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现代水科学研究与实践面临现代水科学研究与实践面临的机遇与挑战的机遇与挑战

夏夏 军军

20072007年年1010月月3131日日

中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院地理科学与资源研究所

中国科学院水资源研究中心中国科学院水资源研究中心

讲座1

报 告 提 纲

一、水科学国家需求问题一、水科学国家需求问题

二、国际发展前沿二、国际发展前沿

三、环境变化问题的讨论三、环境变化问题的讨论

四、综合问题举例四、综合问题举例

五、水科学研究计划与合作五、水科学研究计划与合作

一、水科学的国家需求

水科学是水问题研究的基础

核心：与水循环联系的现代水文学 - 研究地球上水的起源研究地球上水的起源

、存在、分布、循环和运动等的规律，并运用这些规律为人、存在、分布、循环和运动等的规律，并运用这些规律为人

类服务（水旱灾害、水资源、水生态与环境）的知识体系。类服务（水旱灾害、水资源、水生态与环境）的知识体系。

研究的对象：研究的对象：包含地球水圈-生物圈-大气圈各种尺度的水水

文循环过程文循环过程及其对自然环境和人类社会影响的相互作用关系，涉及有：

– 地表水、地下水、

– 陆地侵蚀与泥沙、冰雪、

– 水质、水资源系统、水文遥感及资料传输、

– 大气-土壤-植被关系和水文示踪等各个分支。

水循环是联系地球系统水循环是联系地球系统

地圈地圈∼∼生物圈生物圈∼∼大气圈的纽带大气圈的纽带它是全球变化碳循环、水资源、食物纤维它是全球变化碳循环、水资源、食物纤维 以以

及人类健康的核心问题之一及人类健康的核心问题之一

海水倒灌

外来调水

生态用水

黄河黄河

长江长江

中国水循环特点：时空变化差异大，无论是南方或北方水资源危机时空变化差异大，无论是南方或北方水资源危机

以及相关的生态环境问题十分突出！以及相关的生态环境问题十分突出！

长江洪水长江洪水灾害灾害//生态生态环境问题环境问题

华北缺水华北缺水//严重生态严重生态环境问题环境问题

西北水资源西北水资源短缺短缺//生态生态环境问题环境问题

西南水土流西南水土流失与生态环失与生态环境问题境问题

2

3911.9

24.1

540.9

1181.41105.1

76.3

2806.8

464.6

3271.4

640.5

1061.9

8.6133.5 164.6 154.8

9.8

907.1

123.7

1030.8

31.10

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

I (mm) W(mm) E(mm) P(mm) PI(mm) PE(mm) OI(mm) OE(mm) O(mm) N(mm)

Yangtze Northern-West

干旱与湿润地区明显的水循环差异• 水旱灾害是全球面对的重大灾害。在全球各种自然灾

害中,洪水灾害死亡人数最多，死亡人数最多，旱灾影响范围最广、影响范围最广、

影响人口最多影响人口最多。

黄河水资源与生态环境问题黄河水资源与生态环境问题

上游：湖泊萎缩

草场退化

黄河 中游：水土流失

暴雨灾害

下游：泥沙淤积

河道断流

560

288

531

177

0

100

200

300

400

500

600

降水量与径流量(mm)

56-79 80-99

年代

降水(mm) 径流(mm)

华北水资源危机华北水资源危机

海河流域80-99年段的径流量相比56-79衰减了38.5%

5656--7979年年 8080--9999年年

288288

177177

560560 531531 ••河川径流严重衰减河川径流严重衰减

••地下水亏空地下水亏空900900亿亿mm33

••现状年缺水现状年缺水8080亿亿mm33

主要靠主要靠超采地下水和超采地下水和

利用不合标准的废污利用不合标准的废污

水水来解决来解决

水土流失面积31%

湖泊湿地严重萎缩湖泊湿地严重萎缩河道断流、入海水量河道断流、入海水量

大幅度减少大幅度减少

水土流失严重水土流失严重地下水超采严重，地下水超采严重，

地面沉降与海水入侵地面沉降与海水入侵

与缺水相联系的严重的生态环境问题（海河流域）

中国工程院重大咨询项目

“西北地区水资源配置、 生态

环境建设和可持续发展战略研究”（2001-2003）

“东北地区水土资源配置、 生

态环境建设和可持续发展战略研究”（2004-2005）

水的问题成为焦点，许多环境变化下的水循水的问题成为焦点，许多环境变化下的水循环与水安全应用基础问题急待研究：生态需环与水安全应用基础问题急待研究：生态需水估算，水资源承载力、生态环境建设与水水估算，水资源承载力、生态环境建设与水关系等关系等……。。

3

长江/淮河/珠江流域

洪涝灾害洪涝灾害 水污染水污染

中国中国社会经济可持续发展社会经济可持续发展

关键制约因子关键制约因子

人口 经济发展 生态环境

水资源

规律认识/合理利用

水水的的问问题题

水科学研究水科学研究（流域水文、水资源与水环境）（流域水文、水资源与水环境）

面临 复杂性复杂性（自然复杂性/人类活动

干扰和作用）

不确定性不确定性

社会需求紧迫性社会需求紧迫性

二、国际发展前沿

降雨 全球水系统计划全球水系统计划（（GWSPGWSP））

国际水文计划国际水文计划（（IHPIHP））阶段阶段66、阶段、阶段77计划计划

国际水文科学国际水文科学协会（协会（IAHSIAHS））PUBsPUBs十年计划十年计划

领域前沿：领域前沿：

--探索以水为纽带的各圈层间的作用关系，探索以水为纽带的各圈层间的作用关系，

--提高以水为纽带为可持续发展服务的水的支撑能力提高以水为纽带为可持续发展服务的水的支撑能力

进入进入2121世纪以来，国际上实施了一系列世纪以来，国际上实施了一系列与水相关的科学研究计划与水相关的科学研究计划

联合国教科文组织（联合国教科文组织（UNESCOUNESCO））国际水文计划（国际水文计划（IHPIHP））

是由世界各个国家政府组织参加、在国际上有重要影响的水科学国际研究计划。从1965-1974实施国际水文十年（IHD）计划后，IHP已经执行了五个阶段，其中：

- IHP第五阶段（1996-2001）方向是

““脆弱环境中的水文水资源开发脆弱环境中的水文水资源开发””。由三个模块、八个主题和31个计划项目组成：

4

模块模块11：资源过程与管理研究：资源过程与管理研究

主题主题11、全球水文和生物化学过程、全球水文和生物化学过程

主题主题22、地表生态过程、地表生态过程

主题主题33、有风险的地下水资源、有风险的地下水资源

主题主题44、水危机与冲突地区的水资源管理战略、水危机与冲突地区的水资源管理战略

模块模块22：区域研究：区域研究

主题主题55、干旱半干旱地区的水资源综合管理、干旱半干旱地区的水资源综合管理

主题主题66、热带地区水文学与水管理、热带地区水文学与水管理

主题主题77、都市地区水的综合管理、都市地区水的综合管理

模块模块33：知识、信息和技术的转化：知识、信息和技术的转化

主题主题88、知识、信息和技术的转化（、知识、信息和技术的转化（KITKIT））

（（IHPIHP--VV国际评估小组）国际评估小组）

UNESCOUNESCO--IHPIHP第六阶段（第六阶段（20022002--20072007）方向）方向““水的相互作用：来自风险和社会挑战的体系水的相互作用：来自风险和社会挑战的体系””

