《现代水文水资源学》资料

水文学及水资源--前沿研究(转载)

一水文学及水资源

1 学科方向

水文学及水资源学科包括水文学和水资源学两个方面，是研究水的性质、循环运动规律、水与环境相互关系以及水资源可持续利用的学科。水文学是关于地球上水的起源、存在、分布、循环、运动等变化规律和运用这些规律为人类服务的知识体系，研究领域同时也包括水圈同大气圈、岩石圈和生物圈等自然圈层的关系。水文学同属于地球科学和水利科学两个范畴，与科学探究和工程建设实践均密切相关。作为地球科学的一部分，水文学可分为陆地水文学与海洋水文学两大部分，陆地水文学是水文学的主要组成部分。水文学和大气科学共同关心水圈与大气圈的相互联系，逐渐形成水文气象学；水文学和地质学共同研究地下水形成、埋藏和运动规律，形成了地下水水文学。作为水利科学的一部分，水文学通常指的是应用水文学，是运用水文学及有关学科的理论和方法和排水、环境保护等工程建设，为农业、林业提供水文数据、水文参数和水文预报服务的一门应用科学。

应用水文学因服务对象的不同，又分为工程水文学、农业水文学、森林水文学、城市水文学等分支学科。随着现代量测技术和计算机技术的发展，以及人类活动对自然环境和生态系统影响的日益加剧，现代水文学的研究对象涵盖了水文循环的物理过程、伴随水文循环过程的生物化学过程，以及植物生态过程等，其发展趋势是：

1）综合研究手段，即地面观测、卫星遥感、以及计算机模拟相结合；

2）学科交叉，如大气科学与水文科学的结合，生态学与水文学的结合等；

3）“自然－人工”二元水循环模式研究，即人类活动影响下的自然水循环系统与社会水循环系统之间的相互作用研究。

水资源学是对水资源的量与质进行评价，制定水资源综合开发利用和保护规划，解决水资源供需矛盾，并对水资源实行科学管理的知识体系。在相当长的一段时间里，有关水资源的知识和经验常融合在其他学科如水文学、水利学中，没有形成水资源的专门学科。20 世纪中期以来，水资源问题日益突出，专门以水资源为对象的研究和实践在很大范围内有了发展和提高，逐渐形成了与原有的有关水的学科内容有差别并自成体系的水资源学。其研究对象主要可以归结为三个部分：

1）研究水资源的形成、演化、运动的机理，评价全球与不同区域的水资源的数量与质量及其时程变化

2）研究在人类社会及其经济发展中为适应用水方法，研究解决各种实际水文问题的途径和方法，为水利、电力、交通、城镇供水的需要而开发利用水资源的科学途径；

3）研究在人类开发利用水资源过程中引起的环境与生态变化，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水资源的可持续开发利用的科学途径等。

目前，水文学及水资源学科的学科方向可概括为：

（1）水文学方面：水文学基础理论或理论水文学的研究，如流域水循环的各要素过程、产汇流原理、水文变量及参数的空间变异与尺度问题、分布式流域水文模拟方法、水文模拟与预测的不确定性分析等；应用水文学的研究，如工程水文学（水文计算、水文统计、水文预报等）、城市水文学、农业水文学、森林水文学等；水文量测与水信息技术，如遥感水文学、同位素水文学、水文数据同化、数字流域与水信息技术；学科交叉研究，如水文循环过程与物质循环过程的相互作用（环境水文学）、水文循环过程与大气过程的相互作用（水文气象学）、水文循环过程与生态过程的相互作用（生态水文学）及生态需水研究、流域自然水循环系统与社会水循环系统之间的相互作用（二元水循环）等。

（2）水资源学方面：全球气候变化与人类活动影响下的流域水资源演变机理；流域水资源评价的理论、方法与应用技术；水资源合理配置与规划的理论、方法与模型；水

资源调度理论、技术与系统开发；节水型社会建设与水资源高效利用的理论、方法和技术；水资源承载能力与发展战略、水资源管理、水价格体系的理论、方法与技术体系；防洪调度和洪水管理的理论与方法；水电站群优化补偿调节和水库优化调度的理论与方法；水生态与水环境承载能力的理论、方法与技术；地下水模拟、修复与保护技术；水信息技术、数字流域相关技术的理论与方法等。

