西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全保障技術(shù)集成與應用

馮 起，龍愛華，王寧練，鐘德鈺，薛聯(lián)青，李福生，席海洋，溫小虎，司建華

（1.中國科學院 西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅 蘭州730000；2.中國水利水電科學研究院，北京100038；3.西北大學，陜西 西安710075；4.清華大學，北京100084；5.石河子大學，新疆 石河子832003；6.黃河勘測規(guī)劃設計研究院有限公司，河南 鄭州450003）

1 水資源安全保障技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀及趨勢分析

西北內(nèi)陸區(qū)地處絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)，是我國生態(tài)安全戰(zhàn)略格局中的重點區(qū)域。然而，該區(qū)水資源短缺，生態(tài)環(huán)境問題嚴峻，水資源供需矛盾日益突出，制約了其經(jīng)濟和社會的發(fā)展［1］。據(jù)研究，21世紀中葉西北內(nèi)陸區(qū)缺水將達每年220億m3［2］，且水資源利用效率和效益低下［3］。

西北內(nèi)陸區(qū)水資源系統(tǒng)獨特，為高山冰雪-山地水源涵養(yǎng)林-平原綠洲-河流終閭湖泊構(gòu)成的內(nèi)陸水文系統(tǒng)和相伴而生的生態(tài)系統(tǒng)［4］，在變化環(huán)境下，區(qū)域的冰川融水、降水徑流、蒸散發(fā)等水循環(huán)要素必然發(fā)生變化，使得西北內(nèi)陸區(qū)水資源系統(tǒng)的變化過程更為復雜、不確定性增大。面向絲綢之路經(jīng)濟帶生態(tài)安全的國家需求，西北內(nèi)陸區(qū)水資源高效利用及綠洲生態(tài)保護是迫切需要解決的問題，如何保障水資源安全是當前的熱點。因此，研究變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)多尺度水循環(huán)過程及水資源安全極為必要。

變化環(huán)境下水循環(huán)和水安全是國際水問題研究的重大課題，也是地球系統(tǒng)科學前沿［5-6］。世界氣象組織、聯(lián)合國科教文組織、國際水文科學協(xié)會、地球系統(tǒng)伙伴計劃等組織機構(gòu)都將變化環(huán)境下水循環(huán)、水資源安全與適應性作為研究重點。干旱內(nèi)陸區(qū)是氣候變化的敏感區(qū)、生態(tài)脆弱區(qū)，是變化環(huán)境下水循環(huán)和水資源安全研究的熱點區(qū)域。

中國“九五”至“十二五”期間針對西北內(nèi)陸區(qū)水循環(huán)和水安全開展了大量研究工作，如國家“九五”科技攻關項目“西北地區(qū)水資源合理開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護研究”［7］、中國科學院重大項目課題“中國西部氣候與環(huán)境演化科學評估”和正在執(zhí)行的國家自然科學基金委員會重大研究計劃項目“黑河流域生態(tài)水文集成”等，已在水循環(huán)機理和水資源轉(zhuǎn)化規(guī)律、生態(tài)水文過程耦合、氣候變化對水循環(huán)和水資源的影響等方面取得了重要進展，打下了由簡單分散向深入綜合層面突破的良好基礎。

2 國內(nèi)外從事相關研究的主要機構(gòu)

美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）從事水循環(huán)過程演化規(guī)律、地表水-地下水轉(zhuǎn)化、氣候變化對水文水資源的影響分析，在長期監(jiān)測的基礎上研發(fā)了一系列全球著名的水文模型，包括PRMS、GSFLOW、HYSEP模型等，研究成果已在全球范圍內(nèi)推廣應用［8］。國際水文科學協(xié)會（IAHS）主要研究全球陸地水的物理、化學和生物過程，水和氣候及其他物理和地理因素的關系，侵蝕泥沙及其和水文循環(huán)的關系，水資源的利用和管理中的水文問題，以及人類活動對水文的影響［9］。WMO通過其科技計劃開展工作，發(fā)起的相關計劃包括水文和水資源計劃（HWRP）、世界氣候計劃（WCP）、世界氣候研究計劃（WCRP）等，推動了全球水文、水循環(huán)方面的研究［10］。以色列耐特菲姆公司主要研究節(jié)水灌溉及自動化系統(tǒng)的集成，已在全球廣泛推廣［11］。美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）主要研究全球跨尺度天氣模擬，涉及大氣環(huán)流動力學過程、大氣邊界層動力學過程、云動力學過程、陸-氣聯(lián)合過程的物理機制與數(shù)值模擬、不同時空尺度精確的數(shù)值氣象預報，建立了Gulfstream IV、WP-3D Orions、Rockwell、Cessna Citation II、DeHavilland Twin Otters、Bell 212、MD369 （Hughes 500） 、Aerofab Lake amphibian aircraft等機理模型［12］。丹麥DHI公司長期從事流域或者區(qū)域水資源分配、水資源供需平衡模擬，開發(fā)了MIKEBASIN水資源分配、供需平衡模型，在水資源規(guī)劃管理和科學研究中應用較多［13］。

