中國分區(qū)域生態(tài)需水——獲2009年度國家科技進(jìn)步獎二等獎

國家“十五”科技攻關(guān)重大課題“中國分區(qū)域生態(tài)用水標(biāo)準(zhǔn)研究”成果“中國分區(qū)域生態(tài)需水”獲得2009年度國家科技進(jìn)步獎二等獎,由中國水利水電科學(xué)研究院和南京水利科學(xué)研究院主持完成.“中國分區(qū)域生態(tài)需水”在基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和管理決策方面,獲得重大突破,對我國生態(tài)需水理論與技術(shù)有開拓性作用,原創(chuàng)性突出,總體處于國際領(lǐng)先水平.成果自 2003年起在全國各地陸續(xù)獲得廣泛應(yīng)用,生態(tài)效益、社會效益、經(jīng)濟(jì)效益得到和諧統(tǒng)一.

生態(tài)需水是在流域自然資源,特別是水土資源開發(fā)利用條件下,為了維護(hù)以河流為核心的流域生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)平衡的臨界水分條件.我國面對的水與生態(tài)安全問題、管理目標(biāo)屬于生態(tài)危機(jī)管理范疇.針對生態(tài)危機(jī)的產(chǎn)生、管控、治理和預(yù)警,建立完整的理論與技術(shù)方法體系,為生活用水、生態(tài)用水、經(jīng)濟(jì)用水統(tǒng)一配置提供技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).該研究課題主要提出了以下6項原創(chuàng)成果:

(1)分區(qū)域生態(tài)用水標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)體系.具體創(chuàng)新體現(xiàn)在4個方面:一是具有全方位的層次化結(jié)構(gòu),從基礎(chǔ)理論、應(yīng)用技術(shù)、管理決策3個層面,以反映自然生態(tài)屬性的生態(tài)需水特征值為基礎(chǔ),提出維護(hù)生態(tài)穩(wěn)定的生態(tài)用水控制性指標(biāo),最終構(gòu)建基于生態(tài)價值觀的生態(tài)安全保障措施,形成環(huán)環(huán)相扣的定量體系;二是具有區(qū)域分異的空間結(jié)構(gòu),建立覆蓋全國不同區(qū)域有矩可循的分區(qū)域生態(tài)需水分析技術(shù);三是方法上開放包容,建立統(tǒng)一分析平臺,將各種現(xiàn)有技術(shù)方法納入體系;四是以危機(jī)管理的理念貫穿全局,不同于國外屬于正常管理的范疇,這是中國生態(tài)需水研究立足于自主創(chuàng)新的根本原因.

(2)水循環(huán)生態(tài)效應(yīng)理論.具體創(chuàng)新體現(xiàn)在4個方面:一是首次將水循環(huán)要素與其驅(qū)動能量建立函數(shù)關(guān)系,揭示驅(qū)動能量變化導(dǎo)致水循環(huán)改變,進(jìn)而生態(tài)演變;二是揭示了人工作用能量積累轉(zhuǎn)化導(dǎo)致水循環(huán)在時空尺度上由微觀、中觀、宏觀逐級變化引起生態(tài)退化效應(yīng),即尺度生態(tài)效應(yīng)原理;三是提出了判定區(qū)域生態(tài)效應(yīng)的三個準(zhǔn)則,確定了內(nèi)陸河干旱區(qū)、半濕潤半干旱區(qū)、濕潤區(qū)三大生態(tài)需水基本類型;四是建立了不同區(qū)域生態(tài)需水類型具有內(nèi)在聯(lián)系的規(guī)律性描述,為分區(qū)域生態(tài)需水計算奠定了理論基礎(chǔ).

(3)分區(qū)域生態(tài)需水分析計算模型.具體創(chuàng)新體現(xiàn)在2個方面:一是強(qiáng)調(diào)機(jī)理、突出成因,不同區(qū)域生態(tài)需水以水循環(huán)生態(tài)效應(yīng)理論從機(jī)理上界定與連接;二是突破關(guān)鍵技術(shù),填補(bǔ)了技術(shù)空白.完善了內(nèi)陸河干旱區(qū)基于生態(tài)圈層結(jié)構(gòu)的計算模型,首次提出了半干旱半濕潤區(qū)基于地表、地下徑流相互作用與轉(zhuǎn)化的生態(tài)需水計算模型和濕潤地區(qū)河流生態(tài)流量計算模型,使我國各類區(qū)域的生態(tài)需水計算都有了相應(yīng)的定量分析模式.

(4)多參數(shù)全過程河道生態(tài)需水理論與計算方法.具體創(chuàng)新體現(xiàn)在4個方面:一是創(chuàng)立多參數(shù)生態(tài)需水理論,首次提出生態(tài)水文季節(jié)概念,定義了分季節(jié)河流生態(tài)需水特征值,組成多參數(shù)全過程生態(tài)需水;二是自主研發(fā)了河道生態(tài)需水計算方法,物理意義明確,定量客觀、無個人偏好;三是開放包容,多參數(shù)全過程河道生態(tài)需水理論為各種單參數(shù)計算方法建立了統(tǒng)一分析平臺,既有的方法按其側(cè)重點可以成為近似或特例;四是與生態(tài)管理有效銜接,分季節(jié)生態(tài)需水特征值確定了生態(tài)河流的標(biāo)準(zhǔn),為河流生態(tài)安全調(diào)度提供了依據(jù).

(5)濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)理論與計算模型.具體創(chuàng)新體現(xiàn)在4個方面:一是具有大局觀,以水土資源開發(fā)利用引起的濕地消退效應(yīng)切入,整體研究濕地,克服以往針對特定范圍與對象研究的局限性;二是理論獨創(chuàng),首次提出濕地徑流場與濕地生物多樣性場概念,并以濕地徑流場與生物多樣性場分離與耦合,揭示濕地生態(tài)演變機(jī)理,是為濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)理論核心;三是定量科學(xué),由機(jī)理成因計算濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu),概念清楚,方法可靠;四是與管理銜接,為濕地安全管理提供了理論依據(jù)和技術(shù)手段.

(6)生態(tài)需水調(diào)控準(zhǔn)則與管理方法.具體創(chuàng)新體現(xiàn)在個方面:一是生態(tài)需水配置,以生態(tài)需水特征值建立生態(tài)用水分析機(jī)制,為處理經(jīng)濟(jì)用水與生態(tài)用水關(guān)系提供了定量分析工具,豐富了水資源配置理論;二是生態(tài)調(diào)度與管理,以生態(tài)河流的標(biāo)準(zhǔn)建立了河流生態(tài)危機(jī)管理機(jī)制,以濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)建立了濕地安全管理制度;三是以生態(tài)價值觀指導(dǎo)生態(tài)安全管理,在價值權(quán)衡基礎(chǔ)上建立生態(tài)用水配置準(zhǔn)則和生態(tài)調(diào)度規(guī)則.