流域“自然-社会”二元水循环理论框架

流域水循环的“自然-社会”二元演变是导致近年来水问题和水危机的本质原因. 实现缺水地区供用水、水环境、水生态安全的国家目标, 必须依靠以流域水循环为统一基础的水资源科学调控, 其首要的科学基础是对高强度人类活动干扰下的流域水循环与水资源演变的内在机理及其规律的认知. 本文从我国二元水循环演进历史、流域二元水循环理论、典型流域水资源演变规律、流域二元水循环模式与概念模型4 个方面进行探讨, 为变化环境下水循环的基本认知模式、现代环境下水资源衰减规律等提供研究参考.     

海河流域二元水循环模式及其演化规律

海河流域是我国乃至世界上受人类活动干扰最强烈的区域, 其水循环的二元演化特征十分明显, 水资源的利用和循环转化关系极为复杂. 社会(侧支)水循环通量的膨胀几乎吸干了所有的天然径流, 工业、农业及生活排污致使水质严重恶化, 流域呈现出有河皆干、有水皆污的局面. 传统的以天然水循环为主的“实测-还原”研究模式已不能适应现代水资源研究的需要. 以海河流域为原型对象, 通过科学抽象和理性思考, 勾勒出了二元水循环模式的系统图景, 分析了二元水循环的关键要素、平衡方程以及演变历程. 应用建立的二元水循环模式理论, 通过收集最新的数据资料, 研究了海河流域二元水循环十项关键要素的演化规律, 并在此基础上提出了海河流域的健康水循环模式及其调控方向.     

二元水循环条件下水资源管理理念的初步探索*

中国存在水资源短缺、水生态退化以及水环境恶化等问题,一方面是由于中国水资源本底差的客观条件,另一方面是由于水资源管理的不完善。为此,本文针对后者, 结合“自然人工”二元水循环过程,对现代环境下的流域/区域水资源管理作了新的探索,提出“以耗水（ET）管理为核心,七大总量控制为约束”的水资源管理新理念。通过与传统水资源管理的对比,论述了在二元水循环条件下开展“以耗水（ET）管理为核心,七大总量控制为约束”的水资源管理的重要性; 同时,通过分析实施耗水和七大总量控制指标的现代先进的技术说明了开展的可行性。     

气候变化对中国东部季风区水循环及水资源影响与适应对策

中国东部季风区水循环及水资源变化复杂,水旱灾害频繁,其中既有强烈的季风区自然变化影响,又有气候变化中二氧化碳排放导致的人为强迫的影响。近些年作者团队的研究表明：中国陆地水循环主要变化是由温室气体排放的影响叠加在东部季风区显著的自然变率背景下共同作用形成的,其中自然变率对降水影响的贡献约占70%,人为强迫的贡献占30%;随着未来二氧化碳排放的贡献率逐步增大,中国极端水旱灾害有进一步增加的态势,气温每升高1°C,华北农业耗水约增加4%总用水量;气候变化对中国东部季风区长江、黄河、淮河、海河以及珠江等八大流域的水循环以及南水北调(中线)重大调水工程有突出的影响与风险,需针对水资源脆弱性变化与水安全问题,采取适应性的对策与措施。     

水循环的地质演变:研究现状与关键问题

由大陆-海洋-大气之间水的3种相态(固态-液态-气态)相互转换和位移构成的水循环,是地球气候系统的主要过程之一.太阳辐射量在地球表面分布不均匀,是地表水循环的基本驱动力.水循环与碳循环密切关联,是气候系统演变中的两条主线.不同时空尺度的水循环和碳循环受天文、地质和生物因素以及它们之间相互作用的控制,揭示水循环地质演变过程及其与气候变化之间的关系,可为了解当今水文气候变化提供宝贵启示.通过水循环地质演变研究现状回顾,提出如下5个科学问题应在未来予以重点关注:(1)雪球地球时期的水循环;(2)植被起源和演化对水循环的影响;(3)深时热带辐合带(inter-tropical convergence zone, ITCZ)的演变与水循环;(4)暖室期地下水与海平面变化;(5)深时水循环中的氧同位素示踪.同时建议我国未来亟须加强的4个研究方向:(1)深时冰室期向暖室期转变中的水循环;(2)深时水循环与生态系统演变;(3)深时水循环研究方法的发展;(4)深时水循环与长周期地球系统演变的数值模型.     