中國水利水電科學研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室從事二元水循環(huán)基礎理論、流域水循環(huán)及其伴生過程、復雜水資源系統(tǒng)配置與調(diào)度、流域水沙調(diào)控與江河治理、水循環(huán)調(diào)控工程安全與減災研究，開展了“水資源大系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃與優(yōu)化調(diào)度經(jīng)驗匯編”“華北地區(qū)宏觀經(jīng)濟水資源規(guī)劃理論與方法”“西北地區(qū)水資源合理配置和承載能力研究”“黑河流域水資源調(diào)配管理信息系統(tǒng)”“流域水循環(huán)演變機理與水資源高效利用”“中國水資源及其開發(fā)利用調(diào)查評價”等研究項目，研究成果已經(jīng)應用于我國華北、西北等多個地區(qū)或流域，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益［14］。清華大學水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室主要從事水文學及水資源、水信息學、多相流動力學、流域水量調(diào)度、數(shù)字流域等研究，已開展了“西南河流源區(qū)徑流變化和適應性利用”“天河動力學研究”“巴音河-疏勒河流域空中-地表水資源聯(lián)合利用試驗”的項目研究，成果已應用于青海巴音河流域、疏勒河流域（建立試驗基地），并開展了初步的試驗示范，試驗效果良好［15］。新疆的國家節(jié)水灌溉工程技術(shù)研究中心長期從事干旱區(qū)節(jié)水灌溉理論與技術(shù)、干旱區(qū)水資源優(yōu)化配置與高效利用研究，已開展了“干旱區(qū)灌溉農(nóng)業(yè)高效用水模式及產(chǎn)業(yè)化示范”“準噶爾盆地南緣水資源合理配置及高效利用技術(shù)研究”“南疆典型沙區(qū)水資源高效利用關鍵技術(shù)研究”等項目，研究成果如膜下滴灌技術(shù)已在甘肅、陜西、內(nèi)蒙古、黑龍江、遼寧、廣西、海南等省（區(qū)）推廣和應用，推廣面積已達5.2萬hm2，取得了良好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，同時受到巴基斯坦和塔吉克斯坦等中亞國家的青睞（已推廣膜下滴灌面積0.24萬hm2），我國從節(jié)水技術(shù)的輸入國變?yōu)楣?jié)水技術(shù)的輸出國［16-17］。

中國科學院內(nèi)陸河流域生態(tài)水文重點實驗室從事流域水文與水資源、流域生態(tài)水文過程、生態(tài)恢復和流域管理等研究，已開展了“荒漠綠洲水熱過程與生態(tài)恢復技術(shù)”“中國干旱區(qū)關鍵地表過程及其調(diào)控研究”“綠洲農(nóng)林復合系統(tǒng)水分高效利用研究與示范”“民勤沙漠化防治與生態(tài)修復技術(shù)集成試驗示范研究”“干旱內(nèi)陸河流域生態(tài)恢復的水調(diào)控機理、關鍵技術(shù)及應用”“祁連山涵養(yǎng)水源生態(tài)系統(tǒng)恢復技術(shù)集成及應用”“寒區(qū)水文過程及機理研究”“干旱區(qū)綠洲化過程及可持續(xù)性的調(diào)控途徑與技術(shù)”等項目［18］，相關成果已在黑河流域、石羊河流域、祁連山等地區(qū)生態(tài)恢復過程的水資源綜合調(diào)控與管理中得到廣泛應用，取得了良好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。

