水文学的科学前沿与研究需求_胡四一

地下水—地表水—大气降水相互转换 关系的研究， 蒸发与蒸腾研究。 （0） 旱涝规律及大面积长历时干旱 预测与监测研究 我国干旱造成的农业损失远大于 洪涝造成的农业损失，大面积长历时 干旱事实上已经成为我国可持续发展 的威胁，因此干旱研究与洪涝灾害研 究同样重要，并成为我国水资源安全 的重大课题。 我国在干旱发生发展机理研究 方面已做了 大 量 的 工 作 ， 但成效远不 如洪涝研究 显 著 ， 至今进行干旱预测 仍然是一个棘手的课题。我国过去的 旱涝规律研究多着眼于水文气象因 子长期变化 规 律 的 分 析 ， 这样的研究 方法由于把干旱形成机制割裂为彼 此关联度小 的 诸 因 子 ， 因而难以揭示 干旱形成的物理机制。 !" 世纪 #" 年 代以来物理 气 候 学 的 兴 起 ， 把旱涝视 为 大 气—海 洋—陆 地—冰 雪 圈—热 带雨林等物理气候因子形成的大系 统的现象， 甚至还考虑太阳等宇宙因 子的影响 。因 此 ， 我国关于旱涝规律 与干旱预测 研 究 ， 应当在已进行的统 计预测的基 础 上 ， 更加强物理气候学 途径的研究。 （- ） 水资源可持续利用的水文学 研究 如何实现水资源可持续利用， 是我 国水资源领域当前和未来最重大的课 题。其中以下一些研究内容尤其重要：
强非工程措施的水文学依据 （如洪水 风险管理等） 研究。 （&） 为水资源可持续利用提供水文 学基础。在理论层面上， 要加强水资源 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；在应用层 面上， 要加强水资源评价与规划、 水资 源承载能力评价、水资源开发利用与 保护的水文学基础研究。 （$） 为生态安全和环境保护提供水 文知识服务。在理论层面上， 要揭示水 对于生态安全的控制机理和水作为环 境要素的基础作用； 在应用层面上， 要 研制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 评价体系；制定人类—生态—环境系 统中水分配策略。 （(） 为大江大河治理提供水文学依 据。在理论层面上， 要揭示各河流发育 演变的地学基础，把江河治理置于河 流地学背景下，而不仅仅是置于经济 与工程背景下进行规划，并充分考虑 河流的资源与环境功能。水文应作为 一种重要的地学因素在江河治理中予 以考虑。 （#） 面对人类活动对生态环境与水 体的剧烈干扰， 在流域规划、 工程设计 中，要加强人类活动对水文条件的影 响研究，加强新的水文分析计算途径 与方法研究。 三是建议加强以下几方面的基础 研究：! 全球和区域气候变化的水文 学响应—— —水文气候学研究， " 水文 循环的生态学方面—— —生态水文学研 究，#水文循 环 及 其 界 面 过 程 研 究—— —水文循环动力学研究， $ 水文 现象中自然驱动力与人文驱动力识别 理论与方法研究—— —人水关系及其调 控理论与方法， % 水资源可持续利用 的水文学基础研究， & 工程水文学的 新理论、 新方法研究。 责任编辑
凹陷盆地， 自第四纪以来那里一直处于 沉积过程中， 而其中游为处于强烈侵蚀 过程中的黄土高原， 这样的地学环境决 定了黄河下游是一条淤积型河流， 这一 地学特征决定了黄河下游发育的基本 形态与趋势。 综上所述，地学因子犹如河流的 “基因” ， 它决定了河流的地学属性， 这 一属性不以人的意志为转移，尊重江 河的地学属性是客观、 正确、 有效治理 江河所不可缺少的。因此河流的地学 属性应当成为江河治理的地学基础。
科技前沿
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水文学的科学前沿与研究需求
!胡四一
摘 要
刘国纬
吴永祥
水文学学科发展， 要围绕全面建设小康社会的国家目标， 根据社会经济协调发展、 确保国家粮食、 水资源 与生态环境安全、 实现可持续发展的战略要求， 并立于当代世界科技发展前沿。水文学学科在江河治理、 防汛抗旱、 水资源开发利用中有着重要的基础作用， 而目前我国的水文科技还不能适应新时期社会经济 发展的要求， 与世界水文科技相比， 仍有一定差距， 应加强对水文学基础的科学研究。