城市水资源需求场理论及应用初探

随着人类社会的发展进步及城市化进程的加快,人类活动对水资源的需求日益增加.水循环也从最初的自然水循环演变成"自然-社会"二元水循环.二元水循环理论的提出,为水文水资源学科的发展指明了新方向.迄今为止仍然没有统一的数理公式对二元水循环过程进行精确描述.本研究以城市为重点,深入剖析了社会经济用水需求对水循环的干扰和驱动原理,通过类比物理学中的麦克斯韦方程组,初步定义了城市水资源需求场——"水场"的概念,提出了城市"水场"强度的计算公式.以海河流域22个主要城市为例,应用水场强度计算公式定量描述了海河流域的水场强度,分析了水资源的流动趋势.结果表明,水场强度公式能够较好地描述城市水资源的驱动力和流动趋势.     

氧同位素在古温度重建及水循环研究中的应用

适宜的温度是宜居地球最基本的要素之一.地质历史时期海水温度演变规律成为揭示地球气候变化和生物演化的关键环境参数.目前,恢复深时古海水温度最常用的技术手段是碳酸盐和磷酸盐矿物化石骨骼的氧同位素组成.但该方法面临成岩蚀变、化石属种的生命效应、区域性海水氧同位素组成差异、海水氧同位素组成是否随时间发生变化等诸多不确定性因素的影响.本文在回顾深时氧同位素古温度计基本原理的基础上,详细评估了成岩蚀变、生命效应、区域性海水同位素组成等不确定性因素对准确重建深时古温度的制约和解决方法;同时,还对应用氧同位素指标开展深时地表和深部水循环研究中的进展与存在的问题进行了探讨.     

跨境水分配及其生态阈值与国际法的关联

以澜沧江-湄公河流域为案例,对跨境水资源国际双边和多边条约,协定数据库资料、湄公河区域性国际协定等进行分析,归纳出公平合理和不造成重大危害的分配原则、水资源分配指标体系和相关模式,判识该流域水资源分配最大、最小流量和水位等重要阈值;利用流域各国水资源开发利用现状及发展目标信息,为保证流域生态环境用水和以各国境内产水量为基础,建立以水量分配为核心的水资源全局分配、项目分配和流域综合分配三类5种分配方案,比较各方案效益．结果表明:(1)全局分配方案可公平确定各国的用水额,但无法维护流域生态目标;(2)项目分配方案可满足大多数流域国需求,但难以满足流域生态(特别是防止三角洲盐水入侵)及越南的发展目标;(3)综合分配方案可满足预期内各国的发展需求和流域生态的可持续性,但利益获得者有必要提供补偿以体现跨境水资源分配的公平性．     

评《流域泥沙动力学模型》

泥沙的侵蚀、搬运、沉积是一个整体. 河流泥沙来源于流域泥沙, 流域环境决定着进入河流的水沙条件, 而水沙条件变化又进一步影响河床演变过程. 以前泥沙研究的重点集中在河流输沙与冲淤上, 而对流域面上的侵蚀产沙重视不够. 河流来水来沙条件是通过流域水土流失研究以及利用原型观测和经验方法得出的. 这方面的研究有较大的局限性, 至今还处于小流域的经验估算阶段. 因此, 加强流域泥沙研究, 从根本上揭示流域产流产沙与河床演变及江河治理的关系有重要意义. 钱宁院士最早开展流域来水来沙与河床演变关系的研究. 在20世纪70年代, 他通过观察黄河下游河床粗泥沙淤积现象, 认识到黄土高原粗泥沙来源对黄河下游河床淤积抬升起主要作用, 并初步划分了黄土高原多沙粗沙来源区的范围, 为黄土高原水土流失的治理指明了方向. 本人在黄河综合治理国家“八五”科技攻关项目中承担了“拦减粗泥沙对黄河下游河床演变影响”的课题, 对黄土高原自然地理条件、土壤侵蚀和输沙特性开展研究, 揭示了来水来沙减少对下游河床冲淤和演变的影响规律. 这些成果是基于对水文资料分析和河流水沙模型计算得出的, 但也需要从流域泥沙角度深入研究河流来水来沙与河床演变的响应关系...     

