水文與水資源工程的認識
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水文與水資源工程的認識范文第1篇
關鍵詞：工程實踐能力體系；高水平實驗平臺；實驗管理模式；改革與探索
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）35-0035-03
高等學校實踐教學是本科教學工作的重要組成部分，是培養學生創新意識、實踐動手能力和工程素質的重要環節。國家明確提出建立創新型國家的任務，社會經濟高速發展對高等工程人才素質也提出了更高要求。高等教育作為培養高素質創新人才的搖籃，是支撐國家創新體系和經濟建設的基礎。為適應當前國家和社會發展對高素質工程人才的需求，我國高等教育目前也進行了“卓越工程師”和“拔尖人才”培養模式的探索與實踐。實踐教學環節作為高素質工程人才培養的重要組成部分，如何充分發揮高等學校科研和學科優勢，將優秀科研成果應用于本科生培養，提高學生創新能力和工程實踐能力，成為目前高等教育研究的課題之一。西安理工大學水文與水資源學科是國家重點學科，有著較強的師資隊伍和科研條件，多年來利用科研和學科優勢在本科生實踐能力培養方面做了積極探索，在工程實踐能力體系建設、實踐課程內容改革、高水平實驗平臺建設和科研實驗儀器管理等方面進行了改革與實踐，在本科生創新能力和工程實踐能力培養方面取得一定成效。
一、轉變思想，構建工程實踐能力培養體系
隨著我國經濟高速發展，高等教育由原來的“精英教育”進入“大眾化教育”，高等學校也需要轉變思想，積極探索人才培養新模式，滿足新形勢下不同程度學生需求，適應社會和經濟發展對人才素質的需求，培養學生創新意識和工程實踐能力。水文與水資源工程專業是為國家水利基礎性行業培養人才，其主要目標是培養能在水利、水務、能源、交通、城市建設、農林、環境保護、地質礦產等部門從事水文、水資源及水環境方面勘測、評價、規劃、設計、預測預報和管理等工作及相應的教學和科學研究的高級專門人才。該專業的核心專業課程《水文學原理》、《水環境化學》、《水文氣象學》、《水文信息采集與處理》、《地下水水文學》、《地下水利用》及院級任選修課《水情測報系統》等，這些都是實踐性很強的課程，只有將實驗教學環節與理論知識體系有機結合起來，才能使學生更牢靠更系統地掌握本專業的知識體系，也才能順利達成專業的培養目標。西安理工大學2004年開始了“完全學分制”改革試點工作，水文與水資源專業根據學分制下不同層次學生的需求，轉變觀念，提高認識，優化模式，提高質量和效率，重新制定培養計劃，構建工程實踐能力培養體系，加強學生實踐環節，培養學生創新能力和工程實踐能力，如圖1所示。
工程實踐能力培養體系分為四個層次，第一層次將校內實驗室參觀和校外工程參觀相結合，使學生對本專業有一個基本認識；第二層次通過實驗課程、專業課程實習及課程設計等校內外實踐環節，將課內與課外相結合，理論與實踐相結合，加強學生專業基本知識和工程實踐基本技能培養；第三層次通過生產實習、社會實踐、課外科技活動，加強學生專業知識初步應用能力，使學生基本理論與工程實際進一步融合；第四層次通過畢業設計，通過解決工程實際問題，培養學生系統解決實際問題的能力。通過四個層次的訓練，校內與校外相結合，理論與實踐相相結合，加強學生創新能力和工程實踐能力培養。
二、發揮學科優勢，改革實踐教學內容與管理模式
實踐教學具有直觀性、實踐性、綜合性和創新性等特點，有利于培養學生的創新思維和實踐動手能力，在高素質創新人才培養中具有不可替代的作用。我校充分發揮國家重點學科和省部共建重點實驗室優勢，改革實踐教學內容和管理模式，加強學生創新思維和實踐動手能力培養。
