《现代水文水资源学》资料.pdf

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rk(1984)首先提出了利用网格型DEM并按最陡坡度方向定地决表汇流方向、生成河道网的方法。之后,许多研究者如Tarboton(1988,1991)等,针对非自然洼地的处理,以及利用生成的河道网进行流域划分、地形特征和汇流特性分析等做了大量研究。这些研究成果被ARC/INFO及ARCVIEW等GIS软件采用,为分布式流域水文模拟带来了方便。地理信息系统将图形显示、空间分析与数据库管理技术相结合,为分布式水文模拟的大量空间信息数据处理及管理提供了强有力工具。遥感技术不但能够提供土地覆盖及地形等基本空间数据,也为模型参数如叶面指数(LAI)等型的验证创造了条件。水文循环过程与生态环境相互作用机制及生态需水研究高强度的人类活动,在一定的时间或空间上过多地影响、占用和控制了水土资源,“人地争水”与“人水争地”矛盾凸现;不和谐的“人-水”关系导致了世界范围内的水生态退化与水环境恶化,危及人类的生存与持续发展。为实现人与自然的和谐共处,在竞争性的用水条件下,人类需要在充分发挥水资源的生态与环境及社会经济效益的前提下,在自然和社会经济两大系统中合理分配水资源;并对退化的生态系统进行科学修复,对恶化的水环境进行有效治理。为满足上述实践需求,水文循环过程与生态及水环境演变相互作用机制成为重大基础性研究命题。流域水文循环系统与生态系统相互作用机制研究已成为当前新兴交叉学科—生态水文学(Eco-Hydrology)的核心内容。生态水文学是20世纪80年代以后逐步发展形成的一门新兴交叉学科,其研究内容是水文过程与植物分布、生长相互作用,其研究对象不仅包括湿地生态系统,而且还涉及到干旱地区生态系统、森林和疏林生态系统、江河生态系统、湖泊生态系统及水生生态系统等(Baird1997)。它重点研究陆地表层系统生态格局与生态过程变化的水文学机理,揭示陆生环境和水生环境植物与水的相互作用关系,回答与水循环过程相关的生态环的估算提供信息,同时还能对蒸发量、土壤含水率及地表温度等进行演算,为模拟环境变化的成因与调控(夏军2003)在我国,。生态水文学方面研究起步较晚,2000年以后才开始受到我国学者的重视,将生态水文学介绍到国内来(赵文智、王根绪2002)。国家自然科学基金委员会已将其列为其重大研究战略之中。国家九五攻关西北水资源项目中,根据干旱区水文循环与非地带性植被生态系统演变关系,提出了干旱区水分驱动的生态圈层结构理论(陈敏建、王浩、王芳等2004)。在国家九五、十五攻关项目中,从宏观植被遥感的角度对此进行了研究;在近期的黑河综合治理项目中,初步将植被生态演替模型与分布式水文模型相耦合。国家十五攻关项目中,根据流域水文循环与生态系统相互作用机理分析,建立了区域水循环尺度生态效应理论,并据此提出依据生态效应判定区域生态需水类型的三大准则(陈敏建,2007)。流域水文循环演变同样改变了污染物迁移转化的载体条件和动力机制,从而对伴生的水环境过程产生显著影响。当前国内外相关研究主要从环境学的角度着手,如进行面源污染物预测和水体水质演化模拟,而在水文循环的演变对流域尺度。生态需水的研究,与水文学、水资源学、生态学、管理学和社会学等均密切相关,具有典型的学科交叉特点。生态需水研究国外始于20世纪70年代,而我国则是90年代以后才受到广泛的关注,并且研究领域比国外宽泛得多,不但重视河道内生态需水的研究,还重视河道外生态需水的研究。目前国内对生态需水计算方法开展了大量研究(如贾宝全等2000,李丽娟等2002,王西琴等2002,杨志峰等2003,陈敏建、王浩等2000、2004、2005,王芳等2004、丰华丽等2001、徐志侠等2004),大多属于引进和消化国外相关经验与成果。需要指出的是,国外现有的经验与成果主要关注生态系统维持正常状态的临界条件下的生态需水,以避免危机状态出现,而在中国需要研究生态危机管理的问题,需要研究生态退化的机理(陈敏建2004)国家“十五”科技攻关重大课题“中国分区域生态用水标。