考虑来自“地表水与地下水”、“大气与陆地”、“淡水与咸水”、“全球变化与流域系统”、“质与量”、“水体和生态系统”、“科学与政治”、“水与文化”等八个方面新的挑战问题。

UNESCOUNESCO--IHPIHP第六阶段主题第六阶段主题(Themes)(Themes)

主题主题11、全球变化与水资源、全球变化与水资源

主题主题22、流域地表水与地下水动力学集成、流域地表水与地下水动力学集成

主题主题33、陆地生境水文学、陆地生境水文学

主题主题44、水与社会、水与社会

主题主题55、水教育与培训、水教育与培训（（IHPIHP--VIVI国际专家委员会）国际专家委员会）

联合国教科文组织（联合国教科文组织（UNESCOUNESCO））

国际水文计划（国际水文计划（IHPIHP））

第七阶段第七阶段（（ IHPIHP--VIIVII，，20082008--20132013））方向方向

““水的依赖与作用：压力与社会响应水的依赖与作用：压力与社会响应””

主题主题11、全球变化、流域与浅层地下水、全球变化、流域与浅层地下水

主题主题22、管理和社会经济、管理和社会经济

主题主题33、生态水文学与环境可持续性、生态水文学与环境可持续性

主题主题44、水质、人类健康和食物安全、水质、人类健康和食物安全

国际水文科学协会（国际水文科学协会（IAHSIAHS）） 提出提出PUB sPUB s计划计划缺乏信息缺乏信息//无测站水文问题无测站水文问题

PUBPUB：： Hydrologic Predictions in UngaugedBasins目的：水文科学发展与解决实际水文问题目的：水文科学发展与解决实际水文问题

PUBsPUBs 研究方法研究方法

水文实验方法（密站网水文实验方法（密站网//疏站网关系）疏站网关系）

RS/GISRS/GIS信息直接估算水文参数信息直接估算水文参数

4D4D数据同化数据同化 / / 其他方法（地质统计与其他方法（地质统计与

插值方法等）插值方法等）

PUBsPUBs 研究计划研究计划

IAHS Decade of Predictions in IAHS Decade of Predictions in UngagedUngaged Basins (PUB)Basins (PUB)

An IAHS initiative to integrate hydrological sciences and technologies to improve the

hydrological prediction capacity for society.

http://iahs.info

国际水文科学大会国际水文科学大会（巴西，（巴西，20052005，，44月月33--99））

VII th IAHS Scientific Assembly

Foz do Iguaçu (Brazil)

3-9 April / Avril 2005

淡水：面对不确定性的可持续利用淡水：面对不确定性的可持续利用

5

20052005年世界水资源大会主题年世界水资源大会主题印度，新德里，印度，新德里，1212月月2222--2525

水资源水资源综合管理综合管理

水资源水资源基础开发基础开发

水资源水资源管理体制与制度管理体制与制度

城市城市水管理水管理

流域流域水管理水管理

水安全与风险管理水安全与风险管理

水资源经济水资源经济

水资源管理的水资源管理的能力建设能力建设

2006年国际水科学活动

墨西哥第四届世界水论坛(3月17-24)：会议通过的《部长声明》认为，水是持续发展和根治贫困的命脉，必须改变当前使用水资源的模式，以保证所有人都能用上洁净水。

“亚洲发展中国家的水科学与水资源管理”国际会议, 中国广州，2006年6月8-10日西太平洋地球物理学会议（WPGM）,北京2006年7月24-27日第五届世界水大会 （IWA），北京9月11-15

第第2424届届IUGGIUGG国际水文科学大会国际水文科学大会（意大利，（意大利，20020077，，77月月66--1616））

Freshwater: Ever Changing and Yet a Cause for Change

淡水：不断地变化同时也是变化的淡水：不断地变化同时也是变化的原因

IGBPIGBP全球水系统项目（全球水系统项目（GWSPGWSP））

最新建立的最新建立的““地球系统科学伙伴（地球系统科学伙伴（ESSPESSP））联合计划联合计划””的核心项目。的核心项目。

DIVERSITAS

国际地圈生物圈计划（IGBP）

国际人文计划（ IHDP）

全球气候研究计划（WCRP）

发展战略问题

国际科联国际科联(ICSU) (ICSU) ““未来科学展望与分析未来科学展望与分析”” 报告提出报告提出：：水是人类水是人类

共同面临的核心挑战问题共同面临的核心挑战问题，，未来的压力将成倍增加。水资源研未来的压力将成倍增加。水资源研

究的重点是水循环到水资源的可持续利用与安全。究的重点是水循环到水资源的可持续利用与安全。

目前，国家、地方和部门决策者迫切需要多学科交叉、目前，国家、地方和部门决策者迫切需要多学科交叉、

能够有效解决国家水资源问题的基础支撑和决策支持。能够有效解决国家水资源问题的基础支撑和决策支持。

6

传统的水循环传统的水循环

主要研究是自然背景的水文变化主要研究是自然背景的水文变化

2121世纪主要面临的问题世纪主要面临的问题

气候变化气候变化

土地利用土地利用//土地覆被变化土地覆被变化

人类活动人类活动 （农业化、水利工程、城市化）（农业化、水利工程、城市化）

变化环境中的水循环与水安全变化环境中的水循环与水安全

三、变化环境水问题的讨论

陆陆--海海--气系统与流域气系统与流域

大大 气气

海洋海洋 陆地陆地 子流域子流域 。。。。。。

流域流域 水系（河网）水系（河网）

坡面坡面

自然系统自然系统 人类活动人类活动

水与生态水与生态

水与环境水与环境

水与社会水与社会

水与气候水与气候变化环境的水问题

3-1、水与气候

7

气候变化气候变化对流域水循环及水安全的对流域水循环及水安全的影响是国际热点问题影响是国际热点问题

涉及到陆大尺度涉及到陆大尺度““陆陆--气气--海海””的相互作用的相互作用

需要陆需要陆--气水循环耦合的方法与工具气水循环耦合的方法与工具

8080年代京、津、冀山东半岛偏旱；年代京、津、冀山东半岛偏旱；

9090年代黄河中上游、汉江、淮河、海河偏旱。年代黄河中上游、汉江、淮河、海河偏旱。

中国中国80~9080~90年代水资源的变化年代水资源的变化

Rate of variation for Air Rate of variation for Air TemperatureTemperature in China in China