1.建立專業教學實驗平臺，開設重點實驗。根據水文與水資源工程專業教指委的基本要求，建立水文與水資源工程專業教學實驗平臺，使學生掌握專業基礎理論知識，對于加深學生對課堂內容的理解，提高學生動手能力，培養學生分析、解決實際問題、觀測、統計、考察、判斷、設計能力及創造性思維能力，適應生產和科研的需要都具有非常重要的作用。同時根據專業和課程特點，結合學科優勢，開設重點實驗，加強學生知識理解和工程實踐能力。以《水文學原理》為例，作為水文與水資源工程專業必修的專業基礎課，主要內容包括水文循環基本規律及降雨徑流關系等。如果能將徑流的形成過程和下滲的物理過程及水循環各子要素降水、下滲、徑流、蒸發之間的轉換關系以實驗的形式直接展示給學生，同時以實驗的方式讓學生掌握坡面降水量、徑流量、下滲量的測定方法，不僅有利于學生認識水循環各子要素之間的相互轉換關系，有利于對天然條件下的下滲空間分布及與充分供水條件的下滲區別的理解，而且對于產匯流的分析與計算和整個課程核心內容的掌握均有重要作用。此外，對于水循環要素中的關鍵環節――下滲的不同階段（滲潤、滲漏、滲透階段）能讓學生通過實驗親自觀測和驗證，使學生理解下滲的不同階段；掌握下滲率和下滲能力的測定方法；了解下滲的空間變異性及天然下滲與充分供水下滲的區別。因此根據該課程的內容和特點，結合教師科研成果，我校自行研制實驗儀器，開設了“下滲實驗”和“水文循環規律實驗”。通過這兩個實驗，不僅讓學生對抽象的理論知識有了感性認識，加深了學生對教學內容的理解，而且提高了學生實驗動手能力、分析能力、現場監測能力及適應社會的能力。同樣，針對《地下水水文學》這門專業基礎課程的特點，開設了“地下水含水層水文地質參數測定”、“多孔介質滲流特性實驗”、“潛水模擬實驗”、“承壓水演示實驗”。通過這些實驗，使學生認識承壓水和潛水的補給、賦存、消耗和轉化特征。了解地下水的形成、儲存、運動、補給、消耗等特征的變化規律，幫助學生更深入地理解地下水的基本原理，為今后從事相關學科的實際工作或科學研究打下基礎。
2.根據社會需求，及時更新實驗儀器設備。《水情測報系統》課程是水文與水資源工程專業的專業課，相關的實驗基礎是水資源與環境實驗室在學科建設中已建成的GIS實驗室，內有一臺服務器及10個終端，為滿足學生工作需求，在GIS實驗室的基礎上配備了中心站接收電臺一套、終端站設備（自記雨量計、自記水位計、前置數采器及數傳電臺）六套、水情測報與洪水調度軟件一套。為本科生開設了“水情自動測報與洪水調度系統軟件操作實驗”及“水情自動測報系統結構認識、采集和信息傳輸”兩個實驗。在2012年水文與水資源工程專業認證過程中，這套實驗系統受到了評估專家的高度評價，認為水情測報系統與生產應用基本一致且系統完整，學生在學校就提前掌握了這套操作規程，培養了學生的實踐動手能力，避免了用人單位的再次培訓。這也改變了用人單位對畢業生質量以及畢業學校的看法，使得我校本科生成為用人單位最愿意接收學生。
3.結合重點學科和實驗室優勢，將大型學科儀器用于教學。我校的水文及水資源學科具有20多臺較先進的大型儀器，包括通量塔、質譜儀、原子吸收分光光度計、紫外分光光度計等。這些大型儀器，特別是一些進口儀器的維修費用比較昂貴，如果儀器被損壞，不僅影響實驗室承擔的國家項目研究，也會帶來較大的經濟損失，因此平時由專人管理，只對教師、研究生開放，主要用于科研工作，有些儀器存在著利用率低等問題。這些年，我校充分發揮學科和實驗室優勢，積極探索大型儀器管理模式，努力嘗試對本科生開放。實驗過程中，由實驗教師和儀器管理教師共同指導，講解儀器的操作規范，實驗教師結合新儀器修訂實驗講義，下發給學生，嚴把實驗預習關；操作過程中，雙人指導，嚴格要求，盡量避免儀器誤操作。充分發揮學科建設大型儀器設備的潛能，提高和改善本科生實驗教學效果和質量。此外，根據儀器的功能，相應拓寬實驗內容，一些驗證性實驗改為綜合性實驗。實驗內容增多后，老師只給要領，很多具體的細節要學生自己琢磨，不僅改變了以往抄抄實驗原理、寫寫實驗結果的實驗報告模式，而且培養了學生創新思維的能力和相互協作的團隊精神。