黃河勘測規(guī)劃設計研究院有限公司從事水資源安全、水資源綜合規(guī)劃、水資源調(diào)控、水資源配置等研究，開展了“干旱、半干旱區(qū)域旱情監(jiān)測與水資源調(diào)配技術(shù)開發(fā)與應用”“多維臨界調(diào)控模型體系及求解方法研究”“黃河流域旱情監(jiān)測與水資源調(diào)配技術(shù)研究與應用”“南水北調(diào)西線工程合理調(diào)水規(guī)模和配置方案研究”“黃河流域及西北諸河水資源綜合規(guī)劃”等項目［19］，研究成果在黃河流域、西北內(nèi)陸河地區(qū)廣泛應用與推廣，取得了顯著的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。

然而，變化環(huán)境下面向生態(tài)安全的西北內(nèi)陸區(qū)水資源配置研究薄弱，對國家內(nèi)陸區(qū)水安全保障決策的技術(shù)支撐不足；特別是西北內(nèi)陸區(qū)水資源“開源”仍主要局限于傳統(tǒng)的地表水與地下水水源，而針對空中水資源、苦咸水、礦井疏干水與再生水等非常規(guī)水源的開發(fā)與高效利用的技術(shù)研發(fā)沒有得到足夠重視與實踐［20］；流域尺度的水資源調(diào)配等技術(shù)體系尚有爭議。

因此，應從開源、節(jié)流兩方面重點突破保水節(jié)水、空中與地表水資源聯(lián)合利用、水資源-經(jīng)濟社會-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化等關鍵技術(shù)，進行水資源-經(jīng)濟社會-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化配置，構(gòu)建水資源安全保障體系，緩解水資源短缺壓力，為絲綢之路經(jīng)濟帶水資源安全保障提供科技支撐。以變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全保障為需求，構(gòu)建適宜西北內(nèi)陸區(qū)的水資源安全評價理論方法，定量評價西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全狀況，闡明變化環(huán)境下水循環(huán)演化關鍵過程，集成保水節(jié)水、多水源開發(fā)利用、荒漠綠洲生態(tài)保護等技術(shù)體系，創(chuàng)建面向生態(tài)的荒漠綠洲水資源調(diào)配技術(shù)體系、水資源-經(jīng)濟社會-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化技術(shù)，提出西北內(nèi)陸區(qū)水資源配置方案、保障體系與對策，為“一帶一路”水資源安全提供支撐。分析變化環(huán)境下水循環(huán)演化過程、水資源高效利用及水調(diào)控機理和水資源安全評價理論方法；開展綜合保水-節(jié)水技術(shù)、空中與地表水資源聯(lián)合利用技術(shù)、水資源調(diào)配技術(shù)體系和水資源-經(jīng)濟社會-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化技術(shù)研究；提出西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全配置方案、西北內(nèi)陸區(qū)水資源高效利用與安全保障對策；將新的理論方法、關鍵技術(shù)方案、軟件平臺、技術(shù)專利、政策建議等應用于西北內(nèi)陸區(qū)水利、農(nóng)業(yè)、生態(tài)建設、環(huán)保、水資源評價等，發(fā)揮作用，創(chuàng)造社會經(jīng)濟效益。

3 關鍵科學問題和研究方向

3.1 關鍵科學問題

探究變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)水循環(huán)關鍵過程，揭示水資源高效利用及綠洲生態(tài)保護水調(diào)控機理，提出水資源安全評價理論方法是關鍵科學問題。同時，研發(fā)西北內(nèi)陸區(qū)綜合保水-節(jié)水技術(shù)，突破空中與地表水資源聯(lián)合利用關鍵技術(shù)，構(gòu)建荒漠綠洲生態(tài)保護水調(diào)控技術(shù)，集成水資源-經(jīng)濟社會-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化技術(shù)是關鍵技術(shù)問題。

3.2 研究方向

（1）西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全狀況與風險評估。重點圍繞“一帶一路”與生態(tài)文明建設這一重要因素，提出變化環(huán)境下適宜西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全及其風險評價、水資源承載潛力分析方法與模型技術(shù)，全面定量評價變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全風險。

