公众水文学--理论框架

纵观水文学的发展史,水文学飞跃性发展与水文观测技术的突破密切相关.现代科学技术的快速发展,极大提升了对水文要素的观测能力;同时,作为科学服务的主体和主要参与者,公众对科学的兴趣与日俱增;公共体系覆盖面广、组织操作灵活、数据源丰富,可提供不同时空尺度的连续数据.基于这些特征,公共体系给水文学发展带来了契机,可由“增加数据—提高精度—更精细的模型”水文框架向着面向公众体系的水文学范式转移,促使水文学发展更加科学、持久,因此,本文提出了公众水文学的概念.公众水文学是一个通过公共体系获取水文学所需多源多元的泛在感知数据,提取水文信息,获取水文学新知识,并重构水文认知及模型框架,推进水文学发展的新兴研究领域.文章概述了公众水文学的基本概念、特点、基础框架、主要内容、研究意义以及对水文学研究和研究主体的作用;同时,基于现代水文学发展的局限性,从数据、技术、理论和水文模型4个方面介绍了发展该研究领域的必要性.公众水文学作为潜力十足的新兴研究领域,一方面通过一种全新的方式获取水文信息,并将其转化为新知识,从而完善水文学科理论;另一方面可以弥补水文学认知的缺乏和技术的局限性,推动水文学范式转移,给水文学的研究带来新的发展前景.

公众水文学--技术体系

公众水文学是一个通过获取多源与多元的泛在感知水文信息,汲取水文学新知识,并根据新知识重构水文认知和模型框架,解答水文学基本问题,满足社会发展对水文知识需求的新兴研究领域.公众水文学一方面通过全新的方式获取水文数据进而推动水文学跨越式发展,另一方面可增加公众在水文研究过程中的成就感,促进水文学与社会的互馈.本文着重描述了公众水文学的技术体系,从数据、技术、理论、社会4个维度阐述了公众水文学的主要建设内容,介绍了公民科学、社会水文学、现代水文学与公众水文学的区别和共同点,论述了公众水文学在中国的发展机遇:完善的基础设施、不断发展的新基建、逐步公开和共享的信息、高密度的人口、坚实的经济基础以及较强的政府和地方组织能力,使公众水文学可发展为具有中国特色的水文学新领域.最后,提出了公众水文学面临的挑战,并从研究体系的构建、技术的发展、应用领域的扩展和水文学发展的推进讲述了该领域未来的发展趋势.公众水文学综合了公共体系、智能化技术和水文学理论,将水文和社会有机结合起来,发展成一个新的研究领域,可以打破数据的壁垒,协助水文学实现突破式发展;同时,可将水文科学反馈于社会,增加公众参与度和价值感,拉动水文学和社会的联动作用.

公众科学在水文领域的应用现状与未来

水文数据对水资源的可持续管理与利用至关重要,但监测成本和技术的限制,给水文数据的获取和长期监测网络的搭建带来压力。公众科学是公众参与科学研究的方式,也是一种新兴且具有成本效益的数据获取手段,可有效缓解数据短缺、时空分布不均、分辨率低等数据瓶颈,在国际的水文学领域已有了一定的应用研究,但目前国内研究甚少,且未对该研究成果和未来发展前景进行汇总分析。因此,本文开展了公众科学在水文领域的应用现状和未来的综述分析。首先,从定义、公民参与的形式和涉及水文研究阶段、与水文学发展相互作用等方面对公众科学进行了概述。其次,通过文献计量和项目统计的方法分析了水文背景下公众科学的现状。研究表明:公众科学在水文学领域的研究呈上升趋势,尤其是在近5年快速发展,研究内容涉及地表水、地下水、饮用水、生态环境等方面;研究范围覆盖全球,主要集中于欧美国家发达国家,而中国仍处于初步发展阶段;公众科学对水文学的贡献主要是数据的获取和补充,在公民深入参与多阶段水文科学研究方面仍具有较大的潜力。同时,回顾了公众科学在降雨、流量、水位、水质、土壤湿度等领域的应用现状,其中,传感器、物联网、新兴技术的发展有利于公众参与,进而更好地服务水文研究。最后,从水文数据市场、水文分析技术和水文知识探索3个方面探讨了公众科学在水文学应用中的前沿问题与未来展望,以期为未来公众科学在水文领域的发展指明方向。