水文与水资源工程研究方向范文1
关键词：前沿 水科学 水文水资源 环境水利 农田水利
水科学的研究是二十世纪末期人类极为关注的课题之一。自然界中水演化规律的复杂性，人类活动对天然水影响的日益加剧，致使水问题愈加突出，从而极大地影响和制约了人类社会的生存和发展。高新技术在水科学研究中的应用，有力地推动了水科学的研究进程。本文分析了水文水资源、环境水利、农田水利等学科在21世纪初研究的前沿问题。
1 水文水资源
水文水资源学科分为水文极值理论与计算、水文预报理论与方法、水资源开发利用管理理论与方法等3个方向，目前是水科学研究中比较活跃的一个分支。
水文学研究的对象主要为大气、植被、地表、土壤及含水层中的水分运移和相互间的水分转化[1]。目前研究的重点和难点问题主要有：空间分布问题、水文尺度问题、稳定化数值算法问题、分布参数计算、区间入流反演、单宽入流过程的反推等。引入的新理论和新方法有神经网络模型、灰色模型、遗传算法、分形、混沌理论等。水文预报方法中数学模型的研究由黑箱模型发展到概念性模型，目前这一领域的研究主要集中在概念性模型的参数识别、模型参数的实时矫正技术；随着GIS（地理信息系统）空间信息处理技术及相应计算机软件、高性能微机工作站及数字地形高程（DEM）等技术的出现，使得与水文水环境有关的地理空间数据的获取、管理、分析、模拟和显示变为可能，开始出现了分布式物理水文模型和半分布式物理水文模型等新的洪水预报模型，其中，分布式物理水文模型将在近几年内有较快的发展。今后水文学的主攻方向将是区域尺度大气输入和分布式水文模型相耦合、新技术体系在流域水文学上的应用以及建立数学模型模拟人类活动影响下的地下、地表水质和水量的变化情况[1]。
水资源的优化配置一直是水资源高效利用需要讨论的议题之一，随着近几年来我国北方部分城市严重缺水以及洪、涝、旱等灾害的不断出现，使得该分支的发展越来越受到社会各界的普遍关注，如何使水资源充分发挥作用，使之有利于人类社会的发展成为众多学者为之努力的方向。为减轻洪涝灾害的发生，在分析流域水位径流资料的基础上修建防洪功能水库，通过建立调度决策支持系统减少灾害损失的发生，同时也考虑洪水资源化，将洪水引入到适当地方储存起来，供缺水时使用。长距离调水是我国解决水资源南北分布不均、北方城市严重缺水的重要手段，由此而来的如何合理建立水市场便成为急待解决的问题之一，有关水权、水价的形成机制以及效益补偿机制的建立成为该领域理论与实践研究的前沿课题，这一领域也体现了水资源学与管理学、经济学、社会学、法学等多学科交叉的特色。流域水资源管理从水资源工程的多目标开发和统一管理，逐渐发展为集地下水、地表水、湿地、水生生态系统于一体，统筹规划设计、实施和保护的流域水资源集成管理。以水资源系统工程、大系统多目标优化理论、决策分析以及协商理论和对话机制为基础建立的水资源管理决策支持系统为水资源统一协调管理提供了强有力的支持。
开源节流是解决水资源紧缺问题的主要途径。城市雨水资源化就是一个很好的节水思路。现在城市雨水大多是通过下水道直接进入城市排水系统中，在雨量较大时，常常造成排水不畅，引起城区滞水，给人们生活带来诸多不便。如能将这部分雨水充分利用，对缓解城市水资源短缺，减轻城市排水系统的压力将起到双重作用。
地表水和地下水的相互作用是科学家们所热切关注的话题，目前多从野外试验、示踪剂、模型模拟和仪器测量等方面研究地下水与地表水交错带上发生的各个过程及地下水在质和量上的相互作用。
数字地球、数字流域概念的提出，进一步推动了水文水资源科学的发展。地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）和遥感技术（RS），或称为“3S”系统，在水文水资源研究和应用领域的应用，使得开发整个流域的产汇流过程，对洪水演进和淹没进行三维空间的动态模拟仿真系统成为可能，这些技术的发展无疑对防洪部门的决策具有重要的参考价值。 2 环境水利
环境问题是21世纪全世界各国所面临的重要问题之一，环境水利学科基础研究主要涉及到河流水环境、非点源污染防治及治理、水污染处理工程等方向。
河流水污染是近年来人们普遍关注的主要环境问题之一，我国河流水环境质量总体较差，有必要加强河流水质管理、治理污染和防止污染加剧。目前这方面的研究主要集中在：①研究河流水环境质量发展趋势。建立水环境质量监测网，跟踪研究水环境质量因子在河流中的变化情况，预测河流水环境质量的变化趋势；②河流水环境不确定性风险研究是世界性的难点和热点问题。由于河流的多用途性，使得河流水环境经常会遭到一些意想不到的破坏，而这种破坏是带有突发性和不确定性的，因此给河流水环境的风险研究提出了更高的要求；③建立河流生态环境预警系统。与河流水环境质量发展趋势相对应，如果某个或某些水环境质量因子的发展趋势向着河流生态环境质量恶化的方向发展，并接近生态环境可允许的边缘时，通过发出警报，使人们能够及时采取措施预防和治理；④河流水体的动态耗氧、复氧机理。研究河流的变化应尽量接近河流的天然情况，河流水体的动态耗氧、复氧过程正是基于此而提出的，研究河流水体的动态耗氧、复氧机理对于正确认识河流水体中氧气的耗用情况，进而研究河流水质的发展变化机理有重要意义；⑤江河生态环境最小需水量定量化理论和应用研究。江河生态环境是江河在长期的演化过程中形成和发展起来的较稳定的生态关系，研究江河生态环境最小需水量对保护自然界生态平衡、确定人类可引用的河水数量具有重要参考价值。
非点源污染方面的研究，集中在人类活动对地下水污染的预测和如何对污染物进行治理等方面。由于非点源污染需要综合和显示各种空间信息，利用GIS对空间数据的处理能力及模型的模拟能力，可研究不同的土地利用方式对流域水文和水质的影响。农业非点源污染是造成地表水富营养化的一个主要原因，研究湿地生态系统对农业非点源氮、磷等元素的削减能力，为减轻和控制富营养化提供依据。对湿地非点源污染的控制机理研究将对非点源污染的治理起到积极作用。