Rate of variation for Rate of variation for PrecipitationPrecipitation in China in China

Two variation figures Two variation figures ( Zhai, 1999)( Zhai, 1999)

图4 华北地区降水量的年际变化

-400

-200

0

200

400

600

1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105 113 121 129 137 145 1531841--2000年

6-8月降水量距平

图5 华北地区降水量的年际变化

-3-2-1012345

1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106 113 120 127 134 141 148 1551841--2000年

标准化降水量

标准化降水量

5年滑动平均

Annually precipitation change from 1841 to 2000 in North China

Averaged variation of JuneAveraged variation of June--July months precipitationJuly months precipitation

Standardized precipitation by five year smoothed averageStandardized precipitation by five year smoothed average

中国未来气温变化中国未来气温变化

China Research Project on Climate Change: Using four GCMs (DKPZ、NCAR（CCMOA）、

GFDL,UKMO) simulated annually air temperature change

1.68℃ in 20202.22℃ in 2050

For the of scenario 2 x CO2, averaged air temperature change averaged air temperature change 2.942.94℃℃

气候变化下的水旱灾害的风险加大气候变化下的水旱灾害的风险加大A2 Scenario analysis shown thatA2 Scenario analysis shown that the risk of floods in the risk of floods in

South (Yangtze) and droughts in North(Yellow River/Hai South (Yangtze) and droughts in North(Yellow River/Hai river etc.) will be increased due to climate change river etc.) will be increased due to climate change

(2061(2061--2090)2090)

南方洪水南方洪水

华北干旱

A2 scenario: population continually increase as present trend

8

潮河 1990 年代与 1970 年代以前相比 气候影响 人类活动影响

DataC70 ParaC70

DataC90 ParaC70

DataC70 ParaC90

DataC90ParaC90

变化/余额

年平均降雨量（mm） 526.27 521.74 -0.86%

实测 79.57 52.81 -33.63%年平均径流深(mm) 模拟 79.51 72.88 60.02 52.81

模拟值变化量(mm) -6.63 -19.49 -26.70 -0.58 模拟值变化百分比

(贡献率%) -24.82 -73.01 -100 -2.17

影响 减少径流 减少径流

19731973－－19791979 19891989－－20012001

Runoff decline Runoff decline

基于基于18861886--20002000年年华北地区年降水华北地区年降水量功率谱、小波量功率谱、小波分析：分析：

20002000∼∼20102010年仍将年仍将

降水偏少，降水偏少，20102010年后过渡大旱期年后过渡大旱期

20202020年后可能迎年后可能迎来降水较丰时期来降水较丰时期

-- 南水北调工程南水北调工程科学运用问题科学运用问题 ？？

图 1-19 小波分析与百年尺度的旱涝变化的比较（张利平，董安祥）

2020？

初步研究：初步研究： 华北地区旱涝长期变化水资源问题华北地区旱涝长期变化水资源问题

全球气候变化预测的不确定性

（IPCC Projected CO2 Concentrations）挑 战

气候变化与流域洪水灾害的内在关系气候变化与流域洪水灾害的内在关系??

如何考虑全球变化影响的水资源评价？如何考虑全球变化影响的水资源评价？

气候变化与生态系统脆弱性的影响？气候变化与生态系统脆弱性的影响？

3-2、水与生态

生态水文学（生态水文学（EcoEco--hydrology)hydrology)

Definitions:

Eco-hydrology seeks to describe the hydrologic mechanisms that underlie ecologic patterns and processes. (Rodriguez-Iturbe, 2000)

水与生态的关系：微观机理 水循环与生态系统变化的内在联系

9

生态需水估算

水文学 生态学

流域管理流域管理

生态水文学生态水文学

河

流

水库

地下水漏斗地下水漏斗

人类活动干预下的人类活动干预下的流域水循环过程流域水循环过程降水蒸发

径流

蒸发

散发

环境用水环境用水

废水利用废水利用

供水系统供水系统生活排水生活排水

工业用水工业用水

雨水利用雨水利用地下水利用地下水利用

地表水

土壤水

地下水生活用水生活用水

污水排放污水排放

牲畜排水牲畜排水

耗水耗水

耗水耗水

覆被变化覆被变化--> > 水利工程建设水利工程建设-->>河流河流-->>下游生态变化下游生态变化

中国大坝建设

当前中国大约有当前中国大约有2200022000座大坝在运行，几乎所座大坝在运行，几乎所有这些大坝都是有这些大坝都是19491949年以后建设的。年以后建设的。

大多数水坝是为灌溉而修建。然而，最近建设大多数水坝是为灌溉而修建。然而，最近建设的大坝主要目的是发电，约占当前中国大坝的的大坝主要目的是发电，约占当前中国大坝的百分之十。百分之十。

这些水电站的发电量约占中国这些水电站的发电量约占中国

年发电量的年发电量的19%19%。许多这样的。许多这样的

大坝同时具有防洪作用。大坝同时具有防洪作用。

挑战问题

修建水坝产生的经济效益是巨大的。然而修建水坝产生的经济效益是巨大的。然而大坝对天然径流过程的大幅变更，对下游生态系统和滨河居民的生产生活造成很大的负面影响，这些影响涉及洪泛平原上的农牧业、渔业、以及依赖天然地下水补给的土地利用。。

所有这些重要的环境价值和经济活动依赖所有这些重要的环境价值和经济活动依赖天然水沙过程的时间分配、量级、持续时天然水沙过程的时间分配、量级、持续时间和发生频率。间和发生频率。

10

举例：长江的观察举例：长江的观察

Three Gorges, Yangtze River

Danjiang Kou, Hangjiang

产生下游产生下游““水华水华””问题问题的营养盐负荷、温度的营养盐负荷、温度和水流变化控制因素和水流变化控制因素

汪恕诚部长对大坝与生态关系的看法汪恕诚部长对大坝与生态关系的看法

““修建大坝带来的生态问题应如何认识并妥善解决，修建大坝带来的生态问题应如何认识并妥善解决，

这已成为当前水电事业发展面临的一个重大挑战这已成为当前水电事业发展面临的一个重大挑战””。。

““当前，我们必须高度重视水电发展中的生态问题，当前，我们必须高度重视水电发展中的生态问题，

正确认识水电开发与生态的关系，科学评价大坝可正确认识水电开发与生态的关系，科学评价大坝可

能导致的生态环境问题，用科学发展观和人与自然能导致的生态环境问题，用科学发展观和人与自然

和谐相处的理念正确认识并妥善处理现阶段遇到的和谐相处的理念正确认识并妥善处理现阶段遇到的

问题，确保我国水电事业快速健康地发展。问题，确保我国水电事业快速健康地发展。””