!"水资源开发利用中的水文学问题
水文学为水资源评价、规划、 开 发、 利用、 管理和保护全过程提供水文 学基础， 为保障水资源安全， 进而为保 障粮食安全和生态环境安全提供水文 信息和水文科学依据。根据国家发展 目标，在水资源领域的重大水文学课 题可归纳如下： （/） 水资源形成演化的水文学背景 为实现水资源可持续利用，必须 保证水资源开发利用总量不超过水资 源可再生能力，否则将因为水资源不 可持续利用而破坏社会经济的可持续 发展。 因此， 必须开展水资源形成与演 化机理的研究。 水资源形成演化机理的研究， 将 着重以下方面：提高大气水利用率的 研究—— —水分内循环研究，土壤水—
二、 水文学的科学前沿与研究 需求
!"防洪减灾中的水文学问题
气候变化引起的水旱灾害将更加
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中国水利 !""#$!!
科技前沿
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素。 为缓解现代严峻的孕灾环境， 最重要 的是正确处理和协调人水关系。防灾减 灾非工程措施就是基于这一背景而提出 来的。在现代孕灾环境的特点和形成机 制方面存在着大量新的水文学课题。 （-）人水关系及其调控的水文学 基础研究 流域人水关系及其调控， 归根结底 是揭示人类活动怎样影响甚至改变流 域内水体的分布、 运动与循环， 以及这 种改变如何反作用于人类。 同时， 只有充 分认识人水关系的水文学机理，才能为 建立和谐的人水关系提供水文学依据。 （.） 灾害性水文气象形势监测、 预 报与防洪调度现代化研究 以水情自动监测与传输系统、 实 时洪水预报调度系统、防洪减灾决策 支持系统和国家防汛抗旱指挥系统共 同组成的防洪减灾系统在我国已基本 形成，极大地改善了我国防洪减灾能 力， 提高其精确度、 可靠性和效率是一 下步应当抓紧的课题。在这一总课题 下， 如何提高水文测验技术、 开发水文 模型和洪水调度模型是两个最关键的 基础水文学课题。
频繁，人口增长使人水争地的局面将 难以缓解且可能更为紧张， 因此， 防洪 减灾将是国家发展进程中一项长期而 艰巨的任务。水文科技在防灾减灾中 有着巨大的作用，在防灾减灾中要回 答的重大水文问题是： （-） 我国洪水特点与规律研究 我国地处东亚季风区， $"%以上的 山地和自西向东倾斜的地势有利于洪 水的形成与汇集， 植被覆盖度不足国土 面积的 &’%， 再加上严重的水土流失， 使我国洪水问题严重而复杂， 这就要求 对洪水的特点与规律有深刻的认识， 才 能为防洪减灾提供正确、 宏观的依据。 我国对洪水特点与规 (" 多年来， 律已进行 了 大 量 的 和 有 深 度 的 研 究 。 需进一步研究的重点问题是特大洪水 的形成条件、 特点与规律。 这是根据防 洪规划的总目标和防洪战略安排提出 来的。防洪战略目标指出， “ 在发生特 大洪水情况下，不致影响国家可持续 发展进程” （ 《全国防洪规划》 送审稿） ， 因此加强特大洪水规律的研究是十分 必要和迫切的。 （.） 现代水灾孕灾环境形成与演变 的水文机理研究 现代水灾的孕灾环境与半个世纪 以前相比发生了重大的变化。现代孕 灾环境的特点是，人类自身不仅仅只 是承灾体，同时也是最活跃的致灾因
! 水资源承载能力的水文学基础
研究。水资源承载能力由水资源秉赋 条件、 社会经济条 件 、 科学技术水平、 生态环境条件四部分组成，因此没有 水文学基础的支持，不可能进行水资 源承载能力的评价进而提高水资源承 载能力。目前我国在这一方面的研究 仍十分薄弱。
" 水资源合理配置、调度和水文
学基础研究。区域性水资源短缺的重 要原因是水资源地区分布不平衡和时