水污染处理工程方向的研究愈来愈受到重视，地下水污染是水污染中较难解决的问题之一。我国地下水和土壤污染相当严重，主要污染物是重金属离子和有毒有害有机物，据调查，超过50%的城市地下水受到不同程度的污染。受污染士壤和地下水的修复技术基本上分两类：物理化学类型和生物学类型。物理化学类型包括隔离、泵抽取、地上处理、士壤清洗、萃取、固化和稳定化等；生物修复技术包括地上生物处理和地下现场生物修复等。物理化学类型能够彻底清除土壤和地下水中的污染，其缺点是严重影响士壤的结构和地下水所处的生态环境，而且成本非常高；相比，现场生物修复技术不会破坏生态环境，但是修复过程非常缓慢，效率低。目前出现了一种电动力学修复技术，既能修复受污染的土壤和地下水而又不会破坏生态环境，成为修复技术的发展方向[7]。水污染治理机理研究集中在：微生物措施研究，利用有益微生物保护水源；研究曝气生物滤池中的气液固三相流，提高污水处理效率；研究深层均质滤料滤池处理微污染水的氧化机理等方面。此外，水污染经济损失评估、湖泊富营养化机理、生态环境评价指标体系等方面也是环境水利学科研究的热点问题。
3 农田水利
农田水利研究以农田节水、作物高产为中心，涵盖了节水灌溉理论与方法，节水灌溉综合技术体系，灌溉排水技术与方法等方面的研究。
土壤水与作物关系问题的研究是农田水利研究的基础，围绕着农田土壤水分的转化问题与农田水分的有效利用开展了大量的研究。土壤水研究现已从单学科走向多学科交叉，如水热和溶质的耦合运移，土壤-植物-大气连续体中的水热运移等。其研究特点亦从均质走向非均质，从点的研究走向面（或区域）的研究，从理论研究推进到应用研究。土壤水运移机理研究目前集中在优先流、土壤水参数的测定和确定、土壤水参数的空间变异性、土壤水分运动的随机模型等几个方面。
为缓解农业用水紧张状况或为了提高灌溉水利用率、提高水分生产效率、增加用水者的经济效益或减少劳动力和动力消耗而采取的节水措施主要有：①输配水过程：渠系改建、渠道防渗、管道化输水灌溉、灌区现代化管理；②田间输水过程：水平畦田灌、喷灌、滴灌、渗灌、小管出流、波涌灌（浑水波涌灌）、膜上（下）灌、有限灌溉（限水灌溉、非充分灌溉、调亏灌溉）、集雨灌溉；③作物吸收转化过程：坐水种、机械保墒、化学保墒、秸杆（薄膜）覆盖等。近来，节水灌溉出现的新概念、新方法还有：地下滴灌、微喷灌、节水控盐灌溉、控制性分根交替灌溉、微咸水灌溉[2]等。
灌区现代化管理是获得灌区系统的最优运行、充分发挥工程效益的良好手段。灌溉排水规律的复杂、水资源日趋紧张、综合利用供需矛盾的增加都需要加强灌溉排水系统的集中管理。自动化、GIS、GPS、RS、水情自动测报系统等技术的发展，为实现灌区管理现代化提供了技术支持。实现灌区现代化管理，首先要有灌溉工程控制设备的自动化，其次有先进的系统运行软件对系统控制问题进行决策，从而建立灌区现代化管理决策支持系统，指导灌溉用水过程。
水平畦田灌是田面非常平整条件下的畦灌，要求供水流量大、土地平整精度高。用传统技术难以满足其精度要求，必须在进行大地测量后，采用激光平地技术。该技术在美国等发达国家被称为是地面灌溉最重要的进展之一[8]。波涌灌溉利用了致密层在发展中不断减小田面糙率与土壤入渗特性这一客观规律，逐次为以后各周期的灌溉水流创造了一个加速水流推进与提高减渗效果的新界面。浑水波涌灌溉则是利用含沙量较高的水进行波涌灌概，能够起到更加明显的效果[4]。地下滴灌是目前节水效应最为显著的灌水方式之一，它具有微灌的所有优点，又在生态环境保护方面效果明显，将农、水和生态等学科交叉融合，统一考虑地下滴灌技术参数组合与作物生长发育和水肥利用的关系，能较好地协调土壤水、肥、气等状况，防止土壤板结，为作物创造良好的生长环境，具有明显的节水增产效益。目前该领域的研究主要集中在以提高水肥利用率及根区水分养分运移过程的效率为目标进行的地下滴灌灌水技术参数的优化试验研究。微喷灌具有节水、调节田间小气候等特点，缺点是受风影响大，飘逸损失多。目前，国内外微喷灌工程对水滴分布函数、飘逸蒸发系数研究不够。节水控盐灌溉制度设计模型以作物生长对土壤水盐状态的响应为依据，在分析作物水盐模型和大田水盐平衡理论的基础上，研究淡水、微咸水交替灌溉条件下灌溉制度的优化设计，是节水灌溉制度的一种新的设计方法[5]。控制性分根交替灌溉是一种局部根系受累时既能满足作物水分需求，又能控制蒸腾耗水的农田节水调控新思路[6]。微咸水是我国北方地区重要的水资源，实施微咸水灌溉对北方地区水资源的合理开发利用，提高作物产量，开辟新的灌溉水源、缓解我国北方缺水状况将有重要意义。节水灌溉综合技术体系也叫节水农业技术体系，是为充分利用降水和可用水资源采取水利措施、农业措施和管理措施，提高水的利用率和利用效率，达到农作物高产高效的成套技术。是一项包括水源、输水、田间供水、生物和管理等子系统构成的系统工程[8]。该技术体系可缓解水资源供需矛盾，促进高产、优质、高效农业发展。在排水控制涝渍和盐碱化方面，目前采用的方法有明沟排水、竖井排水、二元结构水文地质条件下的竖井排水、暗管排水、辐射井排水等，研究内容主要集中在对田块、排域的排水模数等方面。分析节水灌溉技术的不同尺度影响，地理信息系统（GIS）在节水评价中的应用也是当前研究的热点问题。
4 小结
水科学的研究已经进入了一个全新的发展时期，研究的对象已经向微观和宏观两个领域的深层次发展，研究的尺度也呈现区域、流域、全球平行发展的态势，各尺度的转换问题研究是当今水科学研究的前沿课题之一。水科学与多学科的交叉仍然是水科学由理论转向实际的重要手段，高科技领域在水文水资源研究中的应用更加广泛；水资源评价已发展到在可持续发展思想指导下，不仅进行水量评价，而且包括水质、水资源保护、水资源经济、水资源管理等全方位评价的评价指标体系；水环境问题的研究中，点污染、线污染和面污染研究并举，并以非点源污染的研究领域有较大的开拓；加强了人类活动对水循环影响的研究；开发研制具有水文过程模拟、水污染控制、水资源规划与管理等功能的流域规划决策支持系统软件等。 参 考 文 献
[1] 刘苏峡.世纪之交的水文研究.水科学进展.2001，12(1).
[2] 沈振荣，等.节水新概念——真实节水的研究与应用.北京：中国水利水电出版社，2000，4.
[3] 彭盛华，等.GIS技术在水资源和水环境领域中的应用.水科学进展，2001，12（2）.
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[6] 史文娟，等.控制性作物根系分区供水的节水机理及研究进展[J].水科学进展，2001，12(2).