收集西北內(nèi)陸區(qū)不同尺度的水資源、社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境資料信息，開展西北內(nèi)陸區(qū)水資源評價，分析西北內(nèi)陸區(qū)水資源特征及演變情勢；開展研究區(qū)水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查評價，研發(fā)西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全評估模型，評估西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全狀況；構(gòu)建適宜于西北內(nèi)陸區(qū)水資源承載潛力分析的理論方法和指標體系，在水資源高效利用、非常規(guī)水資源開發(fā)利用、跨流域調(diào)水等多水源開發(fā)利用現(xiàn)狀條件下，評估西北內(nèi)陸區(qū)水資源承載潛力；識別西北內(nèi)陸區(qū)水資源供需影響因素，分析其相互作用機制，構(gòu)建西北內(nèi)陸區(qū)水資源供需分析模型，提出多種情景下水資源供需方案，綜合分析西北內(nèi)陸區(qū)未來水資源供需形勢；建立面向變化環(huán)境的西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全風險評估理論方法和模型，定量評估西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全及其風險。

（2）變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)多尺度水循環(huán)過程與系統(tǒng)模擬。揭示氣候變化對冰雪融水、森林徑流、草地徑流以及出山徑流變化的影響機制，揭示變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)冰雪消融、降水徑流、綠洲耗水的系統(tǒng)水循環(huán)過程及其調(diào)控機理，預測西北內(nèi)陸區(qū)變化環(huán)境下水循環(huán)要素及水資源演化趨勢。開展西北內(nèi)陸區(qū)冰川消融、降水徑流、綠洲耗水、地表水-地下水轉(zhuǎn)化等關鍵水循環(huán)要素的時空變化特征研究。

構(gòu)建高寒山區(qū)分布式水文模型、綠洲地表-地下水轉(zhuǎn)化模型、荒漠綠洲生態(tài)耗水模型，分析冰雪消融的變化規(guī)律、降水對出山徑流的影響、綠洲耗水規(guī)律，闡明變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)冰雪消融、降水徑流、綠洲耗水的系統(tǒng)水循環(huán)過程。

耦合高寒山區(qū)分布式水文模型和綠洲區(qū)、荒漠區(qū)水循環(huán)模型，揭示變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)典型流域多尺度水循環(huán)機理。

以CMIP5中GCMs氣候變化情景作為驅(qū)動，模擬分析未來氣候變化對冰雪融水、降水徑流、蒸散發(fā)等水循環(huán)要素的影響，分析土地利用變化對水資源的影響，預測西北內(nèi)陸區(qū)變化環(huán)境下水循環(huán)要素及水資源演化趨勢。

（3）多水源開發(fā)利用關鍵技術(shù)試驗與示范。解決主要問題即評估西北內(nèi)陸區(qū)空中水汽資源化潛力，提出空中與地表水資源聯(lián)合利用技術(shù)，集成微咸水、礦井疏干水資源利用技術(shù)和面向生態(tài)的再生水資源利用技術(shù)。

分析空中水資源遷移、轉(zhuǎn)化過程，揭示其落地后的遷移、轉(zhuǎn)化及其在水資源系統(tǒng)中的演化特征和一般規(guī)律，評估西北內(nèi)陸區(qū)空中水資源開發(fā)潛力，確定西北內(nèi)陸區(qū)典型流域空中水資源開發(fā)與利用的承載與調(diào)控能力。

分析空中水資源化利用對流域水資源的影響，建立“空-地”水循環(huán)流域水資源演化模型，揭示“空-地”聯(lián)合水資源系統(tǒng)一般動力學特征和變化規(guī)律，構(gòu)建空中與地表水資源聯(lián)合利用分析平臺，優(yōu)化空中與地表水資源聯(lián)合高效利用模式，在巴音河—疏勒河開展試驗驗證和效果評估。

分析西北內(nèi)陸區(qū)微咸水和礦井疏干水分布范圍、數(shù)量質(zhì)量，評估微咸水、礦井疏干水開發(fā)利用潛力和應用風險，研發(fā)西北內(nèi)陸區(qū)微咸水和礦井疏干水的開發(fā)技術(shù)，形成微咸水和礦井疏干水資源合理利用模式。