Danjiang Kou, Hangjiang Three Gorges, Yangtze River

河流水文过程和水库调控下的河流水文过程和水库调控下的生态修复问题生态修复问题

目的: 通过优化中国大型水坝调度来修复生态系统和改善居民生产生活的可行性调查

中国大型水坝改进调度工作计划

机构名称 项目领导 职务 联系方式 项目协调／联系人

水利部 汪恕诚阁

下

部长 孟志敏副司长

国际合作与科技司

Ph: 86-10-63202705

索丽生副部长

中国水利水电科

学研究院

董哲仁教

授

教授、全球水伙伴（中国）

主席

Ph: 8610 6320 4101

Email: dongzr@iwhr.com

孙东亚教授

中国科学院

武汉大学

夏军

教授

教授、国家重点

实验室主任

Ph: 8610 6485 6534

夏军教授

清华大学 胡和平教

授、倪广

恒教授

教授、水文水资源

研究所所长

Ph: 8610 6277 3396

胡和平教授、倪广恒教授

中华环保基金会 曲格平阁

下

主任 徐光先生

Ph. 86-10-67112311

李翰颖博士， 国际合作部副

主任

自然遗产研究所 Gregory

A. Thomas

所长 Ph: (415) 693-3000, ext. 101

朱廷举博士

个人观点：河流系统水文循环是一个复杂系统过程个人观点：河流系统水文循环是一个复杂系统过程

Reservoir inflow(入流）

Regulation scheme Over flow char. Basin geomorphology（调度方案） （ 溢流 特性 ） （流域地貌）

Discharge type Area Storage Volume Sediment deposition（出流类型） （ 面积） （蓄水库容） （泥沙沉积）

Pulsant compensatory Hydrograph Peak Evaporationdischarge discharge decline reduce &seepage（脉动泄流） （ 补偿流）（水文过程衰减） （消减洪峰） （蒸发、渗漏）

Enhancing Increase low flow Reduce seasonal variation Changingflow variation Reducing peak Time of high& low flow flood frequency（加强水流波动) （ 增加枯水流量） （减弱季节变化） （减少洪水频率）

小时 日 旬 月 年

大坝建设与调度对水文过程的影响大坝建设与调度对水文过程的影响

11

河流水文情势变化对河流生态系统的影响河流水文情势变化对河流生态系统的影响

FishFish

SedimentSediment

FlowFlowWater qualityWater qualityplanktonplankton

Large vegetationLarge vegetation River morphology

River morphologynonnon--amniotesamniotes

Direct impact of Water constructionDirect impact of Water construction

11、、变化的数量与机制变化的数量与机制

22、、联系与反馈联系与反馈

33、、恢复能力与适应恢复能力与适应

河流生态水文挑战河流生态水文挑战

河流的连续性河流的连续性

保障河岸健全的水循环

营养物质和水

保障河岸健全的水循环

营养物质和水

河流健康是十分关注的热点问题河流健康是十分关注的热点问题

水与生态的关系（生态水文学）成为水与生态的关系（生态水文学）成为2121世纪水文科学研究一个十分重要方向世纪水文科学研究一个十分重要方向

3-3、水与环境

Qualify rate of Qualify rate of water qualitywater quality

Good quality water 26.4%, Bad quality water 73.6%

中国的水污染情况（中国的水污染情况（20002000年）年）海河流域1万km 的水质评价河长中受污染（劣于III类水）的河长70%；

浅层地下水劣于III类水的范围达6.8万km2

12

水资源可持续利用的量与质的水资源可持续利用的量与质的

联合评价、规划与管理问题联合评价、规划与管理问题

要求要求水资源调查评价水资源调查评价方法从过去仅考方法从过去仅考

虑水资源数量问题转向虑水资源数量问题转向水资源数量和水资源数量和

质量联合评价与联合调度、生态调度质量联合评价与联合调度、生态调度

问题问题。。

新的挑战

不仅需要摸清楚来用水的水量水质家底，而不仅需要摸清楚来用水的水量水质家底，而且需要与水资源可持续利用的需求和水资源且需要与水资源可持续利用的需求和水资源保护的目标紧密的结合，回答：保护的目标紧密的结合，回答：

-- 符合水功能区划水质目标的符合水功能区划水质目标的可用水资源量可用水资源量究竟有多少？究竟有多少？

--达到一定水功能区划目标达到一定水功能区划目标//生态需水，对生态需水，对陆域排污负荷提陆域排污负荷提

出什么样的要求出什么样的要求？如何通过闸坝防洪防污联合调度达标？？如何通过闸坝防洪防污联合调度达标？

--现状取用水方式与数量合理吗？如何现状取用水方式与数量合理吗？如何合理配置水资源合理配置水资源，，

达到流域水资源系统的可持续利用？达到流域水资源系统的可持续利用？

国家需求研究国家需求研究

举例：水资源数量与质量联合评价

第一个层次第一个层次：摸清家底的：摸清家底的来用水来用水量与质的联合评价量与质的联合评价

第二个层次：第二个层次：与水功能区划水质目与水功能区划水质目标结合，标结合，在现有取用水情况下在现有取用水情况下，确，确定流域定流域新增的最大可用水资源量新增的最大可用水资源量

第三个层次：第三个层次：与水功能区划水质目与水功能区划水质目标结合，整个流域标结合，整个流域合理配置的最大合理配置的最大可用水资源量可用水资源量

依据水功能区划水质目标，依据水功能区划水质目标，建立水文水环境互动系统建立水文水环境互动系统

我们提出针对水功能区划目标水资源可利用量联合评价思路我们提出针对水功能区划目标水资源可利用量联合评价思路

建立参数少、简单实用的建立参数少、简单实用的单元单元//多河段系统水量和水质模型多河段系统水量和水质模型

确定水量水质模型参数确定水量水质模型参数

水资源可持续利用的水量水质联合评价水资源可持续利用的水量水质联合评价

非线性系统优化分析非线性系统优化分析

系统临界流量系统临界流量 最大取用水量最大取用水量 允许排污负荷允许排污负荷

维系河流健康的临界流量维系河流健康的临界流量

临界流量：临界流量：是指在系统是指在系统来水来水//污染负荷一定的情况污染负荷一定的情况

下，达到目标水质（下，达到目标水质（CsCs））以及有河流环境流量以及有河流环境流量

约束约束 的出流最小流量的出流最小流量。。

关关 键键 ：：在一定水文在一定水文//环境约束下，依据水质目标环境约束下，依据水质目标推求单元的最大取用水增量推求单元的最大取用水增量 max,iQ′Δ

]);max[( 0,max,min, iiii QQQQ ′Δ−=

],)1(

][][min[ 11

max, iii

iRiiiiiiiiiiii Q

CsWCRCQCsQCsVCsq

Q−

++−+Δ+=′Δ −−

ββ

00, ≥≥ ii QQ

维系河流健康的最大可取用水量维系河流健康的最大可取用水量

在保持现状用水情况下在保持现状用水情况下

-- 最大可用水量最大可用水量::