水文与水资源工程研究方向范文2
关键词：干旱区；内陆河流域；水文水资源
中图分类号：TV213 文献标识码：A 文章编号：
1 水文水资源研究的发展阶段及面临的主要问题
1.1 研究发展阶段
(1)河川径流测验研究阶段 我国现代水文学研究始于20世纪30年代末, 50年代中期以后,以河流水文为主的水文研究迅速发展,包括边远地区河流水文调查与全国水文区划的研究。新疆的水文工作亦正始于此,1959年成立了水文局,目前,已建立国家基本水文观测站点102处,形成的水文站网控制了山区径流约80%,积累了近50年的实测水文系列资料,为水资源开发利用、农业发展、防洪抗旱和其他国民经济建设提供了重要的决策依据。
(2)水资源评价阶段
20世纪70~80年代,从河流水文(主要是河口水文)逐渐扩大到其它陆地水体,包括冰川、湖泊与沼泽水文及水文过程(如冰川、高山永久积雪融水、降雨产汇流规律,洪水发生成因,河流泥沙运移条件与动力等)的研究。这一时期开展了全国第一次水资源评价,同时一大批大中河流的流域规划也相继展开,水文水资源工作全面进入流域水资源综合评价阶段。
(3)水资源合理配置阶段
20世纪90年代以来,以水文工作为基础,水资源问题与环境水文研究得以迅速发展。由于生态环境的恶化、水资源危机和供需矛盾的加剧,特别是/环境的持续性0和/可持续发展0战略思想被普遍认同,人们对过去不重视生态环境保护,单纯追求经济发展的水资源开发利用模式进行了深刻的反思。在持续与和谐的原则指导下,提出了水资源开发、利用、治理、配置、节约和保护协调发展的治水新思路,要求在统筹考虑生产、生活和生态3方面需水的要求下合理配置水资源,确保国民经济的可持续发展。
1.2 面临的主要问题
根据内陆干旱区河流的地形地貌和径流形成、扩散、消耗的水循环过程及其特点,流域的水文系统由山区水文、绿洲水文和荒漠生态水文所构成。当前,水文研究工作仍主要偏重于山区水文,注重山区来水及径流分析,对中、高山区水文问题、绿洲水文问题和生态水文问题的研究仍十分贫乏。水循环规律的研究,在“空中”、“地下”和“出山”等3个方面存在着明显的弱势。
2 水文水资源研究的特点和发展方向
2.1 研究领域的特点
水文水资源研究是内陆干旱区当今乃至未来人类社会始终关注的课题之一。人类对天然水体及其演化规律影响的日益加剧,致使水资源问题愈加突出,从而极大地影响和制约了人类的生存和发展,同时也给水文水资源研究不断提出新的要求,赋予新的内涵。水文水资源研究领域的拓展,表现为如下趋势与特点:
(1)复杂性 水文水资源研究的领域愈来愈广泛,研究的问题也越来越复杂。
(2)系统性和整体性 水文水资源的研究已愈来愈注重大水系统与社会经济、生态环境系统相联系的系统性和整体性。
(3)联系性 随着可持续发展观念的深入,水文水资源的研究与为人类服务,解决水问题的联系愈来愈紧密。
(4)先进性 数字地球、数字流域、数字水文概念的提出,进一步推动了水文水资源科学的发展。地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)和遥感技术(RS),在水文水资源研究和应用领域的应用,使得研究整个流域的产汇流过程,对水资源问题进行三维空间的动态模拟仿真成为可能。这些技术的应用对水文水资源学科的发展提供了强有力的技术支撑。利用更多的高新技术和信息技术如水文遥感、水文示踪技术和地理信息系统等,人们将能够更多地获取水循环中的一些重要变量信息,弥补常规观测数据的不足,扩大现有水文研究领域,使得认识水文规律复杂性的能力得到明显提高。
2.2 研究发展的方向
围绕/资源水利的治水新思路和水资源开发、利用、治理、配置、节约和保护的现代水利发展要求,内陆干旱区水文水资源研究发展的方向主要表现在以下3个方面:
(1)基础研究 水文极值理论与计算;水文预报理论与新方法和新技术运用;产流与汇流水文过程数字模型;特殊水环境水文定位观测的试验水文研究;绿洲水文;荒漠生态水文;冰川水文等都是当前内陆干旱区水文学研究的主要方向,同时也是水资源问题所关注的基础问题。
(2)应用研究 水循环与水平衡。作为水文基本理论的水循环与水平衡研究,正在宏观与微观尺度上不断扩展与深化。加强人类活动对水循环影响的研究,开发研制具有水文过程模拟、水污染控制、水资源规划与管理功能的流域规划决策支持系统软件等,既是发展水资源确切评价方法的基础,也是农田节水调控、农业合理用水的依据,具有重要的意义和广阔的应用前景。
水资源评价体系。在可持续发展思想指导下,水资源评价不仅进行水量评价,而且包括水质、水资源保护、水资源经济、水资源管理、水资源节约等全方位的评价指标体系。
水循环与水盐平衡。水盐平衡是评价内陆干旱区水循环系统良莠和可持续灌溉农业发展的重要标志。从微观尺度到宏观尺度研究盐分的产生、迁移、分布与积累规律,特别是监测灌区内部的盐分活动与盐分排出,研究荒漠区的容泄能力与绿洲盐分排泄出路,通过绿洲水资源的合理使用,控制盐分在流域内的分布。从理论上深入认识溶质迁移的特有规律,从实践上解决水盐耦合的数值模拟与流域盐分安全调控方案(例如灌区排水出路与排放标准、竖井排灌技术参数、作物种植结构与耕作模式等)。
生态环境耗水与生态水权管理。加强定点实验研究和监测评价工作,并运用/3S0技术拓宽研究时空范围,从生态环境保护、天然植被的生长与延续出发,研究不同植被耗水机理与耗水量、地下水位与各种植被的生长关系和天然植被耐盐程度等,为揭示荒漠区水循环规律与自然生态保护奠定科学基础。通过生态耗水量的分析研究,科学合理地确定生态保护区的范围、目标和需水总量,明晰生态水权,加强对河道引水监控,为保证流域水资源的有效管理和生态环境的有效保护提供决策依据。
水环境问题研究。研究预测河流水环境质量的变化趋势;生态环境最小需水量定量化理论和应用研究,建立河流生态环境预警系统;点污染、线污染和面污染研究并举,建立流域水循环与水资源保护动态模拟模型;污染物总量控制与浓度控制标准以及污染综合治理技术;水体富营养化变化规律及改善措施;地下水污染防治措施等。
(3)综合研究 基于可持续发展的水资源规划理论和水资源的可持续利用;水资源的合理利用;水资源开发战略和策略;人类活动对水环境的影响、水资源开发利用与生态环境之间的相互影响;地下水资源合理开发利用与保护;节水灌溉技术与经济政策;维护干旱区水资源可持续利用的政策法规体系和水管理体制;现代化水资源管理体系,包括管理信息系统和管理决策支持系统,水资源适时监控系统;水资源经济及决策理论与方法,建立水资源经济指标体系等方面的研究。
3 结语
水文学及水资源学是一门应用叉学科,水资源学是以水文学为基础,水文学研究以服务于水资源问题为发展导向。水文与水资源的学科研究发展方向,决不是相互取代,而是你中有我、我中有你、相互依存、共同发展的交叉融合关系。因此,应当倡导在进一步加强水文研究的同时,更多地联系水资源问题。深入研究解决水资源问题,首先应立足对水文学基本理论问题和对大水文循环系统规律性的认识。水资源与水文循环的联系是认识和解决水资源问题的基础,在此基础上更高层次上的交叉与结合则是推动水文及水资源研究发展的方向。
参考文献:
水文与水资源工程研究方向范文3
关键词：水文化建设 意义 途径
水与人有着最紧密的联系，是人与自然最直接、最重要的关系之一。水文化则是反映人和水打交道的过程中所产生的各种文化现象的总和。水文化与人类的生产、生活关系最密切，因此水文化是最直接反映人类生产、生活的水文化。现代水利活动既包括人们对水的治理、开发、利用、研究、配置、节约、管理、保护等创造物质财富的活动，也包括了人们对水的认识、观赏、歌颂、宣传等创造精神财富的活动。因此，水文化建设的内涵既包括各种治水方针、政策、法律、法规，还包括各种文化教育、技术、文学作品等，除此之外，公众的心理、行为、价值观念中与水有关的部分都是水文化建设的重要组成部分。
