現(xiàn)代水文水資源學(xué)科體系研究前沿和熱點探討

(甘肅省臨洮水文水資源勘測局，甘肅 臨洮 730500)

水資源開發(fā)利用中，水循環(huán)“自然-人工”的二元化特征明顯。隨著技術(shù)的進步及經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)代水文水資源研究越來越注重實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的理念，開始強調(diào)人與自然的和諧相處。在水土資源開發(fā)活動中，準(zhǔn)確的掌握水循環(huán)的演變規(guī)律及驅(qū)動機制，是有效發(fā)揮區(qū)域水資源生態(tài)環(huán)境效益及社會經(jīng)濟效益的主要途徑?，F(xiàn)代水資源及水循環(huán)的調(diào)控呈現(xiàn)多元化的發(fā)展趨勢，人類社會發(fā)展更多的強調(diào)水安全、生態(tài)安全及環(huán)境安全的發(fā)展目標(biāo)。水文學(xué)自1851年誕生以來，在不斷的發(fā)展中逐漸形成了完整的科學(xué)體系，20世紀(jì)中期開始水資源學(xué)也不斷的建設(shè)其學(xué)科體系。20世紀(jì)末，世界性水危機出現(xiàn)并不斷的惡化，水文水資源研究變得更具復(fù)雜性及挑戰(zhàn)性。隨著現(xiàn)代技術(shù)手段的不斷推動，人們在解決水問題的實踐中實現(xiàn)了水文水資源研究理論及方法的不斷完善。社會經(jīng)濟發(fā)展下新的水問題不斷的出現(xiàn)，要求現(xiàn)代水文水資源的理念及方法應(yīng)不斷的進步、優(yōu)化，以實現(xiàn)水資源安全利用及可持續(xù)利用。

1 水問題及現(xiàn)代水文水資源學(xué)科設(shè)置

1.1 我國面臨的主要水問題

隨著干旱缺水、洪澇災(zāi)害及水資源惡化問題的發(fā)展，水資源短缺問題成為了制約人類經(jīng)濟、農(nóng)業(yè)社會發(fā)展的重要因素，我國水資源總量為28000多億立方米，居世界第六，人均占有量僅為2 300 m3，為世界人均水平的1/4，我我國北方地區(qū)干旱缺水現(xiàn)象嚴(yán)重。我國666個城市中，400多個城市供水不足，日缺水達1 600萬 m3，年缺水量達60多億 m3。缺水造成的直接工業(yè)產(chǎn)值為 2000多億元，農(nóng)村3 000多萬人及數(shù)千牲畜用水難以保障。全國1/4人口飲水未達標(biāo)，影響人們健康。我國水體污染嚴(yán)重，在10萬 km的長河中，遭污染的河長達47%以上并持續(xù)增加，海河63%以上遭到污染。90%以上城市的水域受到污染。地下水破壞面積達1 500km2以上，全國20多個城市出現(xiàn)地面塌陷問題。