我校通過四層次實踐環節培養體系，發揮國家重點學科和省部共建重點實驗室優勢，改革實驗內容和管理模式，讓學生在本科階段就接觸到本學科的一些先進的儀器，加強學生創新思維和工程實踐能力的培養，為高等學校的實驗室建設與改革，高素質工程技術人才的培養提供了一定思路。
參考文獻：
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水文與水資源工程的認識范文第2篇
水是生命之源，水是支撐地球社會經濟系統發展不可替代的資源。但是，由于全球變化、人類活動的負面影響，地球上水的循環在發生變化，許多地區正在發生嚴重的水的問題與危機，如洪水、干旱和江河水體污染，而成為限制國家河區域可持續發展的關鍵性因子，水科學問題也成為國際地球科學發展中的一個重要方面。
2001年7月在世界知名海岸水利工程建設的荷蘭王國連續舉辦了兩個直接與水科學有關的大型國際科學大會。一個是7月10-13日在荷蘭阿姆斯特丹（Amsterdam）由國際地圈生物圈計劃（IGBP）、國際人文計劃（IHDP）和世界氣候研究計劃（WCRP）聯合舉辦的“全球變化科學大會(GlobalChangeOpenScienceConference)”。國際地圈生物圈計劃（IGBP）是國際著名的全球變化科學研究計劃，受到國際地球科學屆廣泛的關注和參與。在跨入2000后的IGBP首次重要國際學術活動-“全球變化科學大會”云集來自國際的100多個國家的全球變化研究的專家學者、管理者約1600多人。大會主題是：一個變化的地球的挑戰（ChallengesofaChangingEarth）。中國派出以科學院為主體的約60多人的代表團，進行學術交流和討論，其中除了碳循環和土地覆被變化是大會主要議題外，水循環及水資源是大會重要內容之一。
另一個是7月18-27日在荷蘭的馬絲特里特（Masstricht）舉行的第6屆國際水文科學大會。(The6thScientificAssemblyoftheInternationalAssociationofHydrologicalScience)。這是一次專門針對國際水文科學進展的回顧和研討大會，來自國際60多個國家的500名代表出席了大會。第6屆國際水文科學大會的主題是：一個干旱地球新的水文學（ANewHydrologyforaThirstyPlanet）。
受國家自然科學基金委員會地球科學部的部分資助，筆者應邀參加這兩個大會，并擔任第6屆國際水文科學大會第二學術研討會的分會主席。本文是對這兩個國際會議中關于水科學研究進展的綜述，希望介紹水科學方面一些新的進展，提出我國對國際水科學的貢獻和存在的問題與挑戰。
二.全球變化與水文科學問題
全球環境變化（簡稱全球變化）是目前和未來人類和社會發展面臨的共同問題。全球變化既包涵全球氣候變化又包括了人類活動造成環境變化的影響。了解自然變化和人類活動的影響是國際地球科學發展最為關系的問題。
7月10-13日在荷蘭阿姆斯特丹舉辦的“全球變化科學大會”，內容十分豐富。但都圍繞有兩大主專題，即：（1）一個不斷變化的地球的挑戰：對全球變化的科學理解。（2）展望未來：地球系統科學與全球可持續性。大會邀請若干專家學者做報告，在大會研討中設立一系列專題研討會和招貼展示論文。
大會專題報告內容有：
·一個不斷變化的地球的挑戰：對全球變化的科學理解（BerrienMoore）
·土地變化的集中性與復雜性：虛構與現實（B.L.Turner）
·氣候變化與海洋生態系統動力學：可持續資源利用的內涵（MichaelJ.Fogarty）
·21世紀中的糧食：全球氣候的差異性（MachendraShah）
·人類時期的大氣化學（PaulJ.Crutzen）
