生态水文学兴起:学科理论与实践问题的评述

生态水文学是20世纪后半叶发展起来的新兴水科学研究领域的交叉综合学科，基于习近平总书记的“生态优先、绿色发展”理念和实现我国生态文明建设目标，其研究成为我国新时期水科学理论与实践的新目标与新挑战，为“绿色-高质量-可持续”发展提供强大动力．本文简述了生态水文学国内外发展历程和动向，深入评述了生态水文研究的几个基础理论问题，主要包括:人-水-生态系统关系认知与协同变化的和谐内涵、四大平衡的协同内涵及Budyko水-热平衡联系方程、绿水在生态系统中的重要内容和面向全球变化的生态水文宏微观尺度研究，并着重阐述了生态系统的需水与用水；针对生态水文的实践应用，阐述了水-碳循环耦合机制研究能够有效服务国家“双碳”计划，分析了南水北调工程和黄河流域生态环境治理中生态水文问题，提出了南水北调西线工程是构建国家水网、缓解黄河流域水资源短缺的重要举措；基于生态水文研究现状和国家发展需求，对生态水文研究提出展望，如生态系统对人类活动和气候变化响应机制研究、水土保持与生态建设综合技术体系、多源信息融合新技术、加强与社会科学的交叉融合研究和生态水文系统研究等．      

城市化背景下中国虚拟水流动空间变化特征及其驱动因素研究

为了解决日益增涨的水资源需求导致的缺水问题, 从投入产出视角进行合理的虚拟水调动已成为缓解地区水资源压力的新途径。基于1997 年与2010年区域间投入产出表以及水资源公报数据, 构建虚拟水多区域投入产出计算模型, 并细化用水产业, 计算得出区域间虚拟水相互交换关系与转移量。同时, 将区域虚拟水空间流动量与区域间人口迁移和产业转移特征进行关联分析, 结果表明, 研究时段的中国城市化进程中, 虚拟水主要由内陆地区向沿海地区输送, 且区域间人口迁移特征与虚拟水空间转移特征的关联性很强。人口流动带动消费品转移, 进而引起虚拟水流动, 产业空间转移通过生产要素的空间转移与聚集, 持续影响虚拟水的流动量和流动方向。因此, 基于中国城市化特征, 未来区域发展应考虑结合实体水调动以及虚拟水流动与人口迁移和产业转移的关联关系, 保证经济活动密集区域的水资源供给。     

北京师范大学水文学及水资源校级重点学科

<正>北京师范大学水文学及水资源学科的发展始于地理系有关的水文学教学与科研工作,2002成立的水科学研究所和2003年取得的水文学及水资源硕士点,则有力地推动和促进了水文及水资源学科在北京师范大学的发展。     

大连市旅顺口区与经济技术开发区水足迹初步研究

水足迹将实物形态的水与虚拟形态的水联系起来,为分析经济模式对区域水资源的影响、解决区域水资源缺乏问题提供了一种新思路.计算了大连市旅顺口区和大连市经济技术开发区的水足迹.结果表明,2003年旅顺口区的总水足迹不足开发区的50%,但实体水的消耗量约为开发区的1.5倍.旅顺口区水资源压力大的主要原因是该区施行农业为主要产业、在贸易过程中大量输出虚拟水的发展模式.考虑到两个地区的水资源特点及经济模式对用水的影响,提出了增加工业在产业中的比率和发展精品农业等的发展策略.     

虚拟水分析理论和方法

水资源分布的区域差异加剧了水资源的紧张局面．Tony Allan提出虚拟水的新概念和计算方法，已成为缓解区域水紧张状况的一个有效方法．文中系统地介绍虚拟水方法和战略，以及其理论框架、指标体系和计算方法．介绍全球主要国家和地区的虚拟水交易量，阐述了虚拟水方法的应用．     

水生态承载力概念辨析与指标体系构建研究

水生态承载力是近年来所提出的新兴科学概念,对于衡量水生态系统与经济社会协同发展关系具有重要意义。为促进水生态承载力研究向系统化、标准化发展,文中通过文献调研回顾了水生态承载力发展进程,针对其概念不清与指标不一问题,基于水生态系统服务功能特性科学辨析并界定了水生态承载力概念内涵。在此基础上,采用"目标-准则-指标"层级框架,经代表性指标频度分析与专家经验判断构建了由水资源、水环境、水生态、水安全4大核心功能构成的水生态承载力推荐指标体系。最后,从基础理论、技术方法和应用实践方面提出水生态承载力研究需要解决的关键科学问题。该研究将为水生态承载力的科学评价、优化调控及其管理应用奠定基础。     

