现代水文水资源学科体系研究前沿和热点探讨

(甘肃省临洮水文水资源勘测局，甘肃 临洮 730500)

水资源开发利用中，水循环“自然-人工”的二元化特征明显。随着技术的进步及经济的发展，现代水文水资源研究越来越注重实现可持续发展的理念，开始强调人与自然的和谐相处。在水土资源开发活动中，准确的掌握水循环的演变规律及驱动机制，是有效发挥区域水资源生态环境效益及社会经济效益的主要途径。现代水资源及水循环的调控呈现多元化的发展趋势，人类社会发展更多的强调水安全、生态安全及环境安全的发展目标。水文学自1851年诞生以来，在不断的发展中逐渐形成了完整的科学体系，20世纪中期开始水资源学也不断的建设其学科体系。20世纪末，世界性水危机出现并不断的恶化，水文水资源研究变得更具复杂性及挑战性。随着现代技术手段的不断推动，人们在解决水问题的实践中实现了水文水资源研究理论及方法的不断完善。社会经济发展下新的水问题不断的出现，要求现代水文水资源的理念及方法应不断的进步、优化，以实现水资源安全利用及可持续利用。

1 水问题及现代水文水资源学科设置

1.1 我国面临的主要水问题

随着干旱缺水、洪涝灾害及水资源恶化问题的发展，水资源短缺问题成为了制约人类经济、农业社会发展的重要因素，我国水资源总量为28000多亿立方米，居世界第六，人均占有量仅为2 300 m3，为世界人均水平的1/4，我我国北方地区干旱缺水现象严重。我国666个城市中，400多个城市供水不足，日缺水达1 600万 m3，年缺水量达60多亿 m3。缺水造成的直接工业产值为 2000多亿元，农村3 000多万人及数千牲畜用水难以保障。全国1/4人口饮水未达标，影响人们健康。我国水体污染严重，在10万 km的长河中，遭污染的河长达47%以上并持续增加，海河63%以上遭到污染。90%以上城市的水域受到污染。地下水破坏面积达1 500km2以上，全国20多个城市出现地面塌陷问题。

1.2 “自然-人工”二元水循环模式

水问题的出现反映了人类社会活动造成的自然、资源及生态效应间的失衡，当人类的资源开发力度超过自然资源的承载力时，便会出现各种矛盾，应注重水循环的多维调控。自“一元”水资源模式下，太阳光能与地球势能共同作用，推动水循环的发展。就垂直角度而言，云的形成、降水、蒸腾、蒸发、地表入渗及冠层截留等基本过程有序运作，实现了地表水循环。在水平方向，河道汇流、地下水补给、地表排泄等基本过程存在，实现水循环。在大气水汽运输下，陆地水循环、海上水循环、海陆间水循环等共同促进了水循环的“一元”模式。随着人类水土开发活动的推进，“一元”水循环模式逐渐被“自然-人工”下的二元水循环模式所替代。二元水循环模式是人类活动及全球变化下水循环演变的集中体现，其与一元水循环模式在动力条件、水循环参数及结构等方面存在一定的差异。就动力条件而言，二元模式在老驴太阳能、重力势能的同时，还要考虑人类活动中人工热释放等对水循环的影响。二元循环结构对“坡道-河面”水循环进行描述，客观的表达人类“取水、用水、输水、耗水及排水”等社会水循环过程。就水循环参数表达而言，降水、地下水、径流等基本水文参数与用水量、输水效率、取水量及耗水率等基本人工参数有效的结合，全面的反映水循环的整体情况。二元水循环演变模式是 人类认识水循环演变规律的主要途径。

1.3 水循环及其综合效应分析

传统水文水资源研究以水量为基础，进行“坡面-河道”及社会水循环过程的研究，而对水化学、水沙及水生态等过程的研究较少，无法进行学科的识别及多维调控，环境多变现状下供水、用水、水生态安全及水环境等问题的调控工作有待完善。在自然界物质迁移过程中，水循环扮演着重要的角色，泥沙、营养物及污染物等随着水循环不断的迁移、转化，流域生态格局的变化会引起区域下垫面条件的变化，进而影响蒸腾、入渗及冠层截留等环节，坡面及河道的粗糙度也会受到相应的影响，水沙过程的变化会造成河流吸附大量的污染物，造成严重的水污染。水沙过程还会影响河流的发育形态，影响整个水文过程。现代水文水资源研究对水循环演变机理的认识及有效调控，应以水循环及其伴生过程的定量表达及综合分析为基础，科学评价其综合效应。

1.4 现代水文水资源学科体系

现代水文水资源学科体系的具体设置是综合考虑当下水文水资源研究现状、世界范围内水问题及基本科学等方面因素的结果。整个体系中的环节层，以天然水循环及社会水循环为主，其中，降水、蒸发、汇流、排泄、入渗、产流补给等属于天然水循环环节，而取水、耗水、用水、排水及废水的循环处理及利用等属于社会水循环环节。以上两个方面也是水资源学及传统水文学的主要研究内容。通过水文各环节的有效整合，形成大气、地表、土壤及地下水过程等一系列天然水循环，随着现代社会水循环中的原水调度、用户用水、水分配、污水排放及水资源的再生环节等的有序开展，现代水文水资源学科体系逐步形成并不断的实现自身的优化。天然水循环与人工水循环的有效结合是促使“自然-人工”二元水循环模式形成的基础，在学科体系的调控层，研究人员对水循环伴生的水化学、生态过程及水沙等的演变及区域内环境及生态效应进行分析，制定出合理的水利、结构及材料措施。流域基础上的陆地水循环与海洋水循环研究的相互结合，帮助研究人员了解并掌握全球水循环演变机制及主要规律，现代水文水资源海陆循环层的研究，有效的推动了海陆水资源的合理开发利用。水循环岩石层、生物层级大气层等研究的结合，是现代水文水资源科学体系制定的主要依据。