·火與薄霧：東南亞空氣質量的社會與政治因素上的不均性（SimonS.C.）
·海洋和陸地碳動力學（IanR.Noble）
·碳與科學政策的聯系：京都的挑戰（RobertT.Watson）
·對CO2挑戰的工業響應（CharlesNicholson）
2．水與全球變化的關聯：世紀資源的挑戰？（LeenaSrivaatava）。
·我們會有足夠的高質量的水嗎？（HartmutGrassl）
·水會滿足人們的需要嗎？（PeterD.Tyson）
·大壩對漁業的影響：三峽大壩實例研究。Chen-TungArthurChen教授，臺灣，國家SunYat-Sen大學，海洋地理和化學學院。
·澳大利亞大陸上的水，碳和氮：氣候和土地利用變化的影響（MichaelRaupach）
3．全球生物地球化學：星球新陳代謝系統的理解（PamelaMatson）
·海洋生物地球化學：變化的海洋（DavidM.Karl）
·陸地上碳的過去、現在和未來（RobertJ）
·大氣酸雨、臭氧損耗和氣候變化的案例分析（OranR.Young）
4．陸地—海洋的交互作用：區域與全球的聯系。（RogerHarris）
·生物地球化學的交互作用與反饋（TimJickells）
·沿海地區的全球變化：東南亞的實例研究（LianaTalaue-McManus）
5．氣候系統：預報、變化和可變性
·以前和以后的氣候變化：我們究竟去何處（ThomasF.Pedersen）
·氣候變化的1000年（RaymondS.Bradley）
·正在變化的寒區：高緯區全球變暖的影響（OlegAnisimov）
·耦合氣候系統：可變性和可預測性（AntonioJ.Busalacchi）
6．土地利用變化的熱點地區和地球系統：區域和全球的聯系
·陸地表面與氣候有聯系嗎？北非：撒哈拉沙漠；
·東南亞1：理解變化的亞洲季風系統：大規模植被和土地利用在水循環和氣候中的作用
·東南亞2：人類引導的陸地覆蓋的變化能對亞洲季風有多大的改變？
·亞馬遜河流域和土地利用的變化：未來能平衡嗎？
·陸地表面與氣候有聯系嗎？一種綜合。
7．模擬和觀測地球系統（DavidCarson）
·處理地球系統的復雜性和不確定性（H.J.Schellnhuber）
·監視地球系統的短期不穩定性和長期的趨勢：一個空間的挑戰（JoseAchache）
·虛擬現實的過去、現在和未來（JohnMitchell）
8．地球系統需要生物多樣性嗎？（AnneLarigauderie）
·為什么地球系統科學需要海洋生物多樣性？（KatherineRichardson）
·生物多樣性是如何影響陸地生態系統的過程與功能（SandraDiaz）
9．科技能夠補償星球嗎？（MikeBrklacich）
·自然的回歸：為什么和怎樣進行（JesseH.Ausubel）
·工業變革：生產與消費中的探測系統變化（PierVellinga）
10．面向全球可持續性（HansOpschoor）
·區域和全球可持續性的挑戰和障礙（JuliaCarabias）
·轉向可持續性的研究系統（WilliamC.Clark）
·可持續性科學起源討論：什么是可持續性科學？為什么要可持續性科學？（JaneLubcheno）
·可持續科學和氣候變化（BertBolin）
·重新概念化自然-社會的交互作用：將環境和發展結合起來理解（RobertW.Kates）
·雅基盆地資源的可利用性、脆弱性和持續性：環境與社會交互作用中不可持續的發展趨勢（P.A.Matson）
·人與環境相互作用的脆弱性：尤卡坦南部事例（B.L.Turner）
·各學科間的可持續性科學（RobertW.Corell）