一、 当前水文化建设的现状以及不足
（一）水文化建设的现状
近年来，我省水文化研究和建设取得了长足的发展，涌现一批有勇于探索、卓有成效的研究人员，形成了一批既有理论深度，又有实践意义的研究成果，水文化研究和建设在社会文化领域逐步占有了重要地位。水利发展正处在变革时期，水文化研究和建设顺应了这一发展趋势，不断加大工作力度，逐步发挥出先进文化在水利变革中的引领作用。这门边缘学科脱颖而出，在新时期水利发展和文化事业发展起到了不容低估的作用。
（二）水文化建设存在的不足
从当前水文化研究和建设的实践来看，这项事业还存在着发展阶段不可回避的问题。一是偏重于历史水文化的研究，对现实水文化发展及水文化与水利发展的关系研究不深；二是偏重于水文化自身的研究，对水文化与整体社会文化和社会发展的关系研究不深；三是部分研究领域还处于自发状态，缺少理性深度和理论支撑，对现实水利发展实践的影响力偏弱。四是水文化建设的领域还偏窄，没有充分调动起各方面积极性，水文化建设还有许多盲点。认识这些问题，找出解决问题的办法，是当前水文化建设必须进行的工作。
二、水文化建设的时代意义
（一）进一步加强对水文化理论内涵和实践途径的探讨。逐步找准水文化在水利事业中的地位，找准水文化在社会文化发展中的定位，提高水文化研究和建设的水平，发挥出水文化在新时期应有的作用。要注重提炼水利发展中的水文化元素，总结水文化建设的经验成果，形成水文化体系。
（二）处理好水文化研究与建设的关系。研究是建设理论支撑，也是建设的一条实践途径，但研究的目的在于建设。要紧紧围绕在科学发展观指导下的治水思路，建设具有时代特点的新时期水文化。特别是要加强对新时期治水思路、治水平实践的研究，下大力量挖掘其丰富的水文化矿藏，提炼出先进文化的元素。
（三）加大水文化的传播力度，发挥出其文化的放大功能。水文化不是可有可无的小摆设，而是具有思想力、文化力的精神元素。要利用一切可能的条件，加大水文化的传播力度，发挥其应有的影响力。当前尤其是要出一批新时期水文化建设的成果，充分利用各种传播手段，扩大水文化建设的影响。
（四）建设一支研究队伍。水文化研究的体系结构比较零散，参与水文化研究的人员在总体上还处于自发状态。要有意识地改变现状，切忌形成“内循环”和“小循环”。加大研究资源整合力度，扩大研究队伍，提高体系的聚合力。
（五）发挥出文化的化人功能。文化只有成为公众的文化才会有力量，文化传导给公众的过程是教化人、改造人的过程。要扩大水文化的研究建设领域，更重要的是提高人的文化素养，不仅在水行业内部，还要培育社会的水文化素养，起到化人和育人的作用。
三、 在水利发展实践中加强水文化人才队伍的建设
第一，水文化研究和建设要与水利发展实践相结合。我们正处在一个社会经济迅速发展和文化观念发生变革的时代，人与自然的关系，人与水的关系，在保护开发利用水资源过程中人与人的关系，变得异常纷繁复杂。我们已无法以传统的水文化观念解析这种现实，更无法以传统水文化指导今天的实践。水资源紧缺、水环境污染、水生态脆弱，成为我们面临的人与水关系的窘迫局面，解决这种现实问题，不可能从历史水文化状态中找到现成的答案。水文化研究当然要关注这些现实问题，要在研究和解决现实问题的过程中确立水文化的地位，延续水文化的生命力。这就需要培养一批以文化学角度，从观念形态找出思路的水文化建设人才。近年来在治水实践中逐步形成的可持续发展水利思路，其本质特征是人与自然和谐相处，目标是以水资源的可持续利用保障经济社会的可持续发展。
第二，发掘城市水文化的内涵，打造新型水文化人才队伍。在当前我国水资源现状与人民对水资源功能需要变化存在矛盾的条件下，城市水利被赋予了更为重要的使命。城市水利工程不仅是满足基本洪涝排除、供水保障等基本生存保障功能，还兼具城市水域景观、生态系统恢复、水环境改善等作用，也是新型水利工作的重要内容之一。作为水文化形式的一种，城市水文化建设具有提升水利工程文化底蕴、改善城市形象、促进民众爱水、节水等特殊作用，逐渐被城市水利工作重视并运用到工程建设中来，更好的为水利事业服务。加强水文化人才的素质培养，转变工作思路，转变观念。从过去“主抓建设”为主向往“建设和维护两手抓”的良性方向发展转变，引导水利行业职工在注重本专业文化知识学习的同时，注重适应新时期水利工作的工作要求。
水文与水资源工程研究方向范文4
关键词：生态水文学西部地区生态需水
1、生态水文学的发展
水文学(hydrology)是地球科学的一个重要分支，它研究地球上水的起源、存在、分布、循环和运动等变化规律，并运用这些规律为人类服务的知识体系[1]。自从科学界公认水圈、岩石圈和大气圈都从地圈中分离出来，并作为地球的独立圈存在后，水文科学的形成就有了其基础和地位[23]。
人类进入20世纪末，由于社会经济发展，人与自然的冲突加大，生态环境问题愈来愈突出，如湿地的退化、河道断流、入海水量减少、水体污染加剧等等。近20年来，生态学家们愈来愈意识到水文过程对生态系统功能的重要影响。但是，缺乏了解水文过程与生态系统植物群落变化与相互制约的内在联系。同样，过去水文学家关心最多的是洪水与干旱的成因、工程水文的实际的设计应用等。但是，随着生态与环境问题的重视与提出，愈来愈多的水文学家开始关注与水相关的生态问题，例如流速如何影响河道内的植物生长？河川径流的情势与滨岸生境生态过程之间是如何相互作用与联系的？由于水文循环联系地球系统地圈~生物圈~大气圈的纽带作用，水文循环过程的变化与其相关的生态环境的变化交叉研究与社会需求，产生了新的学科生长点，即生态水文学(eco-hydrology)。
生态水文学是20世纪80年代以后逐步发展的一门新兴交叉学科[1-20]。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境变化的成因与调控。利用生态水文学原理可以积极地用来保护和改善自然景观，正确指导生态环境脆弱地区的生态环境建设与水资源管理。
生态水文学的提出与发展大致在20世纪70年代以后。早期的生态水文学主要定义在生态湿地系统范畴。例如，1996年wassen等学者专门撰文[44]，认为“生态水文学是一门应用性的交叉学科，旨在更好地了解水文因素如何决定湿地生态系统的自然发育，特别在自然保护和更新方面有重要价值”。
1971年，联合国教科文组织（unesco）正式启动人类生物圈（mab）计划，水生生态系统研究成为该计划中的一个重要项目。第一阶段的会议于1986年在法国图卢兹召开，主要讨论了土地利用对水生生态系统的影响。会议期间，确定了一个具有决定性意义的主题：陆地生态系统和水生生态系统之间的过渡带，对生物化学循环和景观镶嵌体具有重要的调控作用。因此，过渡带的研究被推荐为unesco未来生态系统工作的重点。它是生态水文学发展的雏形阶段。
1988年，unesco组织了过渡带研究的国际专题研讨会。期间，国际应用系统分析协会和匈牙利科学研究院筹划了水陆过渡带功能方面的合作研究项目，试图通过对生态过程的充分理解，确定过渡带恢复或重建的管理思想。
1996年9月在法国召开了“小流域生态水文学过程”研讨会。会议共收到30篇论文，研究集中在小尺度上，内容主要包括土壤和大气相互作用的模拟，径流产生过程和水流路径、水量和水文生物地球化学行为等。在这次会议中，还讨论了分区和尺度的影响问题，分析了气候变化对水文行为和数量的影响。1997联合国教科文组织出版了“小流域生态水文学过程”会议文集。