-- 可利用率可利用率

水质目标水质目标CsiCsi

max,ii Qq Δ+

max,max, iii QQQ Δ−=

min,

max,max,

iii

iii

QQqQqq−+=

Δ+=

%100)/(% 1max, ×+= − iii RQqr

13

维系河流健康的允许最大排污负荷（维系河流健康的允许最大排污负荷（WWi,maxi,max））

是指在系统来水和取用水不变的情况下，达到水功能是指在系统来水和取用水不变的情况下，达到水功能区目标（区目标（CsCs））的系统最大排污负荷量的系统最大排污负荷量

进一步，可以评价进一步，可以评价

--系统陆域排污负荷消减量系统陆域排污负荷消减量

--陆域排污负荷消减率陆域排污负荷消减率

max,iii WWDW −=

%100/)(% max,max, ×−= iiii WWWDW

][][ 11max, Riiiiiiiiii CRCQCsVqQW +−Δ++= −−β 3-4、水与社会

博斯腾湖流域水资源可持续利用博斯腾湖流域水资源可持续利用

与管理研究的一点体会与管理研究的一点体会

--自然与社会的交叉自然与社会的交叉是比较困难的！是比较困难的！

--自然与社会的交叉自然与社会的交叉是可能的！是可能的！

新疆博斯腾湖（博湖）是我国最大内陆淡水湖泊(面积1210km2,,容积90亿m3)。20002000年后，博湖成功实施向塔里木年后，博湖成功实施向塔里木河下游多次应急河下游多次应急生态输水生态输水，为抢救塔河下游生态系统做出了，为抢救塔河下游生态系统做出了贡献。由于博湖独特的地理位置，水资源可持续利用和管理贡献。由于博湖独特的地理位置，水资源可持续利用和管理研究，有着重要理论价值和实际意义。研究，有着重要理论价值和实际意义。

希望从希望从可持续发展可持续发展的高度，通过的高度，通过三个关键性科学问三个关键性科学问题研究与综合题研究与综合，即：，即：

•• 博湖博湖““水文水文--生态生态--社会社会--经济经济””的水资源系统集成研究的水资源系统集成研究

•• 可持续水资源管理的量化理论及方法研究可持续水资源管理的量化理论及方法研究

•• 博斯腾湖可持续水资源管理应用研究博斯腾湖可持续水资源管理应用研究

对博斯腾湖水资源可持续利用有一个全面和定量的认识，为新疆巴州可持续发展提供科学的依据。

《博斯腾湖可持续水资源管理应用研究》

关键性问题与集成关键性问题与集成

开都河

孔雀河

小湖

塔里木河塔里木河

分水闸分水闸

西泵站

大湖

灌区农田灌区农田

天山天山中部中部 主要工作主要工作

（（11）以水循环为纽带，建立了）以水循环为纽带，建立了““水文水文--生态生态--社会经济社会经济””系统系统

的耦合模型的耦合模型；分析水资源形成、变化和与水相关的生态环；分析水资源形成、变化和与水相关的生态环境问题之间的作用关系的内在原因境问题之间的作用关系的内在原因

蒸发量序列预测子模型

大山口流量序列预测子模型

西灌区引水规划或预测子模型 东灌区引水规划或预测子模型

西灌区灌溉 河段水量 河段盐量 东灌区灌溉

面积规划或 平衡模拟 平衡模拟 面积规划或

预测子模型 子模型 子模型 预测子模型

西灌区水量、盐量 东灌区水量、盐量

平衡模拟子模型 平衡模拟子模型

宝浪苏木水量、盐量

东西支分水比 大湖水位

小湖水量～水质～生态 大湖水量～水质～生态

藕合系统模拟子模型 藕合系统模拟子模型

塔什店水文站

孔雀河灌区

孔雀河

图 4.1.1 全流域水资源系统模拟预测模型子模型连接关系图

蒸发量序列预测子模型

大山口流量序列预测子模型

西灌区引水规划或预测子模型 东灌区引水规划或预测子模型

西灌区灌溉 河段水量 河段盐量 东灌区灌溉

面积规划或 平衡模拟 平衡模拟 面积规划或

预测子模型 子模型 子模型 预测子模型

西灌区水量、盐量 东灌区水量、盐量

平衡模拟子模型 平衡模拟子模型

宝浪苏木水量、盐量

东西支分水比 大湖水位

小湖水量～水质～生态 大湖水量～水质～生态

藕合系统模拟子模型 藕合系统模拟子模型

塔什店水文站

孔雀河灌区

孔雀河

图 4.1.1 全流域水资源系统模拟预测模型子模型连接关系图

图4.3.7 大湖出流量模拟值与实际值对比曲线图（模拟实验）

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

年

流量（万方/月）

模拟值

实际值

图4.3.7 大湖出流量模拟值与实际值对比曲线图（模拟实验）

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

年

流量（万方/月）

模拟值

实际值

图3.2.2 小湖出流盐量模拟值与实际值对比曲线图

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

1992 1993 1994 1995 1996 1997 年

盐量

（万

kg）

模拟值

实际

图3.2.2 小湖出流盐量模拟值与实际值对比曲线图

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

1992 1993 1994 1995 1996 1997 年

盐量

（万

kg）

模拟值

实际

14

主要创新点主要创新点

（（22）依据可持续发展原理与系统集成方法，在国内提出了）依据可持续发展原理与系统集成方法，在国内提出了

社会经济发展指标社会经济发展指标EG(t)EG(t)与生态环境指标与生态环境指标LI(t)LI(t)的集成度量的集成度量

关系关系

DD(T)=EG(T)DD(T)=EG(T)ßß11LI(T) LI(T) ßß22

提出一种满足提出一种满足DD(T +1)>DD(T)DD(T +1)>DD(T)变化态势的可持续性测度变化态势的可持续性测度

SDDT: SDDT:

根据根据SDDTSDDT值，可以对可持续值，可以对可持续

发展态势进行判别。有理论发展态势进行判别。有理论

依据、方法简单、可公度依据、方法简单、可公度

和易量度。和易量度。

NN

N

TSU TDDSDDT

0

1

))(( ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡= ∏

=

μ

DD (T)

1.0

1 0.8

2

0.6

0.4 3

0.2

0 T

DD(T+1) ≥ DD(T)

DD (T)

1.0

1 0.8

2

0.6

0.4 3

0.2

0 T

DD(T+1) ≥ DD(T)

主要工作主要工作（（33）依据）依据SDDTSDDT量化方法、水资源可持续利用与管理优化系量化方法、水资源可持续利用与管理优化系统分析，提出协调统分析，提出协调““水量与水质水量与水质””、、 ““用水与调水用水与调水””、、““经济经济和生态和生态””的水资源管理具体措施，应用到实际发挥效益：的水资源管理具体措施，应用到实际发挥效益： ．