2 现代水文水资源学科体系研究前沿及热点

2.1 现代水文水资源研究前沿

现代社会发展注重水资源的安全利用、高效开发及可持续化的利用，就国内外相关研究来说，水文水资源研究的重点在于水资源的评价、配置、调度、利用效率及管理等方面。其中，水资源的评价工作是进行水源调控及综合管理的基础，目前，水资源评价的基本口径为径流性的水资源，其评价目标是静态化的天然水源，选用费分离式的评价模式，采取分区集总式的手段进行水资源评价。具体评价环节，由于评价口径及模式的影响，资源的多元有效性难以体现，评价脱离了水资源规划的实际需求，由于缺乏一定的定量评价手段，评价结果存在一定的误差。早期的经济社会发展过程中，忽视了水资源的保护，掠夺性开发方式下资源价值无法体现，因此，水文水资源评价急需制定一种新价值评价体系，建立综合经济环境核算指标体系。实现经济的良性发展，考虑环境的承受能力。

在水库调度中，计算机技术与遥感技术的应用提高了水资源实时调度的效率，随着水库防洪系统的不断完善，我国在长江与黄河等重点河段建设了完善了预报系统，调度管理模式及方法不断的优化，多功能、多用途模型在系统防洪中发挥着重要的作用，定性与定量评价方式、人工智能技术的应用等使得水文水资源调度工作更加的科学化。随着现代流域水资源实时调度新研究课题的提出，二元水循环模式下的整体流域水源调度工作致力于可操作调度平台的建设。

2.2 现代水文水资源研究热点

国内外水文水资源研究中，主要的热点问题在于水资源的合理配置及优化管理新方法及技术的研究，研究人员重点关注水文、水资源、生态环境及经济发展的综合管理模型建设，随着人们可持续发展理念及用水安全意识的强化，研究人员在水质安全及公共健康方面展开研究，重点进行地下水层的修复保护研究，通过水资源管理决策中不确定风险因素研究及分析，保证人们用水安全，进行水资源流域管理中公共参与决策机制的建立与研究。

3 我国水文水资源研究体系及研究方向

3.1 我国水文水资源研究体系

从我国水问题出发，建立了以基础研究、应用基础研究及应用研究为主的水文水资源研究体系，基础研究层面对二元驱动下的水循环及其伴生的水化学、水沙及水生态等过程进行研究与识别，应用基础研究层面开展水资源评价、配置、调度、水权分配及水价等方面的理论研究及技术研究。而应用研究层次专注于节水社会、水生态建设、水环境保护、水资源综合管理、水利工程建设、饮水安全及防灾减灾等应急管理方面的研究，应用层面的研究以水利开发、水生态修复、民生水利及水环境治理为主。

3.2 我国水文水资源研究方向

在考虑我国水问题实际需求，结合国内外水文水资源研究进展来说，我国水文水资源研究的主要方向有以下几个方面：

流域内水循环调控与演变模式，主要包括在特定流域范围内“自然-人工”二元水循环模式演变模式的研究、从属性功能出发的流域内水循环综合调控理论与方法研究、多维临界下的水循环定量调控模式研究。流域水循环数字平台研究及综合模拟，是指二元模式下信息采集的多元化与同步技术的研究、大气-地表-土壤地下循环过程综合模拟研究、流域内水量循环及伴生水沙、水化学等过程的综合模拟研究、水循环集成数字平台建设及水环境虚拟技术研究。现代水文水资源中的流域资源综合评价研究，对地表水、地下水、大气水、土壤水等水资源的实时化、动态化监控与评价。水质评价、水资源利用率评价及利用效用等一体化的评价研究。实现水资源合理配置的技术及理论研究，包括水资源配置评价技术、资源配置建模技术、资源分析及需求预测及调控技术、资源配置的决策机制及技术等。水资源调度技术与理论研究，包括来水、需水预测，调度方案制定、修正、评价技术，调度决策及指挥系统等方面的研究。随着社会经济的发展，我国水文水资源研究在节水型社会建设领域进行了深入的研究，进行水环境保护及生态修复等方面的研究，关注水资源综合管理理论及技术方面的创新。保证区域内用水安全，实现水资源的优化配置。

4 总结

综上所述，随着全球范围内水问题的凸显，人类越来越注重资源、环境与社会的协调发展，水文水资源学科体系的设置是开展水资源研究的基础，应依据人类的发展需求及水资源现状，科学设置学科体系，通过水资源评价体系及安全管理机制的建立，在实现水资源科学开发利用的基础上进行资源的保护，提高水资源的利用效率。

[1]王浩,严登华,贾仰文,等. 现代水文水资源学科体系及研究前沿和热点问题[J]. 水科学进展.2010.04:479-489.

[2]孟香林.分析现代水文水资源学科体系及研究前沿和热点问题[J]. 内蒙古水利.2014.05:5-6.