3 本学科发展新动向和值得关注点

3.1 本学科发展新动向和值得关注点3.1.1 水文学研究

纵观近10 年来的水文学领域研究进展，变化环境下的水文循环机理和演变规律研究、基于物理机制的分布式流域水文模型研究、水文循环过程与水生态及水环境演变相互作用机制研究、大气过程－陆地水文过程耦合研究、缺乏观测资料流域的水文预测（PUB）等，成为当前研究重点或发展新方向。变化环境下的水文循环机理和演变规律由于全球气候的变化和人类活动的加剧，地球上的水文循环和水资源状况发生了深刻的改变，很多地区发生了严重的水问题和水危机。为了研究新环境下的水文循环演变规律，解决日益严重的全球水问题和水危机，探索变化环境下水资源的可持续利用方法，国际水文界实施了许多研究计划，如国际水文计划（IHP）、世界气候研究计划（WCRP）、国际盟（ESSP）的“全球水系统计划(GWSP)”等。中国地域广阔，水文循环与陆地表层系统特点鲜明、机理复杂，对全球变化有重要的响应，我国科学家一直积极参与有关的研究并做出有中国特色的贡献。国家重点基础研究发展规划从1999 年开始设立了多个与水文相关的项目，如“黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理”，“首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理”，“长江流域水沙产输及其与环境变化耦合机理”，“海河流域水循环演变机理与水资源高效利用”等。此外国家自然科学基金委员会在2005 年设立了两个重大研究计划“全球变化及其区域响应”和“中国西部环境和生态科学”，后者的优先资助研究方向包括黑河流域大气-水文-生态耦合过程及其模拟和黄土高原土地利用/土地覆被变化（LUCC）的环境效应。在气候变化对水文循环影响的研究方面，主要集中在气候变化对水文水资源的影响、气候变化对需水量的影响以及气候变化对水文极端事件的影响等。张家诚（1999）论述了El Nino 与全球变暖等气候变化对中国大陆尺度水分循环的复杂过程。邢如楠（1999）阐述了大尺度海气相互作用对水文循环过程的影响，是近年来我国在这一领域有代表性的成果。张光辉等（2000）将熵的概念和方法应用于水文循环演化研究中，并试图找到水文循环结构由常态转入突变或灾变时的阈值。气候变化对区域水文水资源影响的研究一般采用通用环流模型（GCMs）

地圈生物圈计划(IGBP)的“水文循环的生物圈方面(BAHC)”以及地球系统科学联模拟倍增后气温和降水的变化情景，然后把结果输入到水文模型中，模拟水循环对气候变化的响应。采用分布式水文模型（张建云, 郭生练）既能够较好地反映不同下垫面条件（如土壤、植被、土地利用等）下的产汇流机制，又能与GCMs 联结耦合，是今后发展的方向。在下垫面变化对水文循环及洪水影响的研究方面，森林、城市、水土保持和水利工程的水文效应等受到较多的关注。研究表明，森林在水源涵养方面有非常显著和独特的作用。但是，关于砍伐森林使径流量增加还是减少，不同的研究者得出的结论截然不同（赵鸿雁, 巩合德, 张志强, 祝志勇）。采伐森林或造林对流域产水量的影响因地域、林木种群、气候湿润与否、经纬度等多因子有关（赵鸿雁）。随着计算机技术和地理信息系统(GIS)技术的发展，分布式模型正逐步成为评估森林水文效应的重要手段（Mackay, Sun, Dunn, Geoff, 于澎涛）。由于工业化程度不断提高，人口向城市大量集中，城市规模不断扩大，由此而带来一系列新的水文问题。围绕这些超出了传统水文学研究范畴的问题，形成一门新的水文