联合国教科文组织（unesco）国际水文计划（ihp）是由世界各个国家政府组织参加、在国际上有重要影响的水科学及其相关的水资源和环境科学的大型国际研究计划。从1965-1974联合国科教文组织实施国际水文十年（ihd）计划后，ihp已经执行了五个阶段，其中：第一阶段（ihp-i，1976-1980）着重人类活动影响，水资源与自然环境之间关系的研究；第二阶段（ihp-ii，1981-1985）着重于把研究领域扩大到各个特定的地理、气候区域，并向着综合利用水资源的水问题方向发展；第三阶段（ihp-iii，1986-1990）定名为“为经济、社会发展合理管理水资源的水文学和科学基础”，除继续把水文科学作为重点外，把计划内容扩大到合理管理水资源；第四阶段（ihp-iv，1991-1995）研究计划重点是“大气-土壤-植被”之间的水循环关系，全球气候变化对陆地水文过程的影响。
ihp第五阶段（ihp-v，1996-2001）方向是“脆弱环境中的水文水资源开发”，由三个模块、八个主题和31个计划项目组成。模块1的资源过程与管理研究中主题2是“地表生态过程”。生态水文学是ihp计划的核心内容[14-19]。之后，生态水文学得到了迅速发展。从1996年到2002年，联合国教科文组织国际水文计划召开了一系列生态水文学研讨会。
1997年国际水文计划出版了专集：生态水文学—水生资源可持续利用的新范例。文集指出生态水文学主要是为了研究水循环过程、机制与生物、非生物之间的相互关系。水生环境的水量、水质和某些过程，不仅受气候因素的控制，而且在很大程度上受生物因素的影响。因此，生态学和水文学知识的综合，被认为是一个研究水和生物关系的合适的新工具。这本书首次提出了新的、具有挑战性的概念——生态水文学，建立淡水资源可持续发展的基础。图1表明了生态水文学与以往生态学和水文学思维的不同方式：
1998年5月在波兰召开了unescoihp-v2.3-2.4工作组会议。同年，出版了会议文集，主要包括以下4个方面的内容：1）介绍了生态水文学的框架和研究领域；2）提出了当前存在的缺点和未来发展路线；3）宣传生态水文学的概念，认为河流生态系统是受水文过程控制的“超有机体”。确定生态水文学研究的目标为：（a）比较和评价现有的水文和生态过程相互关系的信息；（b）评论预测的潜力、确定未来研究最重要的方向；（c）识别与水文过程相关联的环境问题层次；（d）定量生物因素、非生物因素之间的联系以及它们在水中的沉积物质、营养物质和污染物质运输、转化中的作用，以确定从区域到流域尺度上的转移路径；（e）以可持续发展为目标，建立可操作性的程序交互平台以及科学家、政策制定者和决策者之间新的思维方式。这一出版物为生态水文学的研究提供了指导作用。
1999年9月8日至22日，ihp-v组织了生态水文学研究进展方面的会议，在不同科学团体之间交流了生态水文学的研究成果。会议为来自24国家的不同领域的年轻科学家提供了辩论的机会。在生态水文学和水资源管理方面，科学家交换了基础性研究和应用研究的最新观点。基于研究过程中得到的数据和知识，科学家讨论和提议了生态水文解决环境问题的潜在办法。2000年出版了生态水文学研究进展文集。
需要指出，ihp-v中生态水文计划的核心目标旨在从流域观点、从河流系统与自然社会经济的联系中，理解生物和物理过程的整体性，以提高水资源的管理水平。专家们认为，当今世界范围的水资源问题已经受到来自全球气候变化和人类自身经济开发活动的巨大影响与挑战。在面对不断变化环境的水资源管理中，生态水文学的研究方法和思想将是最好的、可持续的方法。这一范例认为，流域就好像一个超有机体，它具有反抗压力的抗性和弹性特征，是面对变化环境下水资源可持续管理的最有效的一个工具。
1999年，为倡导生态水文学方面的科学研究，国际知名的英国水文研究所正式改名为“生态水文学研究中心”。
同年，英国谢菲尔德大学（sheffielduniversity）自然地理系andrewj．baird博士和德比大学（derbyuniversity）自然地理系高级讲师、美国国家大气研究中心项目科学家robertl．wilby博士共同编著出版了《生态水文学》。它是综述有关陆生环境和水生环境植物与水分关系问题方面的第一本书，阐述和探讨了各种环境植物与水分相互作用问题。该书对于水文学家、生态学家、自然保护学家以及研究生态系统、植物生活和水文过程的其他学者有很大的参考价值。中国科学院寒区旱区环境工程研究所赵文智和王根绪博士翻译出版了该书的中文全文[44]。
目前，在生态水文学或水文生态学的研究领域，活跃着一大批科学团体，使得这一领域的研究有了很大的发展。在联合国教科文组织国际水文计划（unescoihp）-v(2.3/2.4)的支持下，由maciejzalewski组织出版了一系列“生态水文学”专集，是一个里程碑。以后“生态工程杂志（eej）”杂志、“水文科学杂志（hsj）”都出版了“生态水文学”专刊。以zalewski为特约主编致力于生态水文学研究的新期刊。国际水文科学协会（iahs）也专门由acreman博士主编了“水文生态学”有关专集。
进入21世纪后，国际水文计划（ihp）实施2002-2007年新的第六阶段计划，方向确定为“水的相互作用：来自风险和社会挑战的体系”。主要的不同点是需要考虑下面若干方面新的研究与挑战的问题，即：地表水与地下水、水文循环的大气与陆地部分、淡水与咸水、全球化的流域与河流尺度、质与量、水体和生态系统、科学与政治、水与文化。它由五个主题组成：主题1、全球变化与水资源；主题2、流域地表水与地下水动力学集成；主题3、陆地生境水文学；主题4、水与社会；主题5、水教育与培训。其中主题3的陆地生境水文学仍然是生态水文学核心内容。
总之，生态水文学是现代水文科学与生态科学交叉中发展的一个亮点，它以生态过程和生态格局的水文学机制为研究核心，以植物与水分关系为基础理论，将尺度问题贯穿于整个研究之中，研究对象涉及旱地、湿地、森林、草地、山地、湖泊、河流等。因此，生态水文学的发展对我国生态环境建设，将会有重要的促进和推动作用。
2.国内外生态需水研究的问题
生态需水（ecologicalwaterrequirements）是生态水文学中的一个重要的研究课题。凡是联系到与水相关的生态系统自然发育、气候变化和人类活动干预下的生态系统退化等问题，都需要回答维系生态系统所需求的水或者河川径流等问题。在国际上提出生态需水的概念与研究生态需水的理论与方法，已经有了一段历史。在我国，生态水文学的研究刚刚起步，生态需水理论与方法还有待于发展与完善。
早在20世纪四十年代，随着水库的建设和水资源开发利用程度的提高，美国的资源管理部门开始注意和关心渔场的减少问题。美国鱼类和野生动物保护协会对河道内流量与鱼类生长繁殖、产量的进行了许多研究，提出了河流最小环境(或生物)流量的概念，已有学者撰文强调了河川径流作为生态因子的重要性。
在20世纪70年代后，澳大利亚、南非、法国和加拿大等国家针对河流生态系统，比较系统都开展了关于鱼类生长繁殖、产量与河流流量关系的研究。以大马哈鱼的河流生境（habitat）需水为例，加拿大哥伦比亚大学（ubc）有关学者通过大量的实地调查，分别获得了维系大马哈鱼到淡水河流繁衍所必需的河流生境的基本生态需水基本数据，其中包括适宜的流速和水深等。进一步，他们绘制了大马哈鱼繁衍所必需的河流生境质量的高低与基本生态需水（流速和水深）之间的曲线关系。