大會專題討論內容十分豐富，有：A1-全球碳循環；A2-大城市與全球變化；A3-南厄爾尼諾的擺動同過去、未來氣候變化的聯系；A4-地球系統的演化；A5-生物多樣性的全球變化；A6-全球變化與火；A7-海岸區人類活動；B1-食品生產和環境間的平衡；B2-理解土地利用的變化，以致重建、描述或預測土壤覆蓋度；B3-冰雪層和全球變化：制度和指標；B4-地球系統分析；B5-陸地生物圈與全球變化；B6-社會轉化過程；B7-海洋與氣候變化；C1-水資源對環境變化的脆弱性：一種系統方法；C2-把人放入地球系統中：受害者或是破壞者，擾亂者或是解決者?C3-大氣和全球變化;C4-全球變化非線性變化和驚訝;C5-生態系統管理可持續發展的展望;C6-科學和政策過程：IPCC;C7-全球變化與山地區。
大會報告集中在水科學問題的主題有：全球變化中的水問題-21世紀資源的挑戰，尤其值得提到的是7月12日下午，大會專門針對水循環水資源問題，舉行了“環境變化的水資源脆弱性系統分析”學術研討會。WCRP/GEWEX北美主席、美國地理學會水文專業委員會主席、亞利桑那大學水文水資源系的SorooshSorooshian教授介紹“WCRP/GEWEX和SAHRA計劃中水問題的研究：半干旱區流域水文循環與可持續性”。德國的CharlesVorosmarty教授報告了“地球系統科學對全球水評估的貢獻”。WolframMauser教授研討歐洲GLOWA項目的核心“完整的流域管理”經驗。JosephAlcamo教授指出全球“水危機區與脆弱性”。JimWallace教授強調“防洪安全與水資源問題”。ClaudiaPahl-Wostl教授研討“面向社會經濟可持續性：水管理部門職能的轉變過程挑戰”。
三.水文科學與水資源安全
7月18-27日第6屆國際水文科學大會在荷蘭的馬絲特里特（Masstricht）舉行。大會對過去水文水資源研究進行總結，對未來水文科學的發展進行展望。會議由4個專題學術大會（Symposium，簡寫為S）和6個學術研討會(Workshop，簡寫為W)組成。會議主要集中在水文科學基礎研究和社會經濟發展與水資源研究兩個方面：
1.水文學基礎研究
S4.土壤-植被-大氣轉化方式和大尺度水文模擬
WS4.高山地區水文過程與冰圈作用
WS2.水文長期變化與氣候影響
S3.人類活動對地下水動態的影響
WS6.海岸濕地水文的演化
2.社會經濟發展與水資源研究
S1.社會經濟發展與水危機
S2.區域水資源管理
WS1.全球變化與洪水預報
WS3.信息技術在可持續水管理的作用
WS5.GIS&RS在土壤侵蝕和水質變化的應用
特別需要指出，由于全球變化、社會經濟發展，水資源問題愈來愈突出，給水文科學研究提出新的課題，即變化環境下的水資源形成與演化規律問題。IAHS會議的S1-S2，主要研討這些國際國家和區域尺度急迫的問題。關于S1和S2的研討內容題目摘錄如下：
S1：水脅迫下的社會經濟發展（E.Servat）
水源豐富，資金缺乏，水工業能否繼續生存尚未可知。
·健康部門希望從水文學家那兒得到什么?
·河流生態系統的研究和管理中對水文數據的需求。
·多學科綜合研究—對水危機的響應。
·食物保障中的水資源及管理。
·洪水控制與城市排水系統管理。
·全球水協作計劃
S2區域水資源管理
S2-1過去水管理的經驗與教訓（A.SchumannM.C.Acreman，M.Marino）：
·可持續發展的度量及其在實際水管理計劃中的實現。
·可持續水庫發展—津巴布韋實例研究。
·Yamuna河流域的可持續區域水管理：Delhi區域的實例研究。
·Limpopo河：逐步走向可持續發展和一體化的水資源管理。
·中國新疆博斯騰湖流域的水資源可持續性發展管理經驗的啟示。
·印度干旱地區過去管理實踐經驗總結。
·水壩功能新探——一個不應忽略的問題。
·Dehli區域水資源管理的一體化進程：問題與展望。
·北尼日利亞半干旱區域的Hadejia河上建壩的影響：對未來管理的建議。
·可持續發展的特征及供水管理模型。