准研究”(陈敏建、王浩、丰华丽等,2005),从基础理论、应用技术、管理决策3个层面,研究提出一系列符合我国实际的生态需水理论与计算关键技术。建立了多参数河流生态需水理论及其河道生态需水计算方法、湿地生态水文结构理论及算方法,建立了不同类型区域生态需水计算模型。陈敏建(2006、2007)还研究了生态需水配置与生态调度问题,从生态用水分析评价机制、水资源配置生态用水分析、河流生态安全调度管理和湿地安全管理与生态补水四个方面,提供了生态需水分析及生态调度规则。(1)加强水文学和地下水科学研究水文学不但是水资源学和水利学科的基础,而且与广泛的资源、灾害、环境、生态、经济和社会问题密切相关,是目前水利学科中最具生命力和发展潜力的学科领域之一。(2)加强水文水资源科学实验和遥测技术应用研究近年来,水文水资源科学实验方面十分薄弱,过去的野外实验基地逐渐荒废,而新的实验基地一直没有建立,与20世纪90年代以前相比形成较大反差。科学实验是科学认知的重要手段,面对日益受到关注的资源、环境和生态问题,亟待加强水文水资源科学实验工作。遥感和雷达等遥测技术应用是水文水资源研究的重要数据来源,目前虽然有一些研究,但与兄弟单位相比还相差深远,今后也需要加强。(3)开展与大气科学的交叉合作,发展水文预报科学技术水文科学与大气科学交叉合作研究(陆气耦合研究),不但对研究气候变化的水文水资源和生态环境的长期效应具有重要意义,同时对提高水文预报的精度、延长水文预报的预见期,对防洪减灾工作也是十分重要的。随着我国国力的增强和遥测技术的发展,陆气耦合研究方面孕育着取得重大突破的机遇。目前国际上以及国内一些院校和科研机构已着手这方面研究,我们应当及早追赶。(4)开展生态水文学研究,为流域生态系统修复服务生态水文学是近十几年来新兴起的交叉学科,不但水文水资源领域的人员在研究,生态学、地理学、林学、农学等学科的人员也在研究。其研究核心内容是生态系统与水文循环系统之间的相互作用机制,研究对象包括湿地、河湖、河口、森林、草地、农作物等水生及陆生生态系统和流域水文循环系统。因此,生态水文学的研究目的不只是为流域生态需水分析服务,而更重要的是通过研究水文循环过程的改变对植被生长、生态演替的影响,为流域生态系统修复服务,通过研究生态系统的改变对水文水资源演变的影响,为维持流域河流系统健康生命服务。我院在生态需水方面取得了一些成绩,但系统地开展生态水文学研究尚需筹划和尽快开展。(5)开展城市水文学研究,为解决我国快速城市化进程中水问题提供支撑我国目前处于经济高速增长时期,城市化进程速度加快并将持续相当长一个时期。城市化带来的水问题(如城市洪水、城市地下水位下降、城市水资源短缺、城市水污染以及城市热岛效应等)越来越突出,城市水文学的研究亟待加强。(6)在水资源配置、调度和管理研究中重视水环境问题在水资源配置、调度和管理研究方面,我院已取得不少优秀研究成果,具有一定研究优势。但在水资源配置、调度和管理研究中,对水环境问题的考虑不够,特别是需要加强水量水质统筹考虑的水资源配置和水资源调度研究,太湖流域的水资源调度需求便是一个典型的例子。今后,各所(中心)跨学科的合作与联合攻关亟待加强。(7)加强与经济学、管理学及社会学研究的交叉合作,支撑水资源综合管理控与市场机制相合、法结律保障、公众参与和民主协。商因此,水资源综合管理研究需要加强与经济学、管理学及社会学研究的交叉合作,特别是在流域管理体制与机构发展规划、流域管理法规、水权水市场研究、公众参与等方面。(8)加强水信息技术研究,推出我们的模拟与管理软件包尽管我院在水文水资源领域取得了显著研究业绩,为国家的实践需求做出了一定贡献,获奖项目也不少,但目前尚未推出一个成熟的模拟与管理软件包,与欧美发达国家的同行相比有很大差距。由于自然地理环境、气候特点、人口密度和人类活动强度及社会以经济的差异,加上专业软件通用性差的限制,国外的现成软件可以参考,但直接应用往往存在很大风险,因此需要开发适合我国国情的自己的软件。应用水信息和计算机技术,建立水文水资源模拟与管理软件包,既便于推广应用又可以提高工作效率。但目前科研体制上还存在着许多不利于软件开发的因素,需要研究解决,推动以这项工作。