为了保护水生生物或生境，通常是基于河流物理形态、鱼类和无脊椎动物确定最小或最佳的生态需水流量。但是，这一流量仅仅考虑了渔业的流量需求或者湿地对水的需求，并没有体现生态系统的完整性。国外学者g.e.,petts认为，在河流管理中生态的需要与河流流量变化特征相联系应该至少考虑3个方面，即：（1）纵向的连接；（2）洪泛平原的流量；（3）维持河道的流量，包括最小的和最适宜的流量。基流流量的自然频率和持续时间也应加以考虑，无论何时，都要尽可能地保持生态可接受的流量变化。
gleick提出了基本生态需水量的概念（basicecologicalwaterrequirement），其概念实质是生态建设（恢复）用水[10]。falkenmark区分了绿色水（greenwater）和蓝色水的概念，指出从“蓝色”水的社会利用部门转向利用“绿色”水的生态系统中来，这种“绿色”水储存在土壤中用于蒸发或合成植物有机体。事实上，“绿色”水就是生态需水的概念，这种“绿色”水的概念适用于水生生态系统和陆地生态系统。
直到20世纪90年代，随着国际水文计划等大的项目推进，研究的对象开始打破过去局限于所关心的物种（如鱼类）或某一单一目标的情景，人们才开始考虑维持河流系统完整性的生态流量需求，提高对河流生态系统保护的有效性。但是，由于在西方发达国家，并没有中国西部如此生态问题的多样性和复杂性，因此，他们对生态需水的研究主要集中在维系自然生态系统平衡的方面，比较少考虑高强度人类活动大量挤占生态需水的现实问题。
中国是一个降水时间空间分布非常不均匀、人口压力大的发展中国家。人口、资源与环境的矛盾比较突出。就中国西部地区而论，20世纪90年代以前的水资源规划与配置管理中，很少涉及生态环境建设与生态需水问题。水资源可持续利用与合理配置是从国家“九五”攻关项目开始，提出的“生态需水”是一个新生事物。在中国，由于生态水文学基础研究起步比较晚，大家对于“生态需水”概念的理解也不尽相同。许多国内文献书籍、研究报告出现有“生态需水”、“生态用水”和“生态耗水”多个名词。有人认为它们的概念与涵义是不同的，但是有人认为它们都是指一回事（见文献[22]、[26-46]）。
1989年，中国科学院地理研究所汤奇成较早提出生态用水问题[45]。他认为“为了保证塔里木盆地各绿洲的存在和发展，必须要保护各绿洲的生态环境，而生态环境的保护也离不开水，这部分水可统称为生态用水”。1995年[46]，他认为“对生态环境用水很少或根本没有安排，这种情况必须彻底加以改变，否则干旱区绿洲外的环境将日益恶化；应该在水资源总量中专门划出一部分作为生态环境用水，另一部分为国民经济各部门的用水，包括工、农业及城市生活用水等”。以后许多专家学者对生态需水、生态用水和生态耗水等，提出不同的观点、定义和研讨，丰富了生态需水的理论与学术研究。
2001年，由钱正英、张光斗主编正式出版了的中国工程院重大咨询项目研究成果“中国可持续发展水资源战略研究”[27]。提出我国水资源的总战略必须以水资源的可持续利用支持经济的可持续发展；建议从防洪减灾、农业用水、城市和工业用水、生态环境建设等8个方面实行战略性改变，在中国大地上真正展开一场提高用水效率的革命。在该报告中，对生态用水做的定义是：“从广义上说，维持全球生物地理生态系统水分平衡所需用的水，包括水热平衡、水沙平衡、水盐平衡等，都是生态环境用水；狭义的生态环境用水是指为维护生态环境不再恶化并逐步改善所需要消耗的水资源总量。”。
在学术研讨方面，潘启民等把生态用水理解为生态需水量（状态值）和生态耗水量（动态概念）两个概念[47]。严登华等把河流水可划分为生态水、资源水和灾害水[30]。王芳等通过她的博士论文研究探讨了生态需水理论问题[38-39]，将生态需水概念界定为：为维护生态系统稳定，天然生态保护与人工生态建设所消耗的水量。将生态需水划分为可控（非地带性）与不可控（地带性）生态需水和天然与人工生态需水。刘昌明强调要在研究水循环和水量转化规律的基础上确定生态需水的理论内涵，提出陆地系统中的水可分解为资源水、灾害水、生态水和环境水。生态需水研究面临许多新的挑战。
笔者们参加了中国工程院重大咨询项目“西北地区水资源配置、生态环境建设和可持续发展战略研究”。有几个不同的观点：（1）我们理解的国际水文计划（ihp）研究意义上的生态需水，是指以水文循环为纽带、从维系生态系统自身生存和生态功能角度，相对一定生态环境品质目标下客观需求的水。例如，为了维系河流某鱼类的生境，需要必须的基本水文特征值保证（如一定的河川基流、一定的水流速度、水深要求等），生态系统对水资源需求的大小需要通过科学实验与观察获得，并不是人们主观要给出什么样的水资源配置。水的配置是针对水资源管理、不同水的用户即用水而言。因此，就应该有生态耗水和用水的概念，它们与生态需水有区别也有联系。（2）中国工程院重大咨询项目中所指的“生态需水”不同之处，在于为水资源的合理配置服务、为生态建设（林草，河道生态功能要求）服务的生态需水。所以，国际上提出的生态需水概念需要讨论与扩展。通过讨论，有比较一致的看法是：
生态需水是指维系一定环境功能状况或目标（现状、恢复或发展）下客观需求的水资源量。进一步，对中国西部生态环境建设研究工作的目标，生态需水可以理解为维系一定生态功能的环境目标（例如维系现状生态系统不再退化、恢复某个时期的生态景观、或者具体目标如黑河水必须要到东居延海等）下科学意义下生态系统需求的水资源。它是生态环境建设重要的科学依据。
生态耗水是指现状多个水资源用户（生产、生活和生态）或者未来水资源配置（生产、生活和生态）后，生态系统实际消耗的水量。它需要通过该区域社会经济与生态耗水的平衡计算确定。生产、生活耗水过大，必然挤占生态耗水。
因此，生态需水与生态耗水是有不同的含义，既有联系又有区别。例如，在黄河上游地区，自然降水条件下一般能够满足天然植被蒸散发对水的需求（降水p大于蒸散发e），因此，生态需水估计的数量比较小。但是，由于人的行为通过水土保持等措施建设林地，耗用（减少）了输送到河流下游的水资源量。人们往往称这部分耗用（减少）的实际水量为生态耗水量。所以，在黄河上游地区生态需水量与生态耗水量是有不同的。
相比之下，在西北内陆地区河流的下游，由于内陆地区河流的下游降水非常少，为维系胡杨林生态系统生存，估计的生态需水将完全占用河川径流量。维系胡杨林生态系统的生态环境用水也完全取决与能够提供给下游的河川径流量。在某种意义下，维系胡杨林生态系统的生态需水量也就是生态耗水量。
因此，生态需水与生态耗水的概念在西部地区既有联系又有区别。通过生态需水的估算，能够提供维系一定的生态系统与环境功能所不应该被人所挤占的水资源量基本的信息，它是西部地区水资源可持续利用与生态环境建设的基础，它也是估计在一定的目的、生态环境建设目标或配置条件下，生态环境耗水大小的基础。通过对生态需水和生态耗水的估计，能够分析人对生态需水挤占的程度，决策生态环境建设对生态环境用水的合理配置。
3.中国西部地区生态需水研究的挑战
水是干旱区的关键生态因子,植被的组成和结构由水密切控制,同时在各种尺度上对水产生重要的反馈作用。因此，在干旱区，研究生态学和水文学的相互关系，研究生态需水问题，对干旱区生态建设的模式和生态恢复至关重要。一方面，干旱区水文过程对植被生理特征和格局成因产生影响，同时植被对水土流失具有控制作用。
生态需水的实质是生态系统结构、功能和水分之间相互关系问题。生态需水是生态水文学研究的重要内容之一，只有建立在流域水循环基础上通过生态水文学理论的指导，生态需水量的确定才会更合理。目前在生态需水估算方面，面临许多挑战的问题。主要有：
3.1干旱区植被对缺水的适应机制研究
