6月份时逐渐增加而8月份则先减小后增大;地下水δ值变幅较小而EC变化大.结果表明,旱季,河水接受以泉水为主要排泄形式的地下水补给,流量很小,在部分河段甚至干涸,仅在中游部分河段,由于河道两侧地下水位下降,基流或降雨径流对地下水形成一定的补给,但在其它河段没有明显的补给;雨季,降雨径流的退水过程快,洪水补给地下水的时间短且局限在河道两侧,洪峰过后,地表径流源于基岩裂隙泉以及各支沟淤地坝拦蓄的降雨径流,中游河水接受基岩裂隙泉水及各支流的补给量增加,而下游支流及泉水流量小,对地表径流量的贡献小,地表水沿程经历强烈蒸发,仅河道附近的地下水接受河水补给.淤地坝减少地下水排泄,增加地下水的转化量以及淤积层、地表径流的矿化度,但尚未明显影响地下水水质.

中国水资源状况与水资源安全问题分析

根据最新的水资源调查评价结果,分析了中国水资源的现状和特点:总量丰富,但人均占有量低;年内年际分配不匀,旱涝灾害频繁,水资源供需矛盾突出;地区分布不均,水土资源不相匹配;水资源利用率低,污染严重。在此基础上,分析了我国水资源安全目前存在的主要问题:水资源时空分布不均严重阻碍社会经济发展;水资源供需矛盾严重,水资源利用效率低下;水质危机导致水资源危机,生态环境恶化严重;水资源管理缺乏科学体制。认为21世纪中国的水资源矛盾将进一步加剧,我国必须进行大规模的改革和强有力的措施,包括节约用水,建立节水型工业,提高用水效率,加强水污染防治,引入市场机制,加强科技创新,树立可持续发展的思想,实行水资源的统一科学管理,维护我国的水资源安全,以缓解我国水资源的供需矛盾,实现经济和社会的可持续发展。

多尺度水资源脆弱性评价研究

水资源脆弱性与适应性研究是当前国内外水资源研究的热点之一.本文以陕西、山西为研究区,针对水资源供需矛盾问题,开展了多尺度下水资源脆弱性评价研究.与常见的水资源脆弱性评价不同,本文使用与空间尺度无关的评价指标和函数法评价方法,用于多个尺度的水资源脆弱性评价.初步研究表明,省级行政区尺度有助于把握区域总体水资源脆弱性特征;地级行政区尺度的空间分异比省级行政区明显,部分地级行政区可能对省级行政区评价结果有显著影响;水资源脆弱性大体由南向北升高,评价指标的变化趋势与水资源脆弱性的变化趋势一致;相同或相近的水资源脆弱性评价结果,可能由不同原因造成.根据评价结果,本研究从提高用水效率、实施用水总量控制、开发新水源和治理水污染等方面提出了相应的适应性对策.

气候变化对中国东部季风区水资源脆弱性的影响评价

将耦合暴露度、灾害风险、敏感性与抗压性的脆弱性评估模型应用于中国东部季风区水资源脆弱性评价,从水资源供需平衡角度分析了气候变化对东部季风区水资源脆弱性的影响。结果表明,2000年气候条件下,我国东部季风区接近90%的区域水资源处于中度脆弱及以上状态。其中水资源中度和高度脆弱区域约占全区的75%,极端脆弱区域接近15%。中国北方海河、黄河、淮河和辽河流域的水资源脆弱性最高。未来气候变化影响将加剧水资源脆弱性的风险,不同RCP排放情景下2030年代我国东部季风区水资源中度脆弱及以上区域面积有明显的扩大,极端脆弱区域将达到20%-25%。由于未来需水的进一步增加,中国北方水资源脆弱性的格局并未发生根本变化,而南方东南诸河等区域将面临可能发生的水危机。

气候变化对中国水资源影响的适应性评估与管理框架

通过论述气候变化对中国水资源影响的适应性评估与管理框架,提出一个气候变化影响决策评估工具,它包括:未来气候变化对中国水资源潜在影响的定性描述分析、半定量与定量分析以及适应性对策评估。由于不同气候区域所面临的水资源问题不同,选择中国4个典型案例区域,并确定不同的目标进行气候变化适应性管理综合研究,提出了甄别气候变化影响和适应性管理的新的思路、框架与方法论。该项研究为应对未来气候变化影响的水资源规划与风险管理提供了途径与方法。

黄土高原北部紫花苜蓿草地退化过程与植物多样性研究

以陕西省神木县六道沟小流域为研究区域,探讨了黄土高原北部紫花苜蓿人工草地退化过程中植物多样性的变化.结果表明,在黄土高原北部森林草原气候区,紫花苜蓿人工草地的退化演替过程可以划分为3个阶段紫花苜蓿草地阶段(1～6年)、人工草地向天然草地演替的过渡阶段(6～10年)与长芒草次生天然草地阶段(10年以上).在1～30年的演替过程中,调查样方内共出现高等植物32种,分属于13科28属,其中90%以上出现在前6年.植被演替过程中累积出现的植物科属种数的动态变化可以用对数函数进行较好地描述.在群落演替过程中,物种丰富度指数、多样性指数和Pielou均匀度指数的变化趋势基本一致,在演替前期(第1个阶段)增加较快,在第2个阶段(过渡阶段)达到最高,然后有所降低并渐趋稳定.种植紫花苜蓿可显著地加快植被的自然演替进程,这与人工草地水分消耗强烈加速了土壤的旱化过程密切相关.发展人工草地是黄土高原北部加速天然植被恢复与发展畜牧业、增加农民收入的有机结合点,是西部生态环境建设中生态效益与经济效益兼顾的良好范式.