分析西北內(nèi)陸區(qū)再生水利用現(xiàn)狀、存在的問題，評估再生水利用潛力和應用風險，集成再生水資源在城市綠化、防護林建設、河湖濕地等的利用技術(shù)，提出西北內(nèi)陸區(qū)面向生態(tài)的再生水綜合利用模式。

（4）西北內(nèi)陸區(qū)保水節(jié)水技術(shù)集成與應用。集成水源涵養(yǎng)區(qū)水文調(diào)蓄功能提升技術(shù)、山前生態(tài)系統(tǒng)水土保持技術(shù)、庫-渠水量高效輸配技術(shù)，提出綠洲灌區(qū)農(nóng)田和防護林高效節(jié)水技術(shù)。

分析山區(qū)水源涵養(yǎng)功能空間分異規(guī)律，量化不同生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能，研發(fā)水源涵養(yǎng)功能增儲潛力優(yōu)化技術(shù)、水源涵養(yǎng)林植被空間配置與結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，集成水源涵養(yǎng)區(qū)水文調(diào)蓄功能提升技術(shù)。

分析山前生態(tài)系統(tǒng)的水土流失特征，研發(fā)坡地集水、梯田蓄水、田間微集水等水土保持技術(shù)，集成集水補充灌溉、抗旱保墑、林灌草配置等技術(shù)，提出山前生態(tài)系統(tǒng)水土保持技術(shù)模式。

建立干旱寒冷地區(qū)輸水渠道防滲-抗凍脹的耦合力學模型，提出襯砌材料、結(jié)構(gòu)與凍土地基相適應的渠道防滲抗凍脹技術(shù)；建立山區(qū)水庫與平原水庫聯(lián)合調(diào)度模型，集成山區(qū)-平原水庫群協(xié)同運行模式，提出綠洲灌區(qū)水量輸配方案，形成綠洲灌區(qū)庫-渠水量高效輸配技術(shù)。

分析不同灌溉類型區(qū)農(nóng)田節(jié)水灌溉效率及效益，優(yōu)化西北內(nèi)陸區(qū)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，研發(fā)滴灌系統(tǒng)信息化控制與管理技術(shù)，建立以水權(quán)制度為核心的水資源管理模式，集成工程、農(nóng)藝、管理綜合節(jié)水技術(shù)，提出西北內(nèi)陸不同灌溉區(qū)適宜的節(jié)水灌溉模式。

分析西北內(nèi)陸區(qū)節(jié)水模式下農(nóng)田防護林體系格局演變特征，確定綠洲灌區(qū)農(nóng)田防護林抗逆樹種及配置模式；研發(fā)保水劑及非常規(guī)水灌溉等防護林建植技術(shù)，提出節(jié)水模式下農(nóng)田防護林適宜的灌溉方式及灌溉制度，構(gòu)建西北內(nèi)陸區(qū)綠洲節(jié)水型防護林技術(shù)體系。

（5）荒漠綠洲生態(tài)保護的水資源調(diào)控關鍵技術(shù)集成示范。提出荒漠綠洲生態(tài)穩(wěn)定的地下水位控制技術(shù)、過渡帶結(jié)構(gòu)優(yōu)化水分穩(wěn)定技術(shù)，集成荒漠綠洲生態(tài)穩(wěn)定的地表水與地下水聯(lián)合調(diào)控技術(shù)體系；建立面向生態(tài)的流域尺度水資源優(yōu)化調(diào)度方案；建立面向生態(tài)的多目標水資源優(yōu)化配置模型，提出流域中、下游生態(tài)水量實時調(diào)度方案；確定渠系水利用系數(shù)的最優(yōu)化組合，研發(fā)綠洲區(qū)地表水優(yōu)化配置技術(shù)、河-渠輪灌技術(shù)；集成綠洲過渡帶低耗水林灌草優(yōu)化配置技術(shù)、雨養(yǎng)植被恢復集流技術(shù)；提出荒漠綠洲生態(tài)穩(wěn)定的地表水與地下水聯(lián)合調(diào)控技術(shù)。