研究表明，干旱区的某些植物具有水分补偿能力，即利用冬季（低强度）降水补偿夏季干旱用水，冬季干旱就以夏季降水来补偿，这大概是灌木在这种环境中得以与一年生植物竞争的一种手段。另外，在干旱区，植物为了适应荒漠环境，具有许多生理结构上的变化。国外学者ewenari把荒漠植物分为两类：一类是随水变植物，这类植物对极端干旱具有许多生理上的适应性；但大多数植物属于恒水植物，这些植物对干旱有许多适应机制。不同植物的水分利用效率的、对水分亏缺的生理响应机制等研究，将为植被建设和恢复提供理论支持。
3.2植被格局成因的控制性因素研究
干旱区植被最显著的特点就是低覆盖度。研究表明，如果干燥度系列从p/etp>1（降水量与潜在蒸发量的比值）降到<0.3，就会发现潜在植被从全面覆盖而经一系列破碎的植被冠层到植被处于斑块状分布状态。近期研究表明，在黑河下游，随着上游来水的减少，不同景观类型的面积、数目和优势植被发生了很大的变化。在干旱区，胡杨、柽柳的空间分布普遍呈紧缩分布现象，当干旱程度有所减缓时，植被在空间上的分布相对较为分散。在防止土壤侵蚀的人工植被建设方面，由于只考虑植被盖度和高度，忽视了斑块格局及其配置方式。所以出现了北方人工植被土壤旱化、稳定性低的问题。以上说明了水分动态影响植被的分布格局，但这种分布格局如何响应水文过程的变化，它的生态学意义何在？植被的这种自然分布格局能否指导干旱区植被恢复等均有待研究。在今后的研究中，应加强植被类型、格局的生态水文学和生态需水研究。
3.3植被格局对水土流失、土壤侵蚀的定量化研究
在干旱地区，植被多呈斑块状分布，这种分布对改变水分径流的路径、减缓水蚀，提高斑块内的土壤水分含量等都具有重要意义。尽管对植被斑块的丛生状况有所认识，近来理论方面的研究和模拟方面的研究也有助于了解这一过程，但对这种现象的生态机制却知之甚少。这种缀块分布格局如何影响径流？这种格局的生态学意义何在，都是值得探讨的问题。另外，应加强大时空尺度上的植被格局和水文过程的关系研究。
分析干旱植物在水分胁迫下的群落组成结构、分布格局与演变过程，始终是干旱区生态水文科学研究的重要领域，迄今为止，关于这方面的研究未能取得突破性进展，尤其是群落演变的生态机理仍然处于未知阶段。近年来，关于干旱区植物分布如何影响径流和水分分布，以及如何调节干旱区侵蚀等问题的研究受到广泛重视，同时，大尺度“土壤—植被—大气”传输相互作用以及干旱区植被随气候变化的演化也是目前生态学家和水文学家共同感兴趣的话题。
3.14区域生态需水估算方法研究
我国的生态水文学基础研究刚刚起步。尽管在一些方面已经取得令人鼓舞的成果，如陈亚宁在新疆塔里木下游生态需水方面新的研究等，但总的看，目前处在初期发展阶段，没有比较成熟的估算方法，还存在这样或那样的问题，需要多途径比较与发展。
现行的区域生态需水估算方法主要思路是：依据不同气候带与降水等条件，开展自然生态系统分区，确定生态需水计算的不同类别的生态-水文参数；利用遥感提供中国西部区域土地利用信息，确定生态需水计算的不同类别的范围；通过不同植被类型的蒸散发计算、流域降水-径流计算确定河道外生态需水（地带性和非地带性的生态需水）以及河道内生态需水；最后利用水资源分区的水量收支平衡控制，估算生态需水或生态耗水总量。
由于对于生态需水概念理解的不同，实际中生态需水估算的方法就有不同或者差异。例如，按维护现状生态系统不再退化的理解，就会有一套基于2000年的遥感图，依生态分区，分类以及用总水量平衡核算的核算方法。按生态建设目标（过去，现状和未来），又有不同数量的估算方法。
客观说，基于生态水文学的研究思路是估算生态需水的基本途径，它从成因观点估算流域的生态需水，有比较好的理论依据。但是，由于西部地区生态环境问题的复杂性，特别是缺乏必要的生态水文过程与空间变化的资料，由点的植被蒸发扩展到面的植被耗水机理的尺度问题等，导致目前估算有一定困难与结果的差异。现行的水量平衡方法估算生态耗水，能够从宏观总量上给予控制，但是生态需水的精度取决于水资源平衡中其它耗水部门估算的正确与否。因此，在区域生态需水估算方法不成熟的情况下，鼓励多种途径方法的相互比较和佐证，可能比一种方法为好，这也是新生事物学科发展所需要的。如何在有限水文水资源资料和生态监测资料条件下，获得更为客观与科学的生态需水估计，的确是一个重要的挑战性任务与课题。
4.结语
生态水文学是一种对环境有利、经济可行和社会可接受的有效方式。由于生态退化等问题的出现，生态水文学成为国际研究的热点问题之一。本文回顾了生态水文学的发展历程，讨论了生态需水研究明亮的问题与挑战。它们作为生态环境建设的基础与学科发展，有如下几点认识与建议：
（1）优先、重点保护原则：在西北地区，由于水资源匮乏，不可能保护所有的生态系统，只能优先保护控制性生态系统，满足控制性生态系统对水分的需求。在此基础上，进一步形成保护干旱区生态系统的网络结构。干旱区流域下游荒漠绿洲是外来径流作用的产物，绿洲景观结构及组成类型的空间分布严格受河流廊道影响。因此，若把河流两岸乔灌木林和河岸灌丛草甸视作河流廊道的构成要素，则荒漠绿洲的高级生物组成实质就是河流廊道。在干旱区河流廊道不仅具有传输能量与养分的功能，而且是绿洲生物流的载体和传导源，为维持整个流域生态系统的稳定发展奠定了坚实的基础。所以干旱区河流廊道就是控制性的生态系统，生态需水应该优先得到满足。
（2）以生态水文学为基础研究生态需水问题：生态水文学是生态学和水文学的交叉学科，它所关心的是水文过程对生态系统配置、结构和动态的影响，以及生物过程对水循环要素的影响。水文循环深刻地影响着全球生态系统的结构和演变，包括自然界中一系列的物理过程、化学过程和生物过程，是其它物质循环的基础。因此，确定某一生态系统需水时，只有以水文过程为基础，结合生态系统的特性需求，才能较为合理地计算生态需水量。这也是今后生态需水理论与实践研究重要的发展方向。
水文与水资源工程研究方向范文5
研究目标
开展沿海围垦区水资源优化配置研究,是落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要》确定的重点领域的需要。在国内外水资源优化配置与联合调度研究的现有基础之上,实施江苏沿海滩涂围垦区水资源优化配置与联合调度研究,为江苏沿海滩涂水资源保障提供关键性技术,也为其他类似地区的水资源开发积累技术经验。本研究的具体目标如下:a.依据江苏沿海滩涂开发规划,揭示出围垦区各类水资源用户的需求特性,提出需水综合管理方案,实现需水精细化管理。b.根据江苏沿海滩涂围垦区各用户的需水要求,并结合当地水资源特点,构建多水源多用户多目标的水资源系统仿真模拟模型。c.实现当地水、过境水及远距离调水的联合优化调度,构建适合沿海围垦区水资源配置方案的评价体系,提出围垦区水资源配置优化方案,促进围垦区的水资源可持续利用。
研究内容