人地系统耦合与可持续发展：框架与进展

 人地系统耦合强调自然过程与人文过程的有机结合,注重知识-科学-决策的有效链接,通过不同尺度监测调查、模型模拟、情景分析和优化调控,开展多要素、多尺度、多学科、多模型和多源数据集成,探讨系统的脆弱性、恢复力、适应性、承载边界等科学议题。在梳理人地系统耦合研究框架、基于文献计量分析人地系统耦合与可持续发展研究进展的基础上,探讨了人地系统耦合未来研究的重点领域和方向。     

水足迹和虚拟水战略在城市规划环评中的应用?--以北京市为例

以北京为例,运用水足迹和和虚拟水理论开展了融合型规划环境影响评价研究.通过计算北京市地区生产总值的水足迹,对北京市现状水资源利用水平进行评价,分析区域水资源需求量,评价水资源承载力是否在合理程度.通过分析计算近20年北京市虚拟水的输入量,预测未来虚拟水贸易变化能否满足北京生态环境和经济发展用水需求,从而对国民经济和社会发展规划提出调整思路.分析结果表明,北京需要进一步加强虚拟水战略的运用,这样可以有更多的实体水用于生态用水,从而改善北京市的生态环境.经济发展需要水资源的支撑,对水资源的规划决定着对城市总体的规划,水足迹和虚拟水理论为规划环境影响评价提供了新思路.     

地热储多场多相数值模拟与介尺度技术进展

热储工程系统具有很强的多样性和复杂性,随着当前地热开发利用需求的提高,裂隙介质热-流-力多场耦合复杂物理过程的高效模拟变得日益重要,它也是热储工程面临的关键技术问题。经典的多孔介质中的流动、传热和力学模拟技术已经得到了很大的发展,但其内部的多相、多物质流动和传递过程的理论仍然不成熟,裂隙介质由于本身的多尺度特性,对其热-流-力多场耦合问题的研究更为复杂,新的研究方法体系亟须建立。鉴于此,本文综述了裂隙介质热-流-力多场耦合既有的研究现状,并指明了未来面向热储工程应用的新一代裂隙介质热-流-力耦合模拟技术发展趋势及关键问题。     

单裂隙岩体水-力耦合数值分析

随着地下工程的不断发展,诸多地下工程在水-力耦合作用下发生失稳破坏,裂隙岩体水-力耦合一直是国内外学者研究的热点问题。基于单裂隙岩体水-力耦合概念模型,应用离散元程序计算分析裂隙水压强、岩体应力对裂隙渗流场和岩体位移场的影响。计算发现：模型约10 s后达到稳态,节理流体形成从左向右的渗流场,节理入口处流体压强与节理流体压力梯度成正相关;节理岩体位移主要形成从节理入口处向其周边辐射的位移场,节理入口处流体压强与节理岩体位移梯度成正相关;节理岩体水压主要形成从节理中部区域处向其周边辐射的水压场,岩体顶部施加向下应力与节理水压梯度成正相关。研究结果对解决地下工程水-力耦合问题具有一定的科学意义和工程价值。     

梅山水电站右坝肩渗流特征分析

依据水文地球化学原理，库水作为一种溶液，在向坝基渗透过程中，既传递水的物理特性如压力、水量等，又与坝基岩石、帷幕、混凝土间产生物理化学作用，形成新的水质特征。为此，对梅山水电站右坝肩坝基排水孔水位、水量、水质进行定期观测，并对现场水pH值测试资料进行了系统分析。分析结果表明：工程措施效果明显；拱廊道内大流量排水孔水主要来自库水；拱廊道少数排水孔水中K^ Na^ 含量较丰富，此是坝基水化学潜蚀的结果。     

基于现实与虚拟交互的交通流再现实验方法

面向连续与间断交通流实验系统框架,利用现实交通流的观测数据,在实验框架的虚拟环境中建立交通流的非参数模型,通过虚拟框架的贝叶斯学习再现与现实等价的实验交通流.选取更为复杂的信号控制交通流场景对该实验方法进行验证.结果表明,该方法在一定精度内可以近似再现信号控制交通流.     

关于虚拟水与虚拟水贸易的讨论

总结了虚拟水及虚拟水贸易研究的战略意义,并在对国外开展的虚拟水研究方向及国内的虚拟水研究现状和进展总结的基础上,对我国华北地区畜产品虚拟水含量做了计算分析.最后就我国今后的虚拟水及虚拟水贸易研究中值得关注的问题进行了讨论.     