確定荒漠綠洲不同植被類型適宜的地下水位閾值；研發(fā)植被生長關鍵需水期適時地下水補水技術(shù)，集成綠洲植被群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化的水分穩(wěn)定技術(shù)，地下水采補平衡技術(shù)，河道滲灌、渠灌、井灌補水的地下水位控制技術(shù)；形成荒漠綠洲生態(tài)穩(wěn)定的地下水位調(diào)控關鍵技術(shù)體系。

提出不同類型荒漠綠洲過渡帶植被群落優(yōu)化配置結(jié)構(gòu)。研發(fā)荒漠綠洲過渡帶植被群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化的水分穩(wěn)定技術(shù)；集成荒漠綠洲過渡帶天然植被保護、雨養(yǎng)植被補植、低耗水植被引種技術(shù)，建立荒漠綠洲過渡帶植被保護水調(diào)控技術(shù)模式；集成荒漠綠洲過渡帶河岸林退化區(qū)更新技術(shù)，提出荒漠綠洲過渡帶植被恢復與重建配套生態(tài)保護水調(diào)控技術(shù)模式。

分析西北內(nèi)陸區(qū)社會經(jīng)濟用水與生態(tài)建設需水的雙重需求，研制面向生態(tài)的內(nèi)陸河流域水庫群與引水工程聯(lián)合調(diào)度新規(guī)則、不同流域生態(tài)水量調(diào)度技術(shù)，生態(tài)調(diào)度模型算法并以典型流域開展案例研究，提出基于生態(tài)用水安全的流域尺度水資源優(yōu)化配置技術(shù)及調(diào)度方案。

（6）西北內(nèi)陸區(qū)水資源多維協(xié)同配置與安全保障體系。集成保水節(jié)水、生態(tài)水調(diào)控、多水源利用等技術(shù)，建立西北內(nèi)陸區(qū)水資源-經(jīng)濟社會-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化配置技術(shù)，提出水資源安全保障配置方案與保障體系。

集成西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全保障的保水節(jié)水、生態(tài)水調(diào)控、多水源利用等水資源調(diào)控技術(shù)，解析西北內(nèi)陸區(qū)不同用戶需水量、多種水源可供水量及其時空分布格局，提出西北內(nèi)陸區(qū)水資源供需分析邊界。

分析西北內(nèi)陸區(qū)水資源的經(jīng)濟、社會、生態(tài)、環(huán)境等多維屬性特征及關聯(lián)性，構(gòu)建具有時空分析、過程模擬功能的西北內(nèi)陸區(qū)水資源-經(jīng)濟社會-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化配置模型，提出多維協(xié)同優(yōu)化配置技術(shù)。

構(gòu)建西北內(nèi)陸區(qū)水資源系統(tǒng)網(wǎng)絡關系，應用水資源-經(jīng)濟社會-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化配置模型，優(yōu)化提出西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全保障綜合配置方案，評估配置方案實施的經(jīng)濟、社會和生態(tài)環(huán)境效果。

從供給、需求、技術(shù)、政策、管理等方面構(gòu)建西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全保障框架與體系；結(jié)合西北內(nèi)陸區(qū)未來水資源安全狀況、經(jīng)濟社會發(fā)展需要與生態(tài)文明建設，提出變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全保障的對策建議，支撐絲綢之路經(jīng)濟帶水資源安全。

4 基礎和技術(shù)前沿問題

4.1 理論創(chuàng)新

揭示西北內(nèi)陸區(qū)空中水汽資源化的轉(zhuǎn)換規(guī)律，建立集冰雪消融、山區(qū)降水徑流、荒漠綠洲耗水的系統(tǒng)水循環(huán)過程模型，構(gòu)建適宜西北內(nèi)陸區(qū)的水資源安全評價理論方法。

4.2 技術(shù)創(chuàng)新

綜合集成水源涵養(yǎng)區(qū)的水文調(diào)蓄功能提升、山前生態(tài)系統(tǒng)水土保持、綠洲防護林節(jié)水、田間水量調(diào)控等技術(shù)，創(chuàng)新西北內(nèi)陸區(qū)保水節(jié)水技術(shù)；研發(fā)空中與地表水資源聯(lián)合利用技術(shù)，提出多水源多目標的非常規(guī)水資源利用技術(shù)，創(chuàng)新水資源開發(fā)利用新途徑；從水資源配置、調(diào)控、利用等途徑，集成荒漠綠洲生態(tài)穩(wěn)定的地表與地下水聯(lián)合調(diào)控技術(shù)，建立荒漠綠洲過渡帶結(jié)構(gòu)優(yōu)化的水分利用模式，創(chuàng)建面向生態(tài)的荒漠綠洲水資源調(diào)配技術(shù)體系；構(gòu)建水資源-經(jīng)濟社會-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化技術(shù)，提出西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全保障體系和配置方案，突破傳統(tǒng)單一的水資源供需配置方法。