江苏沿海围垦区淡水资源极度缺乏,建立高效安全的水资源保障体系是实现围垦区水资源可持续利用的唯一途径,也是实现当地经济社会可持续发展的基本条件[2,27,28]。在分析沿海围垦区水资源开发利用潜力、蓄淡工程优化布局和非传统水资源开发利用的基础上,进行沿海围垦区水资源优化配置与联合调度研究,是建立江苏沿海围垦区水资源保障体系的必要环节。在充分了解围垦区水资源开发利用潜力的同时,分析围垦区水资源需求时空变化特征,运用围垦区当地蓄水工程与远距离调水的联合调度技术以及多水源多用户多目标联合调控与分配技术,生成围垦区不同水平年水资源优化配置方案,不仅可以实现水资源在不同区域和用水户之间的有效公平分配,而且可以实现对区域水循环及其影响的自然与社会诸因素进行整体调控。本研究围绕以下几方面内容展开研究:a.沿海围垦区水资源需求分析与预测。结合江苏沿海滩涂围垦区发展规划,了解沿海围垦区各水资源用户的需水要求,包括水量要求、水质要求及用水时间要求等,分析其在时程分配上和空间分布上的变化特性,预测不同发展水平年下江苏沿海围垦区在生活、生产和生态三方面的需水过程以及综合需水过程,分别研究基于用水总量控制、用水效率控制、排污总量控制以及多目标控制的沿海围垦区需水管理技术与方法。b.沿海围垦区多水源供水系统联合调度。在沿海围垦区水资源评价的基础上,结合江苏沿海滩涂开发规划,分析沿海围垦区各供水工程、用水户在流域水系和自然地理上的拓扑关系,构建沿海围垦区水资源供需系统网络图,厘清其水资源供需结构,并根据各水源之间、各用水户之间以及水源与用水户之间的水力联系、水源特性和用水特性,建立沿海围垦区多水源多用户水资源模拟仿真系统,建立沿海围垦区多水源联合优化调度模型,尤其是当地蓄水工程与外调水的联合调度模型。c.沿海围垦区水资源合理配置。根据江苏沿海滩涂开发规划,兼顾抑制需水、增加供水和保护生态,构建沿海围垦区水资源配置方案集;基于公平性、有效性和可持续性原则,建立多水源、多用户水资源系统联合调控与分配模型;构建适合沿海围垦区的水资源配置方案评价指标体系与方法,分析评价不同配置方案在经济、技术和生态环境等方面上的差异,确定围垦区水资源最佳配置方案。在上述研究内容中,本研究的主要技术难点在于,沿海垦区多水源、多用户、多目标的水资源联合调度和优化配置。
技术路线
针对上述研究内容,本研究在充分收集与分析江苏沿海滩涂围垦区水文、气象、水文地质、潮汐、土地利用及社会经济等方面资料的基础上,将首先对沿海围垦区水资源需求的时空变异特性、河流渠道水系结构以及围垦区内供水工程布局进行分析,研究沿海围垦区的水资源需求管理措施,构建水资源系统供需网络图,并结合沿海围垦区水资源开发潜力研究与特殊水资源开发利用研究,建立起多水源多用户的水资源模拟仿真系统以及联合优化调度模型,根据沿海滩涂发展规划,生成各类情景下沿海围垦区水资源配置方案,建立沿海围垦区水资源配置方案评价指标体系与方法,最终提出沿海围垦区水资源优化配置优化方案,从而为江苏沿海滩涂围垦区水资源利用提供技术保障(图略)。
水文与水资源工程研究方向范文6
1 水工环地质勘察的概述
1.1 水工环地质勘察的调查方向。在城市中人口密度相对较大，济活动也较频繁，然而环境问题也突显出来。随着全球城市化不断加快，随之而来的地质评价调查工作也在不断增加。现如今，在城市垃圾处理、环境污染防治和土地利用等方面是我国水工环地质研究主要方向。当今生态地质研究越来越突出，是地质研究中的热点。如今，各国水工环地质工作已从过去为了调查家底而进行基础调查工作，转向以促进自然、社会、经济复合生态系统可持续发展战略思想，重点解决社会和人类生存的重大问题上。这个转变表明了资源、环境、经济的协调发展，加强了资源信息、数据管理、灾害预防等方面工作。
随着资源与环境的变化，各国调整地质调查部署，相应水工环也发生了改变。传统水文、工程与环境地质间界限被打破，水工环地质勘查一体化研究成为现代化发展趋势，其服务领域更广，呈现出信息量大及功能多趋势，环境地质重要性日益明显。多年来，国际对环境地质工作重视程度增加，环境地质已成为是其中发展最快的部分，是现阶段人们关注的焦点之一。
1.2 水工环地质勘察的分析。近年来，由于我国经济快速发展，人类对于社会资源不断进行开发，使生态与地质环境发生了巨大的变化。随着人们生活水平的提高，对于生态环境认识的不断提高，逐渐对自然资源开发行为产生很多思考，逐渐意识到可持续发展的重要。由于现代社会对环境资源开发思想的转变，水工环地质勘察也遇到很多挑战。对于各种项目建设，水工环地质勘察是工程进行前的重要流程，是对地质条件评价的重要基方面。随着我国城市化进程逐渐加快，城市建筑与规划工作需要依靠有效水工环地质勘察工作来提供准确地质调查结果与分析，从而有效的对城市中的不同建筑用地进行合理规划。
现代社会经济发展需要对各科技进行有机融合并加强学科之间的渗透，提升各个行业技术水平。地质和生态学的交差与相互渗透体现现代社会对于科学技术综合化、系统化的需求。地质勘察要将地质与生态学进行有机结合并将地质勘察工作进行合理安排，将地质环境对于周边的影响进行综合评价与研究。地质勘察工作要在对地质条件研究上重视生态环境问题处理，提高勘察结果合理性，便于向社会公告。
1.3 我国现代水工环地质勘察的状况。随着地矿事业的发展，我国在社会发展中一直未曾停止对地质开矿事业的研究与探索，尤其是在最近几年，随着各种新理念、新技术被提出，地质开矿事业的研究与探索更是得到了前所未有的发展，为推动社会经济发展做出重大贡献。如今，各国水工环地质勘察工作已由过去以调查资源为目的基础调查，转向将促进自然、社会与经济复合生态系统可持续发展作为战略思想，重点解决社会发展以及人类生存的重大问题上。但社会发展同时，人们对各种能源需求也在不断增加，社会环境更是在发展变化阶段，特别是在社会主义市场经济条件较成熟的新时期，各行业在发展中迎来了发展新机遇与新难题。
2 我国水工环地质勘察面临的主要问题
目前，我国水工环地质勘察工作得到了很大的重视，但是仍然存在着许多问题需要被解决。这些问题的产生是多方面的因素造成的。
3 解决水工环地质勘察工作问题的措施
3.1 建立科学有效的社会化水工环地质勘察调查流程。一样科学有效的社会化水工环地质勘察调查流程是能解决大部分问题的前提，它的制定需要面向政府，面向整个社会群体。
3.2 重点解决水文环境问题。我国人口发展迅速，城市工业化不断发展，由此造成城市水资源也遭受了巨大污染问题。水质恶化威胁人类健康，同时影响地下水平衡，造成很多水文地质问题。加强水文地质管理对于防治水文地质问题具有重要作用，对于水资源不足的地区要对地下水含量进行调查并建设好集中供水设施。在调查中要为日后安全规划提供合理调查分析，以保证可持续发展与研究的进步。
3.3 工程地质环境优化。问题出现在工程地质环境有一定的隐蔽性，并因为工程地质环境问题造成的安全事故具有较大的危害，所以工程地质环境的问题对于工程安全进行有重要意义。在地质勘探工作中要对所调查地区地质形态及构造与相应地震活动等方面进行客观评价分析，并针对工程地质环境问题建立完善的应对策略。根据不同问题采用针对性防治方式来保证工程的安全进行是解决地质调查问题的重要方面。
3.4 对环境地质环境问题的管理。自然环境地质问题及各种自然灾害的频发，对环境地质问题的防治成为地质勘探工作中的重点。在调查中要对地质作用和人类生产活动进行综合分析与评价。施工中要对开发前景进行客观评估，对可能发生的问题进行预测，并要加强对重点防护区的保护。
3.5 发展新技术方法投入到水工环地质勘察中。在水工环地质勘察工作中利用高新科学技术如地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）、物探技术以及水质测试技术，如原子吸收光谱法、发射光谱法、原子荧光光谱法、色谱法及同位素测试，能为研究调查带来高效率与高可信度的好处。
3.6 加快战略的规划和制定。以持续发展的战略为水工环事业的指导思想，尽早完善国家对水工环地质勘察的调查规划，真正意义上体现出国家意志，并且将此作为编制项目申请和计划实施的重要依据。经过多年的努力，我国水工环地质勘探工作得到了一定程度的提升，为地质勘探工作的顺利进行做出贡献。
3.7 加强科技研究和创新探索。不断的完善野外调查设备体系，将水工环的第一手调查资料收集并进行研究。完善野外地下水观测大气降水基础平台的建设，并加强环境同位素、地下水有机污染等的建设及测试方法研究，促进设备提高利用率。不断提升测试实验、信息化等科研能力，推进业务工作流程，论证准备区域含水层并进行模拟计算，打通网络服务主渠道。
