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。

权重和数据影响下水资源承载力评价不确定性研究

水资源承载力是实现“空间均衡”的重要刚性约束条件,其科学评价对于地区生态文明建设与可持续发展具有重要理论与实践意义。以往研究多集中于确定性评价,然而受多种因素的影响,水资源承载力评价也存在一定的不确定性。以新疆地区为例,采用Bootstrap、均匀分布假设法的随机抽样以及随机误差生成等方法,借助隶属度及不确定度的概念,量化指标权重及指标数据不确定性对研究区水资源承载力评价结果的影响。结果表明:基于Bootstrap和均匀分布假设法,由指标权重不确定性导致的新疆地区水资源承载力评价等级不确定度分别为21%和17%,由数据不确定性导致的不确定度为8%;随着指标权重和数据不确定性的增加,研究区水资源承载力评价等级的不确定度均随之增加;通过增加等幅误差的方法表明,数据不确定性对研究区水资源承载力评价等级的影响更大。研究成果可为科学评价水资源承载力、降低其不确性提供参考。

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。

河流伦理研究及其在流域综合管理中的应用

流域水资源综合管理蕴含诸多的河流伦理问题。通过介绍河流伦理的内涵及内容,分析黄河“八七”分水方案、新安江生态补偿方案、小水电清理整改方案、都江堰生态水利工程、淮河“水量-水质-水生态”联合调度等案例,重点研讨了流域水资源综合管理面临的河流伦理问题,包括流域水资源分配的公平,河流健康权利,水资源综合管理的公平性、正义性和责任性等。案例表明,河流伦理思想和相关研究将在流域水资源分配、流域生态保护及流域治理中起到重要的基础与支撑作用。展望未来,变化环境下的流域智慧管理与河流伦理的交叉研究,将会产生更加深入结合与发展的成果。

宁夏苦水河流域地表水与地下水转化关系研究

在淡水资源短缺的苦咸水地区查明地表水与地下水转换关系,对于揭示区域水文循环机制,促进苦咸水资源的合理利用具有重要意义。以宁夏苦水河流域为研究对象,采用氢氧稳定同位素技术,结合野外调查、统计分析与水化学分析法,分析了地表水和地下水的水化学与氢氧稳定同位素时空分布特征,系统揭示了流域内地表水与地下水转化关系的时空变化规律。结果表明:(1)苦水河流域地表水与上游、中游地下水的水化学类型均以SO_(4)·Cl-Na·Mg为主,地表水的水化学形成作用为蒸发浓缩。下游地下水的水化学类型转变为混合型,水化学形成作用转变为受岩石风化控制。(2)大气降水对丰水期地表水与地下水的补给作用显著,对枯水期补给作用有限。流域上游、中游受气候、地形、水文地质条件控制,地表水与地下水转关系在不同时期不同河段表现出显著的差异性与复杂性。下游区域受引黄灌溉的影响作用明显。(3)枯水期地表水与地下水水力联系密切的区域分布于中游、下游,水循环模式均为地下水补给地表水,补给比例分别为51.8%、57.8%。丰水期干流地表水与上、中游地下水水力联系微弱,下游地表水补给地下水,补给比例为38.8%,同时下游渠水对地表水有一定的补给作用,补给比例为29.8%。

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。

大型灌区土壤水盐运移模拟研究进展

土壤盐渍化是一种由自然和人类活动综合作用引起的土地退化现象,灌区人类活动频繁,影响土壤盐渍化的因素多样,深入理解土壤水盐运移过程将有助于灌区的土壤盐渍化防治。在对灌区土壤水盐运移的影响因素、国内外水盐模型特点和应用研究梳理的基础上,提出了灌区水盐运移模拟的可能发展方向。灌区盐渍化的形成与气候干旱、地形、土壤季节性冻融、地下水含盐量和成土母质等自然因素,以及不合理的灌溉管理措施、耕作方式和施肥制度等人为因素密切相关。水盐运移模型是研究土壤水盐运移过程的有效工具,目前常用的水盐运移模型包括水盐平衡模型、物理模型和统计模型。由于模型率定和验证所需的土壤水盐运移过程、作物生长过程观测资料较难获取,水盐运移模型多用于田间尺度的节水控盐策略和灌排管理措施优化研究,在区域应用较为有限。现代大型灌区的快速发展导致灌区土壤水盐运移时空分布规律变化较大,对模型的不断改进以及计算机技术的快速发展为探究大型灌区水盐运移时空演变机制提供了可能性。未来应加强基于生态安全的灌区土壤水盐运移机制研究,构建耦合气候模式或经济模型的多过程水盐运移模型。