4.3 集成創(chuàng)新

在西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全評價和水循環(huán)演化過程研究的基礎上，集成保水節(jié)水、空中與地表水資源聯(lián)合利用、面向生態(tài)的荒漠綠洲水資源調(diào)配等技術(shù)，開展綜合示范應用，提出西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全保障方案及其配套技術(shù)，支撐絲綢之路經(jīng)濟帶水資源安全。

開展西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全風險評估，為國家內(nèi)陸區(qū)水安全保障決策提供重要科學依據(jù)；研究變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)水循環(huán)關鍵過程，提高預測變化環(huán)境下水循環(huán)要素及水資源變化趨勢的準確性和科學性；揭示水資源高效利用及綠洲生態(tài)保護水調(diào)控機理，為西北內(nèi)陸區(qū)水資源開發(fā)利用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)建設的管理決策提供理論依據(jù)；構(gòu)建適宜西北內(nèi)陸區(qū)的水資源安全評價理論方法，完善水資源安全評價理論，可促進相關領域的學科發(fā)展，提升我國在水資源安全評價研究領域的國際影響力。

（1）空中與地表水資源聯(lián)合利用技術(shù)開辟了水資源開發(fā)的新途徑，保水-節(jié)水及微咸水、礦井疏干水、再生水高效利用和荒漠綠洲水資源調(diào)配等技術(shù)可有效提升西北內(nèi)陸區(qū)水資源利用效率、緩解水資源短缺壓力，改善研究區(qū)的生產(chǎn)和生活環(huán)境條件，促進西北內(nèi)陸區(qū)的社會穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展，保障絲綢之路經(jīng)濟帶建設中的水資源安全。另外，示范園區(qū)建設可帶動相關行業(yè)的發(fā)展，增加群眾收入，促進社會經(jīng)濟發(fā)展。

（2）微咸水、礦井疏干水、再生水高效利用技術(shù)可促進微咸水在沙產(chǎn)業(yè)培育，礦井疏干水在農(nóng)田灌溉和再生水在城市綠化、防護林建設、河湖濕地等中的綜合利用，減少產(chǎn)業(yè)培育及生態(tài)保護的經(jīng)濟投入。保水節(jié)水技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用，可提高農(nóng)業(yè)用水產(chǎn)值，增加農(nóng)民收入。項目研發(fā)的保水、節(jié)水和水資源高效利用技術(shù)將有效促進節(jié)水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高行業(yè)經(jīng)濟產(chǎn)值，形成水資源高效利用與經(jīng)濟效益提高的良性循環(huán)，促進經(jīng)濟繁榮。

（3）面向生態(tài)的再生水資源利用技術(shù)可提高水資源利用效率、降低河道水污染風險、改善居民生活環(huán)境質(zhì)量；水源涵養(yǎng)區(qū)水文調(diào)蓄功能提升和山前生態(tài)系統(tǒng)水土保持技術(shù)可有效降低徑流泥沙含量、改善流域水質(zhì)、恢復森林和草地生態(tài)系統(tǒng)服務功能；綠洲灌區(qū)農(nóng)田防護林節(jié)水技術(shù)、荒漠綠洲生態(tài)穩(wěn)定的地表水與地下水聯(lián)合調(diào)控技術(shù)、荒漠綠洲生態(tài)穩(wěn)定的地下水位控制技術(shù)、荒漠綠洲過渡帶結(jié)構(gòu)優(yōu)化的水分利用模式和流域尺度生態(tài)水量調(diào)度方案等可促進區(qū)域植被恢復、保護植物多樣性、減小沙漠化危害和保護地下水，從而改善西北內(nèi)陸區(qū)的生態(tài)環(huán)境。