1.2 “自然-人工”二元水循環(huán)模式

水問題的出現(xiàn)反映了人類社會活動造成的自然、資源及生態(tài)效應(yīng)間的失衡，當(dāng)人類的資源開發(fā)力度超過自然資源的承載力時，便會出現(xiàn)各種矛盾，應(yīng)注重水循環(huán)的多維調(diào)控。自“一元”水資源模式下，太陽光能與地球勢能共同作用，推動水循環(huán)的發(fā)展。就垂直角度而言，云的形成、降水、蒸騰、蒸發(fā)、地表入滲及冠層截留等基本過程有序運作，實現(xiàn)了地表水循環(huán)。在水平方向，河道匯流、地下水補給、地表排泄等基本過程存在，實現(xiàn)水循環(huán)。在大氣水汽運輸下，陸地水循環(huán)、海上水循環(huán)、海陸間水循環(huán)等共同促進了水循環(huán)的“一元”模式。隨著人類水土開發(fā)活動的推進，“一元”水循環(huán)模式逐漸被“自然-人工”下的二元水循環(huán)模式所替代。二元水循環(huán)模式是人類活動及全球變化下水循環(huán)演變的集中體現(xiàn)，其與一元水循環(huán)模式在動力條件、水循環(huán)參數(shù)及結(jié)構(gòu)等方面存在一定的差異。就動力條件而言，二元模式在老驢太陽能、重力勢能的同時，還要考慮人類活動中人工熱釋放等對水循環(huán)的影響。二元循環(huán)結(jié)構(gòu)對“坡道-河面”水循環(huán)進行描述，客觀的表達人類“取水、用水、輸水、耗水及排水”等社會水循環(huán)過程。就水循環(huán)參數(shù)表達而言，降水、地下水、徑流等基本水文參數(shù)與用水量、輸水效率、取水量及耗水率等基本人工參數(shù)有效的結(jié)合，全面的反映水循環(huán)的整體情況。二元水循環(huán)演變模式是 人類認識水循環(huán)演變規(guī)律的主要途徑。

1.3 水循環(huán)及其綜合效應(yīng)分析

傳統(tǒng)水文水資源研究以水量為基礎(chǔ)，進行“坡面-河道”及社會水循環(huán)過程的研究，而對水化學(xué)、水沙及水生態(tài)等過程的研究較少，無法進行學(xué)科的識別及多維調(diào)控，環(huán)境多變現(xiàn)狀下供水、用水、水生態(tài)安全及水環(huán)境等問題的調(diào)控工作有待完善。在自然界物質(zhì)遷移過程中，水循環(huán)扮演著重要的角色，泥沙、營養(yǎng)物及污染物等隨著水循環(huán)不斷的遷移、轉(zhuǎn)化，流域生態(tài)格局的變化會引起區(qū)域下墊面條件的變化，進而影響蒸騰、入滲及冠層截留等環(huán)節(jié)，坡面及河道的粗糙度也會受到相應(yīng)的影響，水沙過程的變化會造成河流吸附大量的污染物，造成嚴(yán)重的水污染。水沙過程還會影響河流的發(fā)育形態(tài)，影響整個水文過程。現(xiàn)代水文水資源研究對水循環(huán)演變機理的認識及有效調(diào)控，應(yīng)以水循環(huán)及其伴生過程的定量表達及綜合分析為基礎(chǔ)，科學(xué)評價其綜合效應(yīng)。

1.4 現(xiàn)代水文水資源學(xué)科體系

現(xiàn)代水文水資源學(xué)科體系的具體設(shè)置是綜合考慮當(dāng)下水文水資源研究現(xiàn)狀、世界范圍內(nèi)水問題及基本科學(xué)等方面因素的結(jié)果。整個體系中的環(huán)節(jié)層，以天然水循環(huán)及社會水循環(huán)為主，其中，降水、蒸發(fā)、匯流、排泄、入滲、產(chǎn)流補給等屬于天然水循環(huán)環(huán)節(jié)，而取水、耗水、用水、排水及廢水的循環(huán)處理及利用等屬于社會水循環(huán)環(huán)節(jié)。以上兩個方面也是水資源學(xué)及傳統(tǒng)水文學(xué)的主要研究內(nèi)容。通過水文各環(huán)節(jié)的有效整合，形成大氣、地表、土壤及地下水過程等一系列天然水循環(huán)，隨著現(xiàn)代社會水循環(huán)中的原水調(diào)度、用戶用水、水分配、污水排放及水資源的再生環(huán)節(jié)等的有序開展，現(xiàn)代水文水資源學(xué)科體系逐步形成并不斷的實現(xiàn)自身的優(yōu)化。天然水循環(huán)與人工水循環(huán)的有效結(jié)合是促使“自然-人工”二元水循環(huán)模式形成的基礎(chǔ)，在學(xué)科體系的調(diào)控層，研究人員對水循環(huán)伴生的水化學(xué)、生態(tài)過程及水沙等的演變及區(qū)域內(nèi)環(huán)境及生態(tài)效應(yīng)進行分析，制定出合理的水利、結(jié)構(gòu)及材料措施。流域基礎(chǔ)上的陸地水循環(huán)與海洋水循環(huán)研究的相互結(jié)合，幫助研究人員了解并掌握全球水循環(huán)演變機制及主要規(guī)律，現(xiàn)代水文水資源海陸循環(huán)層的研究，有效的推動了海陸水資源的合理開發(fā)利用。水循環(huán)巖石層、生物層級大氣層等研究的結(jié)合，是現(xiàn)代水文水資源科學(xué)體系制定的主要依據(jù)。