较为落后， 信息完整性差， 信息交换平 台缺乏， 难以共享。 当前水文学研究的发展趋势是： 在水资源研究需求的牵引下，把研究 水文循环 全 过 程 问 题 提 上 议 事 日 程 ， 就是说水文学不仅要研究水文现象的 陆面过程，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，也要进 行研究。水文学不能像过去只侧重研 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 之外，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，需要加强水在水文循环和运动中 生物过程的研究。 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向前进。
#"生态环境保护的水文学基础
从现在至 !"’" 年， 我国生态环境 问题将难以缓解，因此生态环境领域 的水文学问题仍是今后重要的研究课 题。 调研结果显示， 有迫切性和前瞻性 的研究课题有： （/）生态环境演变的水文学背景 与机理研究 应进一步研究的是：揭示人类是 怎样影响水的分布、 运动和水的质量， 进而引起生态与环境的变化，以及这 种变化对自然水体和人类自身的反馈 效应和作用机理。 （0）生态环境需水量计算的理论 与方法研究 水资源承载能力评价、水资源配 置、 洪水资源利用等最关键的问题是如 何估计生态环境需水量。 由于生态环境
程分配与人类需求不匹配，因此必须 进行水资源合理配置与科学调度。在 我国实现水资源合理配置与科学调度 中有许多关键的水文学问题需要回 答。 例如， 跨流域调水中的可调水量问 题、 输水安全问题、 调水引起的生态环 境效应问题、调水系统的运行管理问 题等，都必须获得水文信息与水文知 识的支持，我国目前尚没有一套跨流 域调水的技术指南或技术规范，而实 现这一目标必须进行跨流域调水的水 文学基础研究。 （.） 洪水资源利用的水文学基础 我国汛期河川径流占年径流的 其中又以洪水形式占大 部 $"%&#"% ， 分，因此洪水资源利用是充分利用我 国水资源的必由之路。 然而， 洪水是河 流的基本属性之一，是维持河流正常 发育的重要营力，因此并不是所有洪 水都可以作为水资源加以利用。为了 估计一条河流洪水资源的理论可利用 量和实际可利用量，必须揭示洪水资 源利用所引起的水文效应、生态效应 和环境效应，而这一切正是河流现状
发展趋势
研究需求
一、 研究现状与发展趋势
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。进入 !" 世 纪 #" 年代以来，社会发展对水文学的 需求主要表现在为防灾减灾、 水资源可 持续利用、 生态环境保护和社会与经济 可持续发展等方面提供水文学依据。 当 前， 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， 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， 与我国繁重的防洪、 抗旱、 减灾任务不相适应。"对为国家 制定与水有关的重大宏观决策提供科 学依据的大尺度水文问题研究较少。 对 全球尺度的水文问题、 环境变迁中的水 文问题等则更少涉及， 而全球变化研究 正是当前和今后相当长时期内国际合 作研究的重大课题。 #区域性水文研究 和关于不同水体的研究很不平衡。 关于 干旱区、 寒区、 森林和牧区水文问题研 究相对薄弱， 关于大气水、 地表水、 地下 水和土壤水的研究深度不一致， 关于生 态系统中的水的研究则刚刚起步。 $水 文基础研究薄弱， 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， 信息获取、 传输以及测报服务手段
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的继承性和地域性， 因此生态环境需水 量研究拟依流域或不同地域进行。 （-） 水土流失和沙漠化、 荒漠化防 治和西部生态环境保护的水文学基础 研究 这些是我国水文学研究较薄弱的 领域。我国现有的基于东部地区自然 地理条件的水文分析方法和概念难以 满足上述地区水文分析的要求，而资 料短缺使这些地区的水文研究更为困 难。因此应当加强这些特定环境条件 下的水文学基础研究。