省域尺度水足迹估算方式探讨——以山东省水资源足迹为例

水足迹是水资源短缺问题和安全问题的一个新概念,由于其考虑了经济消费中虚拟水的消费量,从而较为深刻的揭示了社会经济系统对水资源的真实消费情况,为水资源科学管理提供了一个新视角．本文引用水足迹的概念以及计算方法,对山东省2006年的水足迹及其相关指标进行了分析,结果表明,山东省总体水足迹为408．75亿m^3,人均水足迹439．09m^3·人^-1·a^-1,大大高于所统计的水资源的利用量．山东省今后水资源将面临着更大的挑战,针对这种情况分析并提出了降低水足迹以缓解水资源压力的儿条途径,探讨了水足迹今后的研究方向及重点．     

同位素水文学的若干回顾与展望

从降水径流、非饱和带水分运移、地下水来源及年龄测定、古洪水研究等方面回顾了同位素水文学研究的现状,认为同位素示踪技术可以从更微观的角度研究径流形成、流域汇流过程中的水分转换关系等;概述了河海大学近年来在同位素水文学研究方面的相关进展,指出其研究主要包括同位素水文数学模型、平原区同位素径流组分划分试验、同位素在地下水中的应用、"引江济太"水量分配、流域氮源示踪等方面。在综述同位素水文学研究进展基础上,对当前同位素水文学研究存在的问题进行了分析,并对同位素方法在水文学中的应用前景进行了展望。     

河西黑河流域水文研究的若干进展

黑河流域历来是科学工作者研究寒区、旱区水文、水资源的典型区域．通过对它的研究，人们可以深入了解西北寒区、旱区冰川、积雪、冻土、高寒山区、山前地带和下游径流散失区的水文、水资源状况，进而为地区经济可持续发展提供及时的决策依据．20世纪80年代末以来，在用卫星监测祁连山积雪、冻土水文功能、黑河上游融雪径流预报等方面取得了多项研究成果．近几年来，黑河流域水文水资源研究在出山径流模拟与预测、地下水动态监测、水资源与生态环境的关系以及水资源合理开发利用等方面获得了长足的发展．展望未来，在黑河流域的研究将发展到以水循环为核心的，包括大气圈、生物圈、水圈和岩石圈各圈层在时空尺度上物质和能量相互转换的系统研究阶段，高新技术手段在实地观测和遥感、遥测中的应用将起到重要推动作用．     

汽轮机扭叶片的虚拟设计

工业产品传统的物理设计过程，由于前期缺乏预测能力而使产品开发程序效率低、费用高．运用产品虚拟设计的基本理论和方法，针对汽轮机中低压级的热力过程，建立了扭叶片虚拟设计的基本框架．通过热力计算程序得到扭叶片的成型规律，并从三雏造型到仿真试验进行了叶片虚拟设计的研究，将热动类专业知识、计算机仿真技术与CAD技术相结合，形成一种比传统设计过程更高效的设计方法，体现了虚拟技术在汽轮机叶片设计中的成本低、收益高、决策性好等优点．     

基于稳定同位素的SPAC系统水分转化研究进展

大气-土壤-植被连续体(soil-plant-atmosphere continuum, SPAC)系统水分转化过程是生态水文学重要的研究内容。稳定同位素作为天然的示踪剂能有效示踪、整合和指示SPAC系统中的水分输入、输出以及转化过程。笔者在简述稳定同位素应用原理的基础上，以垂直方向上SPAC系统水分运移的视角，阐释基于稳定同位素技术的土壤-根系界面水分运移、植物传输水分中存在的分馏和植物冠层-大气界面水分交换的研究进展，探讨了SPAC系统水分转化研究中稳定同位素技术在分馏机制、时间分辨率与空间异质性方面的局限性。认为未来基于稳定同位素的SPAC水分转化研究还需着重在以下3个方面进行：(1)借助广泛应用于其他领域的便携式同位素分析仪对各种同位素水池同位素组成进行原位观测；(2)结合多种同位素分析水体同位素组成来分析土壤-根系界面水分运移过程，进一步确定树木水分来源，提高识别和划分的准确性，并以此完善稳定同位素应用模型；(3)利用同位素标记盆栽实验精准控制叶片吸水的水源，高分辨率地解析叶片吸水的发生位置以及时间；(4)结合控制性同位素标记实验并利用离心技术提取木质部导管中的汁液水，对比分...