2 現(xiàn)代水文水資源學(xué)科體系研究前沿及熱點

2.1 現(xiàn)代水文水資源研究前沿

現(xiàn)代社會發(fā)展注重水資源的安全利用、高效開發(fā)及可持續(xù)化的利用，就國內(nèi)外相關(guān)研究來說，水文水資源研究的重點在于水資源的評價、配置、調(diào)度、利用效率及管理等方面。其中，水資源的評價工作是進行水源調(diào)控及綜合管理的基礎(chǔ)，目前，水資源評價的基本口徑為徑流性的水資源，其評價目標(biāo)是靜態(tài)化的天然水源，選用費分離式的評價模式，采取分區(qū)集總式的手段進行水資源評價。具體評價環(huán)節(jié)，由于評價口徑及模式的影響，資源的多元有效性難以體現(xiàn)，評價脫離了水資源規(guī)劃的實際需求，由于缺乏一定的定量評價手段，評價結(jié)果存在一定的誤差。早期的經(jīng)濟社會發(fā)展過程中，忽視了水資源的保護，掠奪性開發(fā)方式下資源價值無法體現(xiàn)，因此，水文水資源評價急需制定一種新價值評價體系，建立綜合經(jīng)濟環(huán)境核算指標(biāo)體系。實現(xiàn)經(jīng)濟的良性發(fā)展，考慮環(huán)境的承受能力。

在水庫調(diào)度中，計算機技術(shù)與遙感技術(shù)的應(yīng)用提高了水資源實時調(diào)度的效率，隨著水庫防洪系統(tǒng)的不斷完善，我國在長江與黃河等重點河段建設(shè)了完善了預(yù)報系統(tǒng)，調(diào)度管理模式及方法不斷的優(yōu)化，多功能、多用途模型在系統(tǒng)防洪中發(fā)揮著重要的作用，定性與定量評價方式、人工智能技術(shù)的應(yīng)用等使得水文水資源調(diào)度工作更加的科學(xué)化。隨著現(xiàn)代流域水資源實時調(diào)度新研究課題的提出，二元水循環(huán)模式下的整體流域水源調(diào)度工作致力于可操作調(diào)度平臺的建設(shè)。

2.2 現(xiàn)代水文水資源研究熱點

國內(nèi)外水文水資源研究中，主要的熱點問題在于水資源的合理配置及優(yōu)化管理新方法及技術(shù)的研究，研究人員重點關(guān)注水文、水資源、生態(tài)環(huán)境及經(jīng)濟發(fā)展的綜合管理模型建設(shè)，隨著人們可持續(xù)發(fā)展理念及用水安全意識的強化，研究人員在水質(zhì)安全及公共健康方面展開研究，重點進行地下水層的修復(fù)保護研究，通過水資源管理決策中不確定風(fēng)險因素研究及分析，保證人們用水安全，進行水資源流域管理中公共參與決策機制的建立與研究。