表 6.1 博斯腾湖可持续水资源管理建议决策一览表

控制变量 单位 控制值

开都河流域农田引水量 亿方 /年 近期(2000 年)：9.3～8.5远期(2020 年)：5.8

焉耆盆地地下水开采量（规划） 亿方 /年 近期(2005 年)：3

远期(2020 年)：5

宝浪苏木东西支分水比 66:34～68:32

人工育苇 (在自然沼泽芦苇面积基础上 ,增加 ) 万亩 4

大湖水位 m 调节水位：1045～1047.5

年平均水位：1045.2～1046

泵站扬水量（大湖总出流量） 亿方 /年 10～15

向孔雀河总输水量 (含小湖出流 ) 亿方 /年 13～18

图5.6.1 博斯腾湖1998-2020年几个代表方案DD(T)曲

线图

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

年

DD(T)值

方案1 方案14 方案18

1.限额控制开都河流域和孔雀河流域引水量。2.节水扩灌，降低灌溉定额是扩大经济发展规模的必由之路。3.应推进焉耆盆地地下水开发。

…10.建立以博斯腾湖水资源管理为主体的可持续水资源管理系统

华北水资源高效利用和政策、规律管理科学的结合

四．中国科学院水问题研究四．中国科学院水问题研究

与学科发展方向与学科发展方向

基本任务基本任务

-- 不同尺度水循环及地表过程的实验研究不同尺度水循环及地表过程的实验研究

-- 陆地水循环及地表过程与格局变化的综合模拟研究陆地水循环及地表过程与格局变化的综合模拟研究

-- 中国水问题应用的支撑研究中国水问题应用的支撑研究

国家目标国家目标

为解决我国缺水地区生为解决我国缺水地区生态环境建设、节水农业态环境建设、节水农业发展、水资源制约下的发展、水资源制约下的产业调整和发展、水安产业调整和发展、水安全提供科学依据。全提供科学依据。

学科目标学科目标

探索人类活动和气候变探索人类活动和气候变化影响下陆地水循环及化影响下陆地水循环及其相关的地表过程时空其相关的地表过程时空变化规律变化规律

中国科学院陆地水循环及地表过程中国科学院陆地水循环及地表过程

重点实验室的发展与定位重点实验室的发展与定位 4.4.流域水循环过程流域水循环过程实验流域建设实验流域建设同位素水文学同位素水文学

3.3.河流水沙物质输移过程河流水沙物质输移过程河流地貌理论体系河流地貌理论体系物质迁移演变规律物质迁移演变规律

2.2.坡面水土过程坡面水土过程 1.1.微观微观SPACSPAC过程过程

5.5.流域水循环及地表流域水循环及地表

过程综合模拟过程综合模拟

主要研究方向

主要研究方向

综合模拟综合模拟

基础实验基础实验与观测与观测

15

核心的工作

陆地水循环及地表过程科学问题的实验研究与综陆地水循环及地表过程科学问题的实验研究与综

合模拟研究（合模拟研究（SPACSPAC系统界面过程、地表水系统界面过程、地表水--地下地下

水、水量与水质、坡面过程、水沙过程、区域蒸水、水量与水质、坡面过程、水沙过程、区域蒸

散，分布式水循环模型等）。散，分布式水循环模型等）。

以水资源（农业节水、水资源变化、水安全评价以水资源（农业节水、水资源变化、水安全评价

、水资源可持续管理）、水土流失、水沙过程、、水资源可持续管理）、水土流失、水沙过程、

区域植被耗水等与水相关的生态与环境问题的应区域植被耗水等与水相关的生态与环境问题的应

用支撑研究。用支撑研究。

滁洲实滁洲实验流域验流域

湿润地区江西湿润地区江西千烟洲水文千烟洲水文--生生态实验流域态实验流域

半湿润海河半湿润海河

潮白河流域潮白河流域白洋淀易县白洋淀易县实验流域实验流域

黄河大理河黄河大理河实验流域实验流域

流域水循环实验基地建设流域水循环实验基地建设

流域水循环流域水循环实验研究实验研究

野外实验流域野外实验流域•• 实验流域建设实验流域建设

•• 同位素水文应用同位素水文应用

室内实验流域室内实验流域

一项目比较艰苦需要长期投资建设的基础性工作。

研究思路：多学科和高技术综合集成研究思路：多学科和高技术综合集成：：RS/GISRS/GIS、、同位素同位素水文学，多尺度分布式水循环模型以及与水文学，多尺度分布式水循环模型以及与LUCCLUCC耦合耦合

3S3S技技术术

原型观测与演化分析原型观测与演化分析

分布 式 水 循 环系 统 模型分 布 式水 循环 系 统模 型

数数学学模模拟拟

研究途径

研究途径

承担完成了一批国家和院部级重点项目，承担完成了一批国家和院部级重点项目，取得新的进展与成果。取得新的进展与成果。

11、重点实验室科研成果与产出、重点实验室科研成果与产出

国家级项目国家级项目（科技部（科技部973973、国家自然科学基金重点、国家自然科学基金重点项目、杰出青年基金项目，项目、杰出青年基金项目，““十五十五””攻关等）攻关等）

占占45.745.7%%，，院知识创新方向院知识创新方向性项目占性项目占20.920.9%%，，各部委研究项目各部委研究项目所属占所属占4.24.2%%，，研究所创新方向研究所创新方向占占12.012.0%%，，其它来源其它来源占占17.217.2% % 。。

以重点实验室水问题研究队伍为主要力量的联合队伍，通过向国家水行政主管部门(水利部水文司、水资源司)申请与接受评估：

- 20032003获获““水资源评价甲级资质水资源评价甲级资质””-- 20052005年获年获““建设项目水资源论证甲级资质建设项目水资源论证甲级资质””

在承担、合作与竞争国家/地区水资源建设项目（工程）的

评价、水资源研究与实际应用结合的门槛（资质）问题上，

跨出了关键的一步！

22、参与国家、参与国家//行业部门的水资源评价、行业部门的水资源评价、水资源建设项目的能力建设水资源建设项目的能力建设

•• 中国中国--澳大利亚水资源研究中心澳大利亚水资源研究中心

•• 中国科学院水资源研究中心中国科学院水资源研究中心

–– 20062006年年1212月月33日，水资源研究中心日，水资源研究中心

挂牌；挂牌；

20062006年成立了若干发挥科学院网络功能的年成立了若干发挥科学院网络功能的

研究中心研究中心

目标与任务：目标与任务：整合科学院整合科学院1717个个相关所水的研究力量，在国家相关所水的研究力量，在国家

水资源的综合性战略研究、交水资源的综合性战略研究、交

叉研究和前瞻性研究方面发挥叉研究和前瞻性研究方面发挥

作用。作用。

20062006年年22月月2020日中澳水资源研究中日中澳水资源研究中心成立，徐冠华部长出席揭牌仪式心成立，徐冠华部长出席揭牌仪式

出席会议的中方领导还有：中国驻澳大使傅莹、中科院副秘书长、国际合作局局长郭华东、资环局局长傅伯杰、国家自然科学基金委代表、科技部有关司长等。

2.