线性规划法在水资源系统规划优化配置中的应用

水资源系统规划是根据流域或区域国民经济发展规划及生产、生活、生态环境对水资源的需求,结合区域水资源条件和特点,选择和制定水资源综合开发利用的最佳方案和实施计划,实现水资源的优化配置和高效利用。为了实现水资源的可持续利用,促进我国人口、资源、环境和经济的协调持续发展,需要对水资源进行合理有效规划、研究水资源规划方法。目前水资源系统分析方法很多,比如模型化方法、预测方法、优化方法等,而线性规划法是优化方法中最基本的方法,是数学规划的一个重要分支。线性规划建模相对简单,自1947年美国学者G.B.Dantzing提出求解线性规划的单纯形法以后,线性规划的应用范围便不断扩大,同时也是运筹学中应用最为广泛的一个分支,在水资源系统规划管理中也得到了广泛应用。     

线性规划法在水资源系统规划优化配置中的应用

水资源系统规划是根据流域或区域国民经济发展规划及生产、生活、生态环境对水资源的需求,结合区域水资源条件和特点,选择和制定水资源综合开发利用的最佳方案和实施计划,实现水资源的优化配置和高效利用.为了实现水资源的可持续利用,促进我国人口、资源、环境和经济的协调持续发展,需要对水资源进行合理有效规划、研究水资源规划方法.目前水资源系统分析方法很多,比如模型化方法、预测方法、优化方法等,而线性规划法是优化方法中最基本的方法,是数学规划的一个重要分支.线1947 G.B.Dantzing 性规划建模相对简单,自年美国学者提出求解线性规划的单纯形法以后,线性规划的应用范围便不断扩大,同时也是运筹学中应用最为广泛的一个分支,在水资源系统规划管理中也得到了广泛应用.     

关于南水北调东线工程的建议

我国是有着大面积严重缺水的贫水国家。按照我国水资源的特点，发展跨流域调水工程，将南方的水调向北方干旱地区，将是实现我国２１世纪经济可持续发展的战略措施之一。１引言论证中的南水北调工程是从长江上、中、下游分西、中、东三线向北方调水，三条线各有不同的受水...     

让生命之水源远流长

水是生命之源,但是水资源短缺已经成为当今世界面临的重大挑战。为了缓解世界范围内的水资源供需矛盾,联合国于1993年通过决议,确定每年的3月22日为世界水日。2015年世界水日的宣传主题是“水与可持续发展”(Water and Sustainable Development)。3月22日至28日是中国水周,我国纪念2015年世界水日和中国水周活动的宣传主题为“节约水资源,保障水安全”。     

解决全球水危机刻不容缓

2009年3月22日是第17个世界水日．今年世界水日的主题是：“共享的水。共享的机遇,”呼吁各国结束跨流域污染。3月16日,世界各国首脑在伊斯坦布尔参加第五届世界水资源论坛首脑会议。共有来自13个国际机构以及100多个国家和地区的2．5万名各界人士参与了这次会议。土耳其总统居尔在开幕式上表示,水危机无国界,人类需齐心协力,共同面对这一危机。     

江汉平原洪湖流域营养物质输移演变数值模拟

流域营养物质输入是湖泊富营养化的重要营养物质来源. 应用分布式水文模型SWAT, 以长江中游洪湖流域为研究对象, 对流域营养物质输移变化的时间序列进行数值模拟. 根据不同阶段流域营养物质输移驱动因子分析, 设计了3个阶段的模拟试验, 以反映变化环境条件下流域营养物质输移演变的特征. 研究界定出流域营养物质输移演变3个阶段中, 营养物质输移通量的变化幅度、变化速率. 由自然状态, 经建国初期, 至20世纪80年代以来, 流域营养物质的输出浓度与总量分别经历了以下变化, 总氮(TN): 0.12→0.31→1.15 mg/L, 420→1650→6522 t/a, 总磷(TP): 0.018→0.057→0.117 mg/L, 78→303→665 t/a. 流域营养物质输移演变经历了1840到1950年间的缓慢增长, 20世纪80年代初年平均增长率1.4%的渐增, 再到90年代初2.4%的年增长率, 直至90年代后期的15%, 富营养化趋势明显增强, 反映了流域人类活动影响程度不断增强, 逐渐取代气候因子, 成为流域营养物质输移的主导驱动因子.     

