水文学及水资源的学科前沿和研究需求

'水文学及水资源的学科前沿和研究需求 主要内容前言学科体系、研究范围和任务现状研究与存在问题发展趋势与研究前沿研究需求与重大课题 1.前言水文学已经形成一门系统、完整的科学体系，而水资源学尚没有完全形成以知识为纽带的科学体系。水资源的自然属性的研究（如水资源再生机理等）是水文学在水文循环领域的延伸，而水资源学的知识是水文学、工程科学、环境科学、管理科学、经济学等学科在伸向水资源领域的横截面。认识到这一点，对于开展水文学及水资源学科的科学研究和推动水资源学的学科建设是十分必要的。 2.学科体系、研究范围和任务水文学和水资源学是水资源可持续利用的科学基础。水文学是研究地球上水的时空分布与运动规律并应用于水资源开发利用与保护的科学。水文学既是地球科学的组成部分，也是水利科学的一个领域。水文学通常主要是指陆地水文学和应用水文学。陆地水文学是水文学的主要组成部分，直接为生产服务的应用水文学，是现代水文学中最富有生气的分支学科。 2.学科体系、研究范围和任务水资源学是对水资源进行综合评价、合理配置、开发里利用以及有效保护，为经济社会可持续发展提供水的保证，协调水资源和社会经济发展及环境、生态系统之间的关系，以及对水资源实行科学管理的经验总结和知识概括，属于技术科学的范畴。 2.学科体系、研究范围和任务水资源学的主要研究内容：探求水资源在地球自然资源体系中的位置、作用以及与其他自然资源间的相互关系；揭示水资源形成和演化机理及其在地球空间和时程上的变化规律，探求在经济和社会发展中水资源供求关系及其解决的科学途径；研究在人类各项经济活动特别是人类开发利用水资源过程中引起的环境变化，以及这种变化对水资源自然规律的影响；探求在变化的环境中如何保持对水资源的可持续开发利用的科学途径；…… 2.学科体系、研究范围和任务水文水资源的重要性主要表现在：随着社会财富的积累，人类活动对流域环境过度和无序的干扰，以及气候变化等因素影响的加剧，使洪涝灾害的孕灾环境从未像今天这样严峻，洪涝灾害对社会稳定、经济发展和环境改善的破坏作用从未像今天这样强烈。在这样的的背景下，对水文信息和水文情势预测、预报和预警的需求从未像今天这样迫切。有足够预见期和精度的水文预测、预报和预警系统已成为当今社会发展不可或缺的重要保障。 2.学科体系、研究范围和任务水文水资源的重要性主要表现在：由于水资源短缺的严峻形势，以及由于水资源短缺所引起的粮食安全、生态退化、环境恶化和对人民健康的威胁等问题，已经成为当今严重的全球性问题，在水资源严重短缺地区，此类问题的形势更加严峻。众所周知，水文循环是水资源再生的惟一机制，水文和水资源信息是进行水资源规划、配置、管理最基本的依据，因此，资源开发利用、生态环境保护以及人民健康等对水文水资源信息和知识（关于水文水资源规律性及其特点的认识）的需求从未像今天这样重要和迫切。 2.学科体系、研究范围和任务水文水资源的重要性主要表现在：水文水资源为水库、水电站、桥梁、航运、铁路与公路等一切与水有关的建设项目提供设计依据和运营保障。水文水资源设计数据直接决定了水利工程建设的经济与安全。然而，随着社会进步，对水利工程建设、运行与管理的要求已不仅仅限与安全与经济原则，而且同样强调其可能产生的环境影响和与环境的协调性，甚至还要考虑到其人文与社会价值。因此，对为水利工程规划、设计、运行、管理服务的水文学与水资源也提出了更高的要求。 2.学科体系、研究范围和任务水文水资源的重要性主要表现在：这种要求的最大扩展在于：水文学与水资源不仅仅如传统那样提供坝址或局部河段水文水资源信息，而且要提供全流域水文水资源信息；不仅仅提供水的信息，而且还要提供水与其涉及的区域生态与环境相互关系的信息，并做出全面的分析。在这一意义下，水文是资源作为服务乃至决定水利工程建设与管理的作用更为重要了。 2.学科体系、研究范围和任务水文水资源的重要性主要表现在：由于水即是一种不可替代的自然资源，又是一种最重要的环境要素，因此水在未来20年全面建设小康社会和保障国家可持续发展中有着至关重要的作用。鉴于此，国家在制定发展战略和宏观规划时，都从未像今天这样需要水文水资源信息和水文水资源知识的支持。社会进步与发展在向水文水资源提出许多新问题的同时，也更突出了水文水资源的重要性和赋予其重大的使命。 3.现状研究与存在问题水文学现状研究：水文学发展的历史表明，社会需求是水文学发展最基本的动力，它决定了水文学发展的方向和进程。20世纪90年代以来，社会发展对水文学的需求主要表现在为防洪减灾、水资源可持续利用、生态环境保护和社会与经济发展等方面提供水文学依据。 