自然和社会水循环的能量驱动机制及其综合评价

为揭示流域自然水循环和社会水循环演变动力机制，基于自然水循环和社会水循环能耗过程解析，研究了能量输入与水循环通量的定量关系。在剖析能量驱动水循环的物理基础、科学内涵和驱动过程的基础上，提出了自然水循环驱动能量和社会水循环驱动能量的评价方法，并在包括海河流域在内的10个全国一级流域应用。结果表明：相变和位移是水循环运动的本质，不同能量对水循环驱动方式具有一致性，单位面积社会水循环与自然水循环的驱动能量比能够反映人类对流域水循环的干扰程度；2020年10个一级流域中海河流域单位面积社会水循环与自然水循环驱动能量比最高(0.19),西南诸河流域最低(0.02),1980—2020年海河流域单位面积社会水循环与自然水循环驱动能量比平均为0.21;人工能量过度输入导致水循环加速是引发社会水系统失衡的主要原因，调控社会水循环输入能量是维系健康水循环的关键。     

变化条件下干旱内陆河流域水循环特征研究

为探索干旱内陆河流域降水稀少、生态环境脆弱、人类长期活动和剧烈气候变化等对流域内水循环产生的影响,以玛纳斯河流域为例,根据天然-人工二元水循环系统理论,建立了二元水循环模型,并对该流域水循环每一环节的蒸发、渗漏进行了计算.结果表明:玛纳斯河流域平原区天然水循环通量为9.38亿m3/a,占流域降水通量的11.70％;人工水循环通量为18.35亿m3/a,占流域降水通量的22.88％;平原区的人工水循环通量已经远远超过了天然水循环通量.玛纳斯河流域总水循环通量为80.26亿m3/a,现状条件下全流域天然水循环通量为61.91亿m3/a,流域天然水循环通量与人工水循环通量的比例为77.14∶22.86.     

地下水开采对海河流域水循环过程影响的模拟

利用分布式时变增益水文模型(DTVGM)的产流机制改进CLM3.5(Community Land Model version 3.5)的水文过程参数化,同时嵌入地下水开采对流域水循环影响的模块,并考虑经济社会用水,建立能够描述流域自然-人文过程的大尺度陆地水循环模型(CLM-DTVGM)。以地下水开采严重的海河流域为研究区,以中科院青藏高原研究所建立的中国区域高时空分辨率地面气象要素数据集作为大气强迫驱动,针对海河流域1980年-2010年的水循环过程进行模拟,分析地下水开采活动对流域水循环过程的影响。结果表明:地下水开采活动引起海河流域地表径流和土壤湿度整体有所减少,蒸散发则呈增加趋势,且各水循环要素空间分异较大。     

我国生活水循环系统解析与调控研究

生活用水人类生存和发展的基础，在流域水资源规划与配置中通常具有最高的优先权。在对生活用水的基本内涵、特性分析以及影响因子分析的基础上，对三大典型生活用水单元的水循环结构进行了解析，即农村生活、城镇生活与发达城市生活用水单元；通过对国内外生活用水系统的调研，从通量、结构、质量等方面归纳了生活水循环的发展规律；在此基础上，提出了我国生活水循环的调控目标，并对基于水质水量耦合的多元优化调控途径进行了探索。     

“海河流域二元水循环模式与水资源演变机理”成果通过鉴定

2011年3月23日,水利部国际合作与科技司在北京组织召开了由中国水利水电科学研究院等单位完成的海河流域二元水循环模式与水资源演变机理科技成果鉴定会。会议由水利部科技推广中心许平副主任主持,清华大学王光谦院士担     

海委科研成果获大禹奖一等奖

近日,水利部正式公布2011年大禹水利科学技术奖评审结果,由海委与中国水利水电科学研究院共同完成的国家重点基础研究发展计划(973计划)项目海河流域水循环多维临界整体调控阈值与模式(国家编号:2006CB403408)荣获一等奖。这是海委首次作为第一完成单位获得大禹奖一等奖。此次获奖的海河流域水循环多维临界整体调控阈值与     

“海河流域水循环演变规律与水资源高效利用”项目被列入国家“973”计划

“海河流域水循环演变规律与水资源高效利用”近日获科技部正式批准立项。该项目是首个依托于水利部立项的“973”计划项目，是近年来水利科技基础和应用基础研究取得长足发展的一个标志。“海河流域水循环演变规律与水资源高效利用”项目以中国水利水电科学研究院为第一承担单位，王浩院士为首席科学家。该项目以海河流域为研究区，拟解决实现缺水流域水循环科学调控和水资源高效利用的关键基础科学问题，增强我国缺水地区水安全保障的基础科学支持能力。     