·澳大利亞富營養化進程的現階段研究。
·城市水計劃書——印度班加羅爾的實例研究。
·水資源系統中相對可持續發展實現的框架。
S2-2可持續發展與水資源管理（夏軍，D.Rosbjerg，G.Schultz)
·為保護水生態系統的整合水質與水量的數學生態模型的發展。
·歐洲地下水可持續發展管理的指導方針。
·清除河岸異生植被是否為一種有效的水資源管理策略。
·地表水和地下水的聯合管理。
·河流管理可視化中的變換系統邊界。
·改善環境中被忽視的因子——監控。
·加入風險基金平衡流域經濟、社會、環境壓力之間的沖突。
·使用風險分析提高水資源系統模型的效率和精度。
·整合水資源管理中的角色分配。
·Volta流域的水資源競爭。
·復雜水環境管理中的空間適應方法。
S2-3水資源管理的方法（R.Davis，S.Walker）
·流域水平上的水資源管理整合模型。
·提高以決策支持系統為基礎的模型的精度——水管理中的一種好的建模實踐。
·持續性水系統的水力學標準。
·人工神經網絡系統實現的河流洪水預報。
·氣候變化影響評估中的不確定因子的概率特征。
·研究城市化對區域水資源影響的一種流域水文模型。
·水、氮循環的一種大尺度評估模型——在Elbe河流域的基礎研究。
·基于地形學和土壤水文學的濕地重建計劃方法的發展。
·英格蘭西南部Dartmour地區放牧對水文的影響。
四.21世紀水文科學的發展機遇與展望
傳統的水文學研究只考慮水量的自然變化，現代水文循環需要考慮地球生物圈、全球變化以及人類活動等方面的影響。國際地圈生物圈計劃（IGBP）代表國際地球學科發展前沿，水文循環的生物圈方面(BiosphereAspectsofHydrologicalCycle，簡稱BAHC)是IGBP的核心之一。它注重陸面生態-水文過程與空間格局的變化規律和受人類活動影響的關鍵問題，以科學地解釋：植被是如何與水文循環的物理過程相互作用的？改變陸面生態過程的直接原因是什么？是大尺度人類活動改變了陸面覆蓋？還是大氣中二氧化碳濃度增加的緣故？這些影響變化的水文后果如何？通過這些研究，為認識自然變化和人類活動影響下的土地利用/土地覆被變化與陸地表層生命物質過程，評估人類對生物圈的影響，保護環境和資源可持續利用提供科學的基礎依據。
通過7月在荷蘭舉行的IGBP和IAHS國際學術大會可以清楚看出，變化環境（即全球變化與人類活動影響）下的水文循環研究成為21世紀水科學研究的熱點。根據二十一世紀IGBP發展方向，國際上的BAHC研究重點也相應地進行了調整，主要有以下8個方面：
·小尺度水、熱、碳通量研究；
·地下過程作用的評價；
·陸地-大氣相互作用的參數化；
·區域尺度土地利用與氣候的相互作用；
·全球尺度植被與氣候的相互作用；
·氣候變化和人類活動對流域系統穩定與傳輸的影響；
·山區水文學與生態學；
·開發全球數據集；
此外，還有兩個交叉研究問題：
·設計、優選和實施綜合的陸地系統實驗；
·情景發展與風險/脆弱性分析。
變化環境下的水文循環及其時空演化規律研究，是國際國內地學領域積極鼓勵的創新研究課題。結合土地利用/土地覆被變化與陸地碳循環過程的水循環研究，是一個新的交叉方向。研究的熱點問題有：
問題1：全球變化與水文循環問題
它需要研究回答：全球變化對區域水循環規律？過去對氣圈-水圈-生物圈的相互聯系/作用是如何認識？現在又是如何認識水資源的演變？其規律是什么？