3.现状研究与存在问题水文学研究，在科学层面，已从水文循环的单个孤立环节向多尺度耦合过程发展，通过对大气—植物—土壤—地下水水系统中水分迁移和转化关系的系统实验与理论研究，揭示水文循环中生态过程的变化规律，探索其相互作用机理；水文规律的研究，侧重探讨在自然因素和人类活动共同作用下水文过程及其要素的变化规律，探索物理规律与统计规律相结合的水文学方向。 3.现状研究与存在问题大气水、降水、地表水、土壤水和地下水的相互关系，地表水、地下水水量、水盐平衡及其要素的计算方法也是水文学研究的主要内容。水和能量的耦合循环研究是现代水文学的一个重要方向，它可以揭示地球表面环境变化和水循环之间的相互关系，为水资源的形成和消耗提供科学依据。在应用层面，在服务于水资源开发利用方面将更重视环境生态影响的研究，并致力于为水资源综合规划与综合管理提供科学基础。 3.现状研究与存在问题我国水文科技存在的主要问题是不能适应新时期社会经济发展对水文的新要求和高要求，与世界水文科技的先进水平相比，仍有一定差距，主要表现在以下几方面：水旱灾害的监测和预报技术相对落后，能力较低大尺度水文问题研究较少，更少涉及全球尺度的水文问题、环境变迁中的水文问题等；区域性水文研究和关于不同水体的研究很不平衡，干旱区、寒区、森林和牧区水文问题研究相对薄弱，生态系统中的水循环机理的研究则刚刚起步； 3.现状研究与存在问题水文学基础理论和实验研究薄弱，新技术新方法开发和推广应用比较缓慢；水文基础信息匮乏，信息平台建设滞后，信息完整性和信息交换共享水平亟提高。 3.现状研究与存在问题水资源现状研究自从1977年第一次联合国水资源大会以来，在全球范围内开展了水资源评价研究；在70年代末和80年代上半期，各国开始致力于流域和区域的水资源规划研究；自80年代以来，水环境问题成为研究热点，各国试图将水质研究与水量研究联系起来，以实现水资源水量与水质的统一描述和耦合调控。 3.现状研究与存在问题水资源现状研究1992年联合国环境与发展首脑会议后，在可持续发展理念指导下，发达国家在水资源综合评价、综合规划、水资源管理等方面进行了广泛而深入的研究。流域水资源综合管理成为世界趋势，自然科学、工程技术与社会、经济和法律相结合是水资源管理的研究热点。 3.现状研究与存在问题我国水资源研究起步略晚，其发展历程和国际大体相同，但是我国的水资源科技和开发利用水平与国际水平仍有较大差距，主要表现为：水资源利用效率较低，且地区发展不平衡。全国农业灌溉水利用系数平均为0.45，而先进国家为0.7甚至0.8；工业用水的重复利用率为30～40%，而发达国家为75～85%。水资源科学管理较落后。 3.现状研究与存在问题流域间水资源调配能力较低，流域间的丰欠调剂技术在我国还处在初级阶段。社会节水体系尚未形成，节水防污型社会建设还处在试点阶段。另外，我国在水污染治理、微咸水和海水的利用、淡化方面，与先进的国家差距也较大。 4.发展趋势与研究前沿水文学作为水资源可持续利用的科学基础，其研究进展将有力地促进水资源实际问题的解决。20世纪50年代以来，科学技术进入了新的发展时期，人类改造自然的能力迅速增强，人与水的关系正由古代的趋利避害，近代较低水平的兴利除害，发展到现代较高水平的兴利除害，实现人水关系协调发展的新阶段，水文学也进入了现代水文学时期。这个阶段赋予了水文学新的特色： 4.发展趋势与研究前沿人类对水资源的需求愈来愈迫切，水文学的研究领域正向着为水资源开发利用提供依据方向发展。大规模人类活动的对水文循环，进而对地球环境正在产生多方面的影响。研究和评价这种影响，指导人们在水资源开发时注意保护人类生存环境，也是水文科学发展中的新课题。水文学与环境科学和生态科学的交叉学科——环境水文学和生态水文学正在孕育形成中。 4.发展趋势与研究前沿现代科学技术，如核技术、遥感技术（特别是地球观测技术），地理信息系统、计算技术、随机过程的理论与方法、系统分析的理论与方法等，正在掺入水文学的各个领域，使传统水文学方法出现突破性的进展。水文学的研究领域和研究尺度不断扩大，水文学和地球科学中其他学科间的空隙逐渐得到填补，交叉学科正在蓬勃兴起。 4.发展趋势与研究前沿当前水文学研究的发展趋势和研究前沿是：在水资源研究需求的推动下，把研究水文循环全过程问题提到议事日程上，就是说水文学不仅要研究水文现象的陆面过程，还要对陆面——大气界面上的水分和能量的交换问题，陆面地表水、土壤水和地下水量的交换问题，陆地水与海洋水的交换问题，海面和大气界面上的水分和能量交换问题，水在大气中的运动和转化问题等等，都要进行研究。 