并非取之不尽的水资源

水是生命之源,又是一种有限的资源。水不仅是维持地球上一切生命所必须的资源,还关系到人类社会的生存与发展。节约水资源,保证水安全,是每个人义不容辞的责任。水与水资源水是什么?这个问题该如何回答?从化学角度讲,水是一种化合物,由氢和氧两种元素组合而成。从生命角度讲,水是生命的摇篮。大约38亿年前,地球的海洋中出现了最原始的生命形态。从生物进化过程来看,液态的水是生命诞生和进化的最基本条件。水是最广泛的溶剂,同时是各种生物体     

被子植物演化和水循环

陆地植物的蒸腾作用将部分降水再循环到大气中,是陆地水循环非常重要的一个环节.地质历史中陆地植物的形态和解剖结构不断演化,其蒸腾作用能力也在不断演化.现代陆地生态系统中占优势的被子植物具有导水性较强的导管和较高的叶片叶脉密度,使得它们在水分运输效率和蒸腾作用能力方面远高于其他现生和已灭绝的植物.早白垩世早-中期被子植物演化的最初阶段其叶脉密度较小,与其他现生和已灭绝植物的叶脉密度相近.但在白垩纪中期和白垩纪-古近纪之交被子植物经历了两次叶脉密度的显著增加,代表了两次被子植物蒸腾作用能力的显著提高.单穿孔板导管的出现和叶片叶脉密度的增加显著提高了被子植物的导水率、蒸腾能力和光合能力,进而增加了被子植物在生态系统中的竞争优势,并很有可能同时增加了水循环的活跃程度和降水量.利用被子植物化石可以重建古降水和古湿度等多个与水循环相关的气候指标.前人基于植物化石的研究发现,全球温暖的晚白垩世、古新世和始新世时期,现今为严寒荒漠的北极地区具有常年温凉湿润的海洋性气候和茂盛的温带森林.温暖的北冰洋和广布的森林导致了北极地区旺盛的水循环和较高的空气湿度,进而又有助于维持这一地区常年的温凉湿润气候.     

青藏高原河川径流变化及其影响研究进展

青藏高原被称为世界"第三极",又有"亚洲水塔"之称,对其周边地区的水文和气候系统有重要影响.青藏高原是亚洲许多大河的发源地,其冰川与河川径流变化影响到周边数十亿人口.本文介绍了青藏高原河川径流观测现状,回顾了青藏高原河川径流变化研究. 20世纪50年代至21世纪初,黄河源区年径流呈减少趋势、长江源区年径流呈微弱增加趋势,青藏高原其他江河源区的年径流没有显著的变化趋势.黄河上游、澜沧江上游、沱沱河及拉萨河源区的春季径流有增加趋势.未来气候变化情景下,随着降水和冰雪融水增加,青藏高原大部分河流源区径流增加,洪水等极端水文事件发生更加频繁.青藏高原河流源区水文气象观测资料稀缺,是河川径流变化及其影响研究的重大挑战.青藏高原水文研究亟需结合最新观测与模拟技术,提高水循环观测与模拟能力,深入认识青藏高原河川径流复杂性及其变化规律,为径流变化的影响评估及其应对提供科技支撑.     

冰冻圈水循环在全球尺度的水文效应

以固态形式存在的冰冻圈诸要素,其冻、融过程导致水循环发生重要变化,进而影响大洋、河流水文过程及大气水分循环过程.本文在分析两极地区海洋淡水组成的基础上,论述了两极地区冰冻圈对大洋输入淡水的影响,阐释了冰冻圈与大洋热盐环流的关系,讨论了冰冻圈对海平面上升的贡献程度.研究指出,在南、北纬60o~90o范围南、北极海洋的淡水年循环中,海冰和北极融雪参与的水量远超过降水-蒸发过程的水循环量;北极融雪与河流补给、山地冰川、冰帽及格陵兰冰盖、南极冰盖、海冰、冰间湖等冰冻圈要素的变化可以显著地影响海洋深水对流强度及深水的形成,从而影响海洋热盐环流.冰冻圈对海平面变化影响的评估仍然存在较大的不确定性.从1990年开始的5次IPCC评估报告中,历次对海平面上升贡献的评估结果相差较大.总体来看,若不考虑陆地水储量变化的影响,在海洋热膨胀和冰冻圈这两大影响因子中,工业化升温以来对海平面上升的贡献各占一半.     

Pingyao County to implement the "Shanxi Water Resources Management Ordinance," Analysis and Countermeasures

文章结合平遥县贯彻实施《山西省水资源管理条例》的调查情况,从水资源规划、基础设施建设、执法和水费征收4方面剖析了其存在的问题,并从组织领导、完善规划、开源节流和强化管理方面提出了对策建议.