16

重点1：陆地水系统要素多尺度综合观测与变化研究陆地水系统要素多尺度综合观测与变化研究

依托陆地表层室内、外实验观测平台、结合中国生态系统研究网络(CERN)及其他观测实验平台，利用环境同位素、“3S”等新技术，从地上到空中、从微观到宏观。从室内到野外，多尺度研究人类活动影响下陆地表层系统物理、化学及生物过程机理。

• 水循环及地表过程

• 土地变化

• 气候变化

• 区域生态系统

特色1：观测试验

平台建设

室内物理模拟平台

观测试验平台建设

野外实验平台：野外流域水循环及地表过程平台区域地下水监测网络

遥感地表参数标定实验场

黄河中游黄河中游岔巴沟试岔巴沟试

验流域验流域

N

黄河沟壑地区岔巴沟流域与曹坪西沟实验流域

17

特色2：以定量遥感为基础的中国陆地蒸散多途径反演及其时空尺度扩展研究

区域尺度地表状态特征变量和参数的时空分布遥感反演陆地蒸散多途径反演及其时空尺度扩展研究定量遥感为基础的中国陆地蒸散时空分布综合反演

年陆面蒸散年陆面蒸散发量分布发量分布

海河流域水资源管理海河流域水资源管理

基于流域耗水（ET）的水资源管理模式

2、海河流域水资源与水环境综合管理系统概化

• 核心模块：自然水循环

社会水循环 生态与环境系统

流域尺度综合管理系统

IWAMM平台

实质：集成了水系统的观测、模拟、评估与管理功能的工具包，我们暂且称其为：“水系统综合模拟与管理工具”

（IIntegrated WaWater system MModeling & MManagement tool , 简称 IWAMM ）

““SEBALSEBAL--SWATSWAT--MODFLOWMODFLOW””耦合耦合//集成集成模型的单元水循环过程示意图模型的单元水循环过程示意图

地表径流

侧向流

G

ET

入渗/作物吸收

降水

回归流潜水蒸发 入渗潜水含水层

渗漏流出

承压含水层

承压含水层 渗漏越流 流入

流入承压含水层越流

越流

流出

渗漏

弱透水层

抽取地下水

蒸发

Rn H λETins

SEBAL

SWAT

MODFLOW

ETET重点2：河流水文地貌与水土流失研究

坡面侵蚀与水土流失过程河流、流域水文地貌耦合对人类活动的响应以输沙和节水减淤为目的的河流控制系统的水沙调控优化水文地貌耦合对人类活动响应过程中的复杂响应与临界现象

国家科技部项目国家科技部项目国家自然科学基金国家自然科学基金973973项目项目院知识创新方向性项目院知识创新方向性项目

♦♦ 坡面水土过程研究坡面水土过程研究

山坡水土过程是流域地山坡水土过程是流域地表过程基本单元：表过程基本单元：

-- 子过程是子过程是STAVSTAV-- 输出是河网系统输出是河网系统

通过室内外实验，研究了坡面通过室内外实验，研究了坡面SVATSVAT、、不同覆被条件的山坡水文过不同覆被条件的山坡水文过程、水土流失过程之间的联系。程、水土流失过程之间的联系。

水与生态相互作用关系与机理

生态系统适应性机制及临界阈值确定

重点3：陆地水文－生态过程研究陆地水文－生态过程研究

18

已承担的国家已承担的国家//部门的重点项目部门的重点项目

南水北调中线工程对汉江下游“水华”的影响研究

南水北调西线工程调水区生态需水与可调水量研究

淮河流域闸坝建设对河流水文、水质和生态的影响评价研究

海河流域生态环境综合承载力的研究等

重点4：缺资料地区水循环水资源要素的获取途径与预报机理

土壤水分及其它水循环要素数据的获取途径各种尺度（点、流域、国家、全球）土壤水分的演化格局土壤水分及其它水循环要素对气候变化和土地利用/覆被变化的响应过程与机理研究

流域水循环及地表过程数值模拟

区域水文－生态过程数值模拟

区域水文－水环境数值模拟

人类活动及其政策驱动反馈机制下的综合水系统模拟

陆地水系统变化调控及水安全对策研究

重点5：陆地水系统综合模拟与水问题决策支持陆地水系统综合模拟与水问题决策支持

流域水循环及地表过程数值模拟

区域水文－生态-水环境数值模拟

人类活动及其政策驱动反馈机制下的陆地水系统模拟与决策支持

成果之一：成果之一： 流域分布式时变增益水文模型（流域分布式时变增益水文模型（DTVGMDTVGM））

分布式水文模型是20世纪90年代水文科学发展热点问题

可定量描述水文时空变化，利用RS/GIS信息, 分析人类活动/气候变化影响

21世纪水文模拟新的挑战：如何解决发展中国家特别是如何解决发展中国家特别是半干旱半湿润地区半干旱半湿润地区由于资料由于资料条件限制和面对环境变化需条件限制和面对环境变化需

求的流域水文模拟问题？求的流域水文模拟问题？

PUBs非线性系统理论

分布式物理方法结合？结合？

中国水文站网密度中国水文站网密度 (km2/站)单站控制面积 东部地区 中部地区 西部地区

kmkm22//站站 1400 1600 1400 1600 74007400

相同流域面积相同流域面积 水文站多水文站多 …… 水文站少水文站少

河西走廊黑河流域河西走廊黑河流域真实情况：上游产真实情况：上游产流区流区10,500km10,500km22面积面积只有只有22个雨量站个雨量站

西南喀斯特地区西南喀斯特地区水文问题水文问题

19

将将TVGMTVGM非线性单元通过非线性单元通过DEM DEM

/GIS/GIS拓广到分布式水文流拓广到分布式水文流

域模拟（域模拟（DTVGMDTVGM）。）。

特点特点: :

(1(1))系统论与物理方法结合系统论与物理方法结合

(2)(2)易于建立与易于建立与LUCCLUCC联系联系

(3)(3)简单实用，效果好简单实用，效果好

RS/GIS RS/GIS 土地利用土地利用//覆被变化类型覆被变化类型 GGii(t)(t)

水文产汇流水文产汇流

分布式时变增益水文循环模型分布式时变增益水文循环模型Distributed Time Variant Gain Model

1. 1. 冠层截留冠层截留

2. 2. 蒸散发蒸散发(1) 冠层截留蒸发:

(2) 植被蒸腾:

(3) 土壤蒸发:

4.4.分层产分层产流流

5. 5. 河道汇流河道汇流

∂Q

∂x+

∂A

∂t= qL

Q =S0

1 / 2

n p2 / 3A5 / 3

qL = qS + qG

截留能力截留能力::冠层缺水量冠层缺水量::

Ecanopy(t) =KvKcEp Sc(t) ≥ KvKcEpΔt

Sc (t)/ Δt Sc(t) < KvKcEpΔt⎧ ⎨ ⎩

[ ]0

21)()()()(

LAItLAIfzfEKKtE pcvtr θ=

Esurface (t) =Ep (1 − Kv) Ss (t) ≥ Ep(1 − Kv)Δt

Ss (t)/ Δt Ss (t) < Ep(1− Kv)Δt⎧ ⎨ ⎩ Es (t) = {Ep (1 − Kv) − Esurface (t)} f2 (θ )

Sc0(t) = I0Kv

LAI(t)

LAI 0

Scd (t) = Sco (t) − Sc (t)

与物理过程结合的单元与物理过程结合的单元水文模型数学方程水文模型数学方程

( ) itg

iititd PWSgR ,,1,2 ⋅⋅=

3.3.融雪融雪过程过程

)()( mltavDFFM TTMDMG −⋅⋅=

DTVGMDTVGM在华北地区潮白河流域应用（在华北地区潮白河流域应用（日径流模拟效率系数都在日径流模拟效率系数都在0.70.7以上以上））

(流域面积：1.76万km2）

利用利用DTVGMDTVGM分布式水文模型，建立了土地利用分布式水文模型，建立了土地利用//覆被变化与流域产流参数覆被变化与流域产流参数G(t)G(t)之间的联系之间的联系

不同LUCC产流特性参数频率曲线图

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

频率P (%)

产流

特性

参数

G林地 草地 旱地 荒地

潮白河流域覆被类潮白河流域覆被类型变化与水文产流型变化与水文产流时变增益时变增益 G(t)G(t)之间之间的统计关系的统计关系

潮白河流域覆潮白河流域覆被类型变化与被类型变化与土地利用土地利用

水利工程建设对入库径流减少的贡献达水利工程建设对入库径流减少的贡献达12%12%--33%33%

D TV G M 月 模 拟 结 果 表 流 域 年 水 量 平 衡 效 率 系 数 备 注

1961-1966 0 . 9 8 0. 9 0 60 年 代 水 保 工 程 较 少 ， 所 以 不 考 虑 水 保 工 程 影 响 ，

用 60 年 代 资 料 对 DTVGM 模 型 进 行 参 数 率 定 检 验

1973-1990 1 . 0 3 0. 9 1 用 61-66 率 定 的 参 数 模 拟 ， 考 虑 水 保 工 程 影 响 潮 河

1973-1990 1 . 1 2 0. 3 6 用 61-66 率 定 的 参 数 模 拟 ， 不 考 虑 水 保 工 程 影 响

1961-1966 1 . 0 0 0. 9 0 60 年 代 水 保 工 程 较 少 ， 所 以 不 考 虑 水 保 工 程 影 响 ，

用 60 年 代 资 料 对 DTVGM 模 型 进 行 参 数 率 定 检 验

1973-1990 0 .97 0 . 9 0 用 61-66 率 定 的 参 数 模 拟 ， 考 虑 水 保 工 程 影 响 白 河

1973-1990 1 . 3 3 0. 1 3 用 61-66 率 定 的 参 数 模 拟 ， 不 考 虑 水 保 工 程 影 响

不考虑水保工程模拟不考虑水保工程模拟 考虑水保工程模拟考虑水保工程模拟

年份年降雨

(mm)

实测年径流

(mm)

模拟年径流

(mm) 水量平衡系数 模型效率系数

1990 346.4 158.23 166.23 1.05 0.80

1991 249.9 127.39 117.62 0.92 0.71 模拟期

1992 332.0 132.09 150.01 1 .14 0.79

1993 391.1 180.10 172.54 0.96 0.79

1994 278.6 140.39 137.81 0.98 0.73 预报检验

1995 304.8 147.87 152.65 1.03 0.69

DTVGMDTVGM模型在西北地区黑河流域模拟计算结果表模型在西北地区黑河流域模拟计算结果表(流域面积：7.68 万km2, 正义峡控制面积3.56万km2 ）

20

图 黄河流量站图图 黄河流量站图

DTVGMDTVGM模型在黄河流域水文模拟中的应用模型在黄河流域水文模拟中的应用

流域面积：75.2万km2，工程措施多，下垫面复杂

联合国联合国““全球水资源评价（全球水资源评价（WWAPWWAP））””的国际评估的国际评估

联合国联合国““国际水文计划（国际水文计划（UNESCOUNESCO--IHPIHP））””的国际评估的国际评估

中国中国//英国英国气候变化对水资源工程及规划影响气候变化对水资源工程及规划影响评估等评估等

成果得到成果得到UNUN相关决策部门应用，发挥科学院相关决策部门应用，发挥科学院在全球水资源战略研究的重要作用在全球水资源战略研究的重要作用

针对西部大开发、振兴东北老工业基地、南水北调工程建设与生态-环境保护等重大水资源战略问题，主持/参加了

水资源战略研究

中国科学院重大咨询项目：饮用水安全、中国水问题出路中国科学院重大咨询项目：饮用水安全、中国水问题出路

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中国工程院重大咨询项目：东北水资源，水与生态环境中国工程院重大咨询项目：东北水资源，水与生态环境

南水北调西线调水工程生态需水与可调水重要项目南水北调西线调水工程生态需水与可调水重要项目……

成果得到总理等国家领导人批示、应用到相关成果得到总理等国家领导人批示、应用到相关

决策管理部门，发挥院在国家层面重大作用决策管理部门，发挥院在国家层面重大作用

结语与讨论结语与讨论

变化环境下流域水循环及水安全变化环境下流域水循环及水安全问题问题是是2121世纪地球系统水科学研世纪地球系统水科学研

究的一个十分重要方向究的一个十分重要方向

环境变化下的水循环境变化下的水循环及其科学的调控环及其科学的调控

人类经济活动与用水方式

水资源调控水资源调控 //生态修复生态修复

气候、来水变化 2121世纪新的挑战世纪新的挑战

认识产生水问认识产生水问题的成因题的成因

目标准则目标准则：可持续发展生态质量气候变化社会经济

关注的目标

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为国家重大需求(减少水旱灾害风险、水资源可持续利用、生态保育与污染控制)提供科学依据。

特别需要发挥科研机构、高校与水利多部门联特别需要发挥科研机构、高校与水利多部门联

合与合作，加强国际的交流与合作为变化环合与合作，加强国际的交流与合作为变化环

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持续利用规划与管理做出贡献！持续利用规划与管理做出贡献！

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