基于水资源空间均衡的“四水四定”调控模型构建

为实现未来不同时间尺度下的水资源空间均衡与动态调控,创建了一套完整严谨、可动态调控的“四水四定”模型体系。通过模糊信息粒化窗口的支持向量机模型预测区域未来总用水量,利用基于时间序列相似性分析的自回归支持向量机模型预测区域未来分用水量,并对两类数据进行不确定性分析;构建了复杂回归函数对各类用水指标进行情景预测,经统计检验后将其作为当前用水模式下未来用水指标;构建了“四水四定”水资源承载力模型和水资源空间均衡模型,基于未来总用水量、未来各分用水量、未来用水指标,选用水资源负载系数、用水效益和水土资源匹配系数3个指标,结合基尼系数量化水资源空间均衡度,分析当前用水模式下未来水资源均衡度;构建了最优化模型,以最小化基尼系数为目标函数调整未来用水模式,实现水资源动态调控。所创建的模型体系可以实现未来不同时间尺度下的水资源空间均衡与动态调控。

基于文本计量和知识图谱的武汉市水政策演进研究

构建了基于机器学习、文本计量和知识图谱的水政策演进分析框架,以武汉市2001—2021年出台的252份水政策文件为研究样本,提出了基于Word2Vec模型的关键词词典构建技术及关键词热度计算方法,从政策关键词和政策工具两个维度探究了武汉市水政策演进规律。结果表明:在研究时段内武汉市水政策演进经历了初期探索、综合治理、生态优先3个阶段,形成了较为完善的水政策体系;水政策关注重点由供用水需求逐渐转向生态文明建设;政策工具以命令控制型为主,经济激励型政策工具呈现减少趋势,技术支撑型政策工具和公众参与型政策工具占比有所提升;武汉市水政策发展主要面临系统治理理念相对薄弱、防洪防涝关注不够、政策工具类型结构失衡等问题,未来可以从坚持系统治水、提升防洪防涝能力、完善政策工具结构等方面对水政策制度加以改进。

中纬度造山带地区的长期化学风化——中亚和北美的对比研究

长期化学风化速率(LCWR)和化学风化剥蚀率(CDF)是表征区域化学风化程度和揭示地貌和气候系统演变的重要依据。全球尺度上,中纬度地区的长期化学风化研究远比低纬地区争议更多,原因之一是其风化机制在理论认识上仍存在不确定性,特别是造山带地区的长期化学风化与物理侵蚀、构造、气候之间的关系等。本文利用地球化学质量平衡方法,针对北半球中纬度典型造山带(中亚黑河流域和北美内华达山脉)开展了相关数据和资料的系统整理与再分析,估算了黑河流域的LCWR值和物理侵蚀速率(E)值并与内华达山脉进行了对比研究。分析结果表明,黑河流域、内华达山脉的LCWR分别为17.4~895t/km^(2)/a、1~173t/km^(2)/a,CDF分别为0.17~0.81、0.02~0.61,LCWR与E均显著正相关,与海拔高度、年均温度、年均降水量等仅局部相关。研究区的长期化学风化主要表现为“供应受限型”风化,但黑河流域局部地区已处于“供应受限”与“动力学受限”过渡的风化阶段。结合回归分析结果和已有成果的综合分析,中纬度造山带地区的长期化学风化速率受到地质、气候等因素的协同影响,但主控因素为地质因素,而化学风化剥蚀率则主要受控于其他因素。

基于水动力模型的黄河上游典型地区暴雨洪水过程模拟

全球气候变暖背景下极端洪水灾害频发,对地处干旱、半干旱地区的黄河流域之影响尤为明显,洪水灾害风险增大.为了提高干旱区洪水灾害的应对能力,本文以地处黄河上游的十大孔兑地区为主要研究对象,以水动力模型HEC-RAS为主要研究手段,以雨量站和水文站观测数据及哨兵卫星影像为主要数据,对该区典型的暴雨洪水事件进行了详细的过程模拟,评估模型对洪水事件的模拟效果.研究发现:1)基于哨兵影像的验证表明,水动力模型可较为准确地模拟该区洪水淹没过程;2)数字高程模型(DEM)的分辨率和质量对模拟的洪水淹没范围准确度影响最为明显;3)HECRAS在运用高分辨的DEM和计算网格对大流域进行洪水模拟时仍存在较大局限性.本研究认为,该地区应加强水文监测工作,为未来建立集成“四预”一体的洪涝灾害防御系统提供充足的数据支撑.

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。