4.发展趋势与研究前沿水文学不能仅像过去只侧重研究水在运动、转化中的物理过程，还要研究自然界的水作为溶剂和载体在水文循环中对水中各种化学成分的输移、合成、分解、储散的化学过程。除此以外，由于地表生物圈中动植物及其他形态的生物在生长、繁殖、死亡过程中与水的相互作用，以及动植物群在陆面和大气水分及能量交换中的影响，这就需要特别加强水在水文循环和运动中生物和生态过程的研究。这些问题的提出，使水文学必须以崭新的面目出现，向全球水文学和生态水文学的方面前进。 4.发展趋势与研究前沿2002年在南非召开的可持续发展世界高峰会议上，一致通过将水资源危机列为未来十年人类面临的最严重挑战之一。同年，联合国环境署在《全球环境展望》上指出，“目前全球一半的河流水量大幅减少或被严重污染，世界上80个国家或占全球40%的人口严重缺水。如果这一趋势得不到遏制，今后30年内，全球55%以上的人口将面临水荒”。在此背景下世界各国致力于解决水资源安全问题，建设节水—防污型社会，建立高效、公平、统一的水资源管理体制是世界各国解决当前水资源危机的主要方向。 4.发展趋势与研究前沿当前水资源研究的前沿问题是：以水资源的可持续利用支撑国民经济和社会的可持续发展为目标，研究水资源形成、可再生性维持机理及时空变化规律，探讨水资源可持续利用的方式和对策。人类活动是引起流域水资源变化最活跃的因素，跟踪历史变化的轨迹，揭示现实变化的情景和成因，预测未来变化趋势，是对水资源系统实施适度调控的科学基础。 4.发展趋势与研究前沿为了实现水资源有效开发利用、经济高速增长与良好生态环境的协调发展，需要重点研究水与生态系统相互作用的模式、机理、过程与效应问题，在流域尺度上解决水资源—生态系统—社会经济复合大系统相互作用的定量描述和多维调控，为应用层面上合理确定生态需水量以及合理调控经济用水与生活、生态用水比例提供科技支撑。 4.发展趋势与研究前沿为了缓解水资源紧缺，洪水资源安全利用、污水资源化利用以及海水淡化等新型水资源的开发利用，将导致水资源开源方面的转移式发展，从而从根本上开辟解决水资源问题的新途径。要重视水权、水价、水市场的理论研究，促进水资源的合理配置和高效利用。建立水资源的实时监控系统，实现水资源的合理配置和综合管理。 5.研究需求与重大课题20世纪90年代以来，由于人口、社会、经济高速发展，除洪水形势依然严峻外，水资源短缺与水环境恶化（并称为水问题）突显出来，并成为国家可持续发展的制约因素。回答这些水问题，满足可持续发展所需要的水供给和环境支持条件，自然成为这一时期水文水资源科研的中心任务，而且将延续相当长一段时间，这就向我们水文水资源科技工作者提出了未来20～30年水文水资源学科发展的研究需求： 5.研究需求与重大课题为防洪减灾提供水文水资源信息和知识支撑，加强特大洪水形成规律、水文信息采集传输预报调度决策现代化，非工程措施的水文学依据研究；为水资源可持续利用提供科学基础，加强水资源形成、演化机理研究和全球变化条件下对水资源的影响的研究，加强水资源系统、经济社会系统、生态环境系统在其运动发展过程中相互依存与相互制约定量关系的研究，以及水资源评价与规划、水资源承载能力评价、水资源开发利用与保护的科学基础研究； 5.研究需求与重大课题为生态安全和环境保护提供水文水资源知识服务，揭示水对于生态安全的控制机理和水作为环境要素的基础作用，研究不同自然地理条件下生态需水量计算方法，制定描述河流健康状态的评级体系和人类—生态—环境系统中水分配策略；在流域规划和工程设计中，加强人类活动对水文水资源条件的影响研究，探索新的水文水资源分析计算途径与方法；为建设节水防污型社会提供水文水资源科技支撑。 5.研究需求与重大课题围绕水资源可持续利用这条主线，水文学及水资源学科提出1项战略重点和11个重大课题。战略重点为：节水防污型社会建设与水安全保障。重大课题包括：中国特大洪水特点与规律及对策措施；流域洪水灾害孕灾环境的变化及其洪水响应；灾害性水文气象形势监测、预报与防洪调度现代化；旱涝规律及大面积长历时干旱预测与监测研究； 5.研究需求与重大课题变化环境下的流域水循环演变机理与模拟方法；流域水循环—生态过程相互作用与生态环境需水量；流域水资源演变规律与科学调控；水资源循环再利用、综合节水和水资源高效利用技术；水资源利用效率评价与水资源价值的综合核算方法；高强度人类活动条件下的水文水资源预测；水管理制度安排和政策设计的科学基础。'