华北山区坡地土壤水分动态实验研究

在北京市怀柔区汤河口镇东台沟坡地径流实验小区上进行人工模拟降雨实验,探索降雨过程中体积土壤含水量和土壤水基质势的动态变化。结果表明:在降雨强度和前期土壤含水量较为稳定以及蒸发微弱等条件下,不同场次降雨过程中土壤水分动态变化时间与降雨强度之间呈现明显的幂函数关系;同一场次降雨过程中,坡地内不同部位不同土壤层次的土壤水分动态变化时间与土壤层次和土层部位相联系。降雨过程中体积土壤含水量和土壤水基质势的动态变化可划分为5个阶段。得出的坡地土壤水特征曲线表明了坡地砂质土壤在含水量较大时土壤吸力较小、含水量减小时土壤吸力迅速增大的水力特性。

气候变化下中国未来综合环境风险区划研究

综合环境风险区划是变化环境下开展综合防灾减灾工作的基础,对于综合风险防范措施的制定具有指导意义。以农业、生态和人群3个系统为主要受灾体,从作物产量、生态系统变迁、高温热浪对人群的影响3个方面综合评估了4种典型浓度路径（Representative Concentration Pathways）RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下21世纪末期（2071-2099年）的中国综合环境风险,并以RCP8.5情景为例编制了未来综合环境风险区划。结果表明,该时期中国综合环境风险主要出现在黄淮海地区、华南部分地区和青藏高原部分地区。综合环境风险区划共分为6个一级区和43个二级区;一级区分别为西北低风险区、东北生态较低风险区、青藏高原生态中度风险区、晋陕生态-农业中度风险区、华南农业高风险区、黄淮海农业-热浪高风险区。

中国西部生态系统的水问题综合评估研究——以三工河流域为例

基于中国西部生态系统综合评估的概念框架,提出了该评估的水问题评估目标和概念框架,并以三工河流域为研究对象,通过对不同年份生态系统服务价值的评估,以人工生态系统和天然生态系统服务功能最大化为原则,确定1987年的生态景观状态组合为生态系统保护的最佳生态目标。在此保护目标下,分别估算了河流廊道和河道外生态需水,判定三工河流域生态需水的阈值区间为17%～24%。其后,结合社会经济需水的预测情况,综合分析了当地居民福利变化的情况,并以河流廊道用水和河道外用水平衡、社会经济内部用水平衡以及生态系统和社会经济系统用水平衡为原则,提出了基于人与生态和谐的水资源配置的对策和建议。

中国县(市)可持续发展能力变化趋势研究

基于可持续发展能力评价指标体系,利用快速评估方法,对全国2339个县(市)1990—2005年间可持续发展能力的动态变化进行研究。结果表明,1990—2005年中国平均可持续发展指数由0.38增为0.50,可持续发展能力呈上升趋势。不同区域可持续发展能力等级结构比较结果表明,1990—2005年中国东、中、西部可持续发展能力均呈上升趋势,可持续发展等级由低向高转变。东部地区可持续发展能力高于中、西部地区。通过城乡可持续发展能力等级结构比较分析,表明52个主要城市可持续发展能力远高于县域地区,以点状和带状为特征的城市圈和城市群对可持续发展能力的促进作用明显。

可持续水资源系统机制研究

基于系统与可持续理论,探讨了可持续水资源系统的内涵和特性。剖析了可持续水资源系统,主要由动力机制、阻力机制和协调机制构成,三者相互关联、相互作用,共同维系和制约着可持续水资源系统的演化。运用二次非线性微分方程来描述和分析可持续水资源系统的演化动态过程,指出一个系统演化要经历初始、发展、成熟和稳定4个阶段,之后进入下一个演化周期。以上海市为例,评判了可持续水资源系统状态,拟合了2001—2010年可持续水资源系统的演化曲线,并分析给出了该系统这一时段的演变过程。

黄河上游水资源脆弱性评价研究

以地级行政区为评价单元,建立评价指标体系,采用熵权法计算指标权重,对黄河上游地级行政区进行了水资源脆弱性评价。结果表明,黄河上游地区水资源脆弱性呈明显的空间分异,不脆弱地区主要为半湿润区,极脆弱地区主要为半干旱区、干旱区;干旱半干旱的自然气候条件是研究区水资源脆弱性的主要因素,随着水资源脆弱性的提高,反映水资源开发利用程度的供需比迅速成为主导影响因素;水资源脆弱性评价结果相近的地区,影响因素有可能不同。根据评价结果,提出了提高水资源利用效率、严格控制水资源开发利用量、积极开发新水源和控制污染排放等适应性对策。

水循环综合模拟系统的降雨产流模型研究

重点阐述国内自主研发的水循环综合模拟系统(HIMS,hydro-infomatic modelling system)降雨产流模型的新发展。HIMS原有产流计算主要是基于降雨动态入渗机制的LCM模型,该产流模型是通过大量野外小流域观测试验提出的经验模型。为进一步揭示其物理机制,HIMS研究团队基于物理机制清晰的Green-Ampt模型,提出了新的GAF模型。从理论上通过GAF模型可以直接推导出LCM模型,以及SCS-CN模型,并证明了LCM模型是GAF模型的高精度幂指数近似,而SCSCN模型是GAF模型的倒数线性近似解简化;通过对GAF模型解析解的深入分析,提出了两参数SCS-CN修正模型,使之包含了雨强的影响。