值得指出的是，過去在氣候系統與陸地水文循環之間存在一個誤區，即長期以來,水文學者把氣候看作是靜態:一個地區的氣候是指某種統計的平衡,WMO規定系列30年的平均作為準平均,用極差/標準差描述氣候變異。對陸地水文過程研究方面，認為長序列水文均值是穩定不變的，年徑流出現的豐、枯現象，被看作圍繞均值的周期變化。水利（水資源）工程設計：要求的水文計算都是以幾十年-幾百年時間尺度的水文過程穩定不變為前提。未來被看作是過去的重復或外延。例如，水資源的保證率有W75%，W50%等；設計洪水有千年設計和萬年校核等。另一方面，在氣候/天氣過程研究中，長期以來氣候學者把陸地水文看作是靜態，氣候/天氣過程研究僅僅到降水為止，較少研究流域水文循環動力機制與反饋作用。例如，天氣模式研究中僅設置若干參數代替水文過程變化和空間分布，認為陸面水文-生態的作用也是穩定不變的。例如，許多GCMs對水文循環作用過程考慮相當粗糙,平面無徑流聯系與循環過程。但是，現在人們業已認識：一個地區的氣候/水文循環過程并不處在統計的平衡狀態，而是以不同尺度變化（年際、十年際、百年際-千/萬年際變化）。決定氣候變化因子不僅僅是大氣內部的過程，還有大氣上邊界（太陽行星系統）和下邊界（陸地水文-生態、海洋系統）的各種物理化學過程。20世紀科學研究與進展顯示：陸面生態系統對大尺度水文循環有十分重要的反饋作用。因此，全球變化對水文水資源的影響是21世紀水文科學研究的前沿問題之一。因此，特別需要大力加強水文學家與大氣物理學家的聯系與合作，積極開展“全球-陸地-區域-流域尺度水文循環”科學基礎的研究。
問題2人類活動對水循環水資源的影響
人類活動對水循環及水資源有那些主要影響？人類活動如何對水的變化規律產生影響？有什么地區、區域特征規律？如何量化人類活動對水循環水資源的變化及影響？這是近代水科學面臨的主要科學問題。在IGBP科學大會上，特別強調土地利用/覆被變化與水循環、碳循環的關系。需要研究從“點”-“典型流域“的水循環機理、水文循環與生態系統的相互作用、地表水與地下水交換的相互作用，“大氣-土壤-植被”界面過程中的物質與能量轉化規律；開拓流域水文循環過程中的非線性機制研究；創新“分布式流域水文循環模型”，量化區域水文循環演化與土地利用/土地覆被影響關系，為認識陸地表層生命物質過程的提供重要的基礎科學支撐。
結合中國的實際背景，人類活動影響是驚人的。例如，在中國南方的長江流域，建國后洞庭湖圍墾1700余平方公里；鄱陽湖圍墾1400余平方公里；荊北所有通江湖泊被堵閉，減少調蓄長江洪水面積約5700余平方公里。建國后，長江中下游地區約有1/3以上湖泊面積被墾殖；損失湖泊面積13000余平方公里，相當于五大淡水湖泊面積總和的1.3倍；損失湖泊容積500億立方米左右，相當于三峽水庫調蓄庫容的5.8倍，淮河年徑流1.1倍。建國后，中游長江干流河道內的江洲河灘幾乎全部被圍墾。據不完全統計，圍墾面積約1213平方公里；城陵磯至螺山江段河床變遷劇烈，泥沙淤積問題嚴重。98洪水后，國家提出治理長江32字方針：“封山育林、退耕還林、移民建鎮、以工代賑、退田還湖、平垸行洪、加固干堤、疏浚河道”。但是，如何退田還湖？如何平垸行洪？認識人類活動（湖區開發、三峽工程）對水循環關系影響水科學基礎問題，都是十分重要又十分現實的問題。
在中國北方，人類活動劇烈。例如，在華北地區，水文循環機理比較復雜，它不僅與陸地表層系統中各種自然地理要素時空分布密切相關，而且與農業開發、都市化等土地利用/土地覆被直接相聯。由于社會經濟發展，人類活動改變了水循環自然變化的空間格局和過程，加劇了水資源形成與變化的復雜性。過去有關部門在華北水資源方面做了相當的工作。但是，在華北地區究竟缺多少水等基礎方面仍分歧較大。有人認為在華北通過自身的節水和提高用水效率可以解決水資源的需求問題；有人認為即使南水北調也不能從根本上解決北方缺水問題。爭論問題的科學問題焦點是：在自然變化和人類活動的綜合影響下華北地區水循環演化規律是什么？如何科學測算華北地區可供水資源量？華北地區節水的潛力究竟有多大？如何保障華北地區的水資源安全？爭論的原因是：自然變化和人類活動加劇情況下的華北地區水循環演變格局與過程機理，有待重新認識；受人類活動影響等變化環境下的華北地區水資源可利用量的測算科學依據不很充分；水資源安全與生態需水、節水潛力、國民經濟發展之間的量化關系需要研究。因此，開展自然變化和人類活動影響下的水循環及水資源安全研究，具有十分重要的科學意義和研究價值。