社会水循环通量演变及驱动力分析——以保定市为例

社会水循环是自然-人工二元水循环的重要环节,社会水循环通量作为社会水循环的基本研究内容之一,在水资源短缺的背景下,把握其演变规律,揭示使其演变的驱动因子,对水资源的规划、利用和管理具有重要意义。基于2000—2015年保定市的气象数据和社会经济数据,采用信息熵法对保定市的用水结构进行分析,结果表明保定市的用水结构趋向均衡的方向发展;有效降水的演变没有明显规律,随降水的丰枯变化。从自然环境和社会经济两方面选取了20个驱动因子,采用灰色关联分析法定量分析,结果显示:第一产业产值比重和有效降水与社会水循环通量的灰色关联度分别为0.748和0.705,表明这两个因子对社会水循环通量演变的驱动力最大;自然环境因子和农业用水因子与社会水循环通量的关联度数值均处于较高水平,表明这两类因子对社会水循环通量演变的驱动力较强。     

变化中的流域“自然-社会”二元水循环理论与研究方法

在人类活动和气候变化影响下,流域水循环发生了深刻变化。水多、水少、水脏、水浑等流域水问题背后的科学基础是"自然-社会"二元驱动力作用下的流域水循环及其伴生的水环境、水生态过程的演变机理,有效解决这些水问题需要一套流域"自然-社会"二元水循环理论来支撑。本文在简述二元水循环研究历程的基础上,从水循环的驱动力、结构、功能属性和演变效应等方面,对比分析了自然水循环和"自然-社会"二元水循环的不同特征,阐述了变化中的流域"自然-社会"二元水循环的基本原理,包括学科范式、科学问题、研究内容与研究方法等。文章还讨论了二元水循环研究面临的机遇与挑战,如水资源的数量-质量-效率统一度量与转化问题及解决方法等,并进行了研究总结。     

水循环视角下的黄河流域生态保护关键问题

流域作为陆地水循环的基本单元,其在生态保护修复中的地位和作用越来越得到重视。随着人类活动影响的加剧,流域水循环逐步演变为"自然-社会"二元模式,流域生态系统也在结构和功能上逐步转化为自然-社会复合结构和功能。本文基于对自然-社会二元水循环与流域生态保护关系的分析,针对黄河流域生态本底和特征,分别从空间格局和时间过程上提出了维护黄河流域生态系统完整性的主要原则和重点,并针对三江源区、祁连山-秦岭、黄土高原、黄河三角洲几个流域生态保护重点区域,分析了各区域目前存在的主要问题,提出了下一阶段保护治理的措施建议,以消耗一定的水资源为代价,实现坦化水循环极值性、大幅度减少冲沙用水、恢复自然生态三大功效,促进黄河流域生态保护和高质量发展。     

海河流域南水北调受水区农业资源性节水模式初探

提出了农业资源性节水和农业资源性节水模式的概念,分析了南水北调工程实施后海河流域开展农业资源性节水的必要性和紧迫性。根据受水区农业供水水源和种植结构特点,将海河流域南水北调受水区划分为京津廊平原区、河北省山前平原区、黑龙港运东地区、豫北鲁北引黄灌溉区4个区。根据各分区特点,构建了分区的资源性节水模式。     

干旱区灌溉绿洲农业节水潜力形成机制与评估方法

农业节水潜力及其尺度效应是干旱区灌溉绿洲关心的焦点问题之一，对绿洲农业生产、水资源高效利用及生态健康至关重要。针对当前农业节水潜力计算及尺度效应形成机制不清等问题，本文明确了取水节水与耗水节水的概念及内涵，提出节水潜力问题不能忽略灌溉水外溢支撑的生态耗水及效益;从水循环视角解析了干旱灌溉绿洲农业灌溉水分在农田及农田之外的转化与消耗机制，分析了不同节水措施对水循环过程的影响机制，揭示了农业节水的尺度效应及其伴生生态系统响应背后的水循环机理;以此为理论基础，提出了不同环节、不同尺度农业节水潜力的计算方法，剖析了植株-田间-灌溉单元-绿洲不同尺度农业节水量的转化关系及转化项;最后提出了以植被健康、河湖稳定、水盐平衡为生态健康约束，基于水循环模型定量评价灌溉绿洲不同节水潜力的计算方法，能够为绿洲全局视角下科学评估农业节水潜力及影响提供新的思路和技术方法。     

同位素技术在内陆河水循环研究中的应用前景

介绍了同位素技术的原理,初步探讨并提出了同位素技术应用在气候变化对内陆河流域水循环影响研究中的思路和重点,主要包括水汽来源分析、区域降水线与蒸发线特征分析、氘盈余的分布特征及古气候信息的提取等方面。通过创新气候变化背景下的内陆河流域水循环变化的研究模式,可为盆地内水循环理论与大气水文学的建立提供依据。     

我国生活水循环系统的分析与调控策略

在对生活用水的基本内涵、特性以及影响因子进行分析的基础上,对三大典型生活用水单元即农村、城镇与发达城市生活用水单元的水循环结构进行了解析。通过对国内外生活用水系统的调研,从通量、结构、质量等方面归纳了生活水循环的发展规律。在此基础上,提出了我国生活水循环的调控目标,并对基于水质水量耦合的多元优化调控途径进行了探索。     