3 我國水文水資源研究體系及研究方向

3.1 我國水文水資源研究體系

從我國水問題出發(fā)，建立了以基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究及應(yīng)用研究為主的水文水資源研究體系，基礎(chǔ)研究層面對二元驅(qū)動下的水循環(huán)及其伴生的水化學(xué)、水沙及水生態(tài)等過程進行研究與識別，應(yīng)用基礎(chǔ)研究層面開展水資源評價、配置、調(diào)度、水權(quán)分配及水價等方面的理論研究及技術(shù)研究。而應(yīng)用研究層次專注于節(jié)水社會、水生態(tài)建設(shè)、水環(huán)境保護、水資源綜合管理、水利工程建設(shè)、飲水安全及防災(zāi)減災(zāi)等應(yīng)急管理方面的研究，應(yīng)用層面的研究以水利開發(fā)、水生態(tài)修復(fù)、民生水利及水環(huán)境治理為主。

3.2 我國水文水資源研究方向

在考慮我國水問題實際需求，結(jié)合國內(nèi)外水文水資源研究進展來說，我國水文水資源研究的主要方向有以下幾個方面：

流域內(nèi)水循環(huán)調(diào)控與演變模式，主要包括在特定流域范圍內(nèi)“自然-人工”二元水循環(huán)模式演變模式的研究、從屬性功能出發(fā)的流域內(nèi)水循環(huán)綜合調(diào)控理論與方法研究、多維臨界下的水循環(huán)定量調(diào)控模式研究。流域水循環(huán)數(shù)字平臺研究及綜合模擬，是指二元模式下信息采集的多元化與同步技術(shù)的研究、大氣-地表-土壤地下循環(huán)過程綜合模擬研究、流域內(nèi)水量循環(huán)及伴生水沙、水化學(xué)等過程的綜合模擬研究、水循環(huán)集成數(shù)字平臺建設(shè)及水環(huán)境虛擬技術(shù)研究?，F(xiàn)代水文水資源中的流域資源綜合評價研究，對地表水、地下水、大氣水、土壤水等水資源的實時化、動態(tài)化監(jiān)控與評價。水質(zhì)評價、水資源利用率評價及利用效用等一體化的評價研究。實現(xiàn)水資源合理配置的技術(shù)及理論研究，包括水資源配置評價技術(shù)、資源配置建模技術(shù)、資源分析及需求預(yù)測及調(diào)控技術(shù)、資源配置的決策機制及技術(shù)等。水資源調(diào)度技術(shù)與理論研究，包括來水、需水預(yù)測，調(diào)度方案制定、修正、評價技術(shù)，調(diào)度決策及指揮系統(tǒng)等方面的研究。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國水文水資源研究在節(jié)水型社會建設(shè)領(lǐng)域進行了深入的研究，進行水環(huán)境保護及生態(tài)修復(fù)等方面的研究，關(guān)注水資源綜合管理理論及技術(shù)方面的創(chuàng)新。保證區(qū)域內(nèi)用水安全，實現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置。

4 總結(jié)

綜上所述，隨著全球范圍內(nèi)水問題的凸顯，人類越來越注重資源、環(huán)境與社會的協(xié)調(diào)發(fā)展，水文水資源學(xué)科體系的設(shè)置是開展水資源研究的基礎(chǔ)，應(yīng)依據(jù)人類的發(fā)展需求及水資源現(xiàn)狀，科學(xué)設(shè)置學(xué)科體系，通過水資源評價體系及安全管理機制的建立，在實現(xiàn)水資源科學(xué)開發(fā)利用的基礎(chǔ)上進行資源的保護，提高水資源的利用效率。

[1]王浩,嚴(yán)登華,賈仰文,等. 現(xiàn)代水文水資源學(xué)科體系及研究前沿和熱點問題[J]. 水科學(xué)進展.2010.04:479-489.

[2]孟香林.分析現(xiàn)代水文水資源學(xué)科體系及研究前沿和熱點問題[J]. 內(nèi)蒙古水利.2014.05:5-6.