社会水循环理论基础探析Ⅱ:科学问题与学科前沿

探讨社会水循环研究的基本要素、内容 （过程、结构、通量与调控）、分类及其相互之间的科学关系,阐述评介社会水循环研究的国内外进展,对人水和谐的用水配置、用水零增长、蓝水-绿水-虚拟水与粮食安全、水生态与水环境安全、节水减排与循环经济问题等当前备受关注的社会水循环热点科学问题进行深入分析,认为社会水循环与自然水循环的耦合与作用机制、社会水循环系统及其水量水质的演变机制和社会水循环调控与需求管理的决策机制,是社会水循环研究的三大基础性关键科学问题,社会水循环研究的前沿领域包括自然水循环系统与社会水循环系统之间的耦合机理及平衡-约束机制、经济社会发展规律的科学认知与社会水循环之虚拟水流动机理、社会水循环系统的水量水质演变过程、社会水循环系统描述的模型技术与方法和社会水循环系统的评价与调控等,从而与文献[1共同构成社会水循环研究的理论基础和科学框架。     

社会水循环演变的经济驱动因素归因分析

本文利用水资源投入产出模型分析社会水循环演变的经济驱动因素。在水资源投入产出模型中,利用2008年经济普查数据进行了分行业用水量的推算,并开发出23个部门的水资源投入产出模型;改进了国内学者普遍使用的模型中,中间投入没有考虑进口产品对水资源投入影响的问题,另外在分析中考虑了经济发展方式转变对社会水资源通量演变的影响。最后得出,1992-2005年,节水型技术进步对社会水循环通量的增加贡献是1 037.39%,最终需求对社会水循环通量的贡献是-1 122.31%,中间投入技术进步贡献为-126.86%,需求结构变化贡献为190.97%,行业结构需求变化为120.81%。即在没有技术进步的情况下,最终需求的增加会使现在的社会水循环通量增加10倍以上。在1992的最终需求下,现有的节水技术进步使得社会水循环通量减少90%。     

华北地区水循环与水资源安全:问题与挑战(一)

华北地区缺水及其日趋严重的生态环境变化是中国首要解决的问题之一。目前,由于山区和平原径流明显减少和过量开发利用水资源,业已造成了地下水漏斗、平原区河道干涸、湖泊湿地萎缩、地表和地下水污染等生态环境恶化问题,严重影响了华北地区水资源安全。以海河流域为重点对象,通过国内外学科前沿进展综述,指出华北地区缺水及其导致的生态环境恶化问题背后的自然和人文因素作用和发展演化的背景,强调高强度人类活动作用下的水循环基础研究的重要性,提出华北地区水资源安全的水循环基础与应用问题研究的若干建议。在此基础上,研究自然和人类活动双重作用下的华北地区水循环过程、水体运动与污染物质输移及其与生态环境演变的耦合机制,阐明华北地区“河道断流,水体污染,湿地消失,地下水枯竭”的成因规律特别是人类活动的驱动分量,提出生态环境修复的理论基础。这不仅对变化环境下流域水环境演变的地学基础科学前沿研究有重大的学术价值,而且对中国可持续发展和社会进步具有重要的战略意义。     

华北地区水循环与水资源安全:问题与挑战(二)

华北地区缺水及其日趋严重的生态环境变化是中国首要解决的问题之一。目前,由于山区和平原径流明显减少和过量开发利用水资源,业已造成了地下水漏斗、平原区河道干涸、湖泊湿地萎缩、地表和地下水污染等生态环境恶化问题,严重影响了华北地区水资源安全。以海河流域为重点对象,通过国内外学科前沿进展综述,指出华北地区缺水及其导致的生态环境恶化问题背后的自然和人文因素作用和发展演化的背景,强调高强度人类活动作用下的水循环基础研究的重要性,提出华北地区水资源安全的水循环基础与应用问题研究的若干建议。研究自然和人类活动双重作用下的华北地区水循环过程、水体运动与污染物质输移及其与生态环境演变的耦合机制,阐明华北地区“河道断流,水体污染,湿地消失,地下水枯竭”的成因规律特别是人类活动的驱动分量,提出生态环境修复的理论基础。这不仅对变化环境下流域水环境演变的地学基础科学前沿研究有重大的学术价值,而且对中国可持续发展和社会进步具有重要的战略意义。     

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首个依托于水利部立项的“973（国家重点基础研究发展计划）”项目——“海河流域水循环演变规律与水资源高效利用”项目近日获科技部正式批准立项。     

水资源配置中的生态耗水系统分析

在分析水循环中经济用水和生态用水特点的基础上，根据流域二元水循环模式和耗水平衡原理、径流过程和需水过程的特点，简述了水资源配置系统分析的思路和方法。在分析不同地区生态保护目标特点的基础上，给出了水资源模拟中生态耗水的计算方法，建立了以湖泊或湿地耗水、河道生态用水约束、区域地表生态耗水以及流域出境下泄水量构成的流域生态耗水系统，与水资源配置系统有机地结合在一起，并以松辽流域水资源综合规划嫩江流域的成果简要地说明了生态耗水的分析计算。