總之，21世紀水科學的挑戰問題是：迫切需要回答的科學問題是陸地水循環演化格局、過程與機理，即：
·如何對水、碳和能量在土壤~植被~大氣界面交換中的變化進行認識？
·變化環境下的水文循環時空演化有哪些特征規律？如何識別和量化？
·水循環物理過程在不同尺度（宏觀/中觀/微觀）是如何聯系、影響與作用的？
·如何評價那些由于土地利用及土地覆被變化而導致的陸面性質的改變，這些變化又影響陸地水循環過程變化和空間格局的變化？
回答上述問題，迫切需要建立認識陸地水循環演化格局的空間信息支撐系統、陸地水循環過程變化的實驗研究支撐系統和可定量描述自然變化/人類活動影響的分布式水循環模型等。這需要在充分利用現代科學技術，開展國家水平/國際間的水文科學實驗、變化環境下的水文水資源理論創新研究。這是21世紀水科學發展面臨的新的機遇與挑戰！
致謝：本文系國家自然科學基金委資助項目（49971017）和科學院2000年“百人計劃”中有關的國際前沿研究與展望研究內容，得到國家自然科學基金委員會和科學院地理科學與資源所的資助，對此表示衷心的感謝！
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水文與水資源工程的認識范文第3篇
【關鍵詞】工程地質勘察；水文地質勘察；試驗；測繪
1．工程地質與水文地質勘察的目的
1.1工程地質勘察目的
工程地質勘察的目的是查明工程建筑物地區的工程地質條件，分析預測可能出現的工程地質問題，并充分利用有利的地質條件，避開或改造不利的地質因素，為工程的規劃、設計、施工、運用和管理提供可靠的地質資料。工程地質勘察工作一般分為規劃、可行性研究、初步設計和技施設計4個階段。
①規劃勘察。規劃勘察的目的是為工程選點提供初步的工程地質資料和地質依據。該階段的主要任務為：搜集、整編區域地質、地形地貌和地震資料；了解工程建設地點的基本地質條件和主要工程地質問題；分析工程建設的可能性；了解各規劃方案所需天然建筑材料的概況，進行建筑材料的普查。
②可行性研究勘察。可行性研究勘察是在河流或河段規劃方案選定的基礎上進行的勘察。其目的是為選定壩址、基本壩型、引水線路和樞紐布置方案進行地質論證，并提供工程地質資料。
③初步設計勘察。初步設計勘察是在可行性研究階段選定的壩址和建筑場地上進行的勘察。其目的是查明水庫區及建筑物地區的工程地質條件，為選定壩型、樞紐布置進行地質論證，并為建筑物設計提供地質資料。
④技施設計勘察。技施設計勘察是在初步設計階段選定的樞紐建筑物場地上進行的勘察。其目的是檢驗前期勘察的地質資料與結論，為優化建筑物設計提供地質資料。
1.2水文地質勘察目的
水文地質勘察是研究水文地質條件的主要手段。水文地質勘察的目的是為了查明地下水的形成、分布規律，并在此基礎上對地下水資源做出水量與水質評價，從而為國民經濟建設提供水文地質依據。水文地質勘察工作的任務是運用各種不同的測繪、勘探、試驗、觀測方法，經過一定的勘察程序，查明基本的水文地質條件和解決專門性的水文地質問題。
2.工程地質與水文地質測繪
2.1工程地質測繪
工程地質測繪的比例尺主要取決于不同的設計階段。在同一設計階段內，比例尺的選擇又取決于建筑物的類型、規模和工程地質條件的復雜程度。工程地質測繪的比例尺分為：小比例尺（1∶10萬～1∶5萬）測繪、中比例尺（1∶2.5萬～1∶1萬）測繪和大比例尺（1∶5 000～1∶1 000）測繪。
2.2水文地質測繪
水文地質測繪是水文地質勘察工作的基礎與先行工作，是認識和掌握區域地質構造、地貌、水文地質條件的重要調查研究方法。水文地質測繪基本任務是查明：①與地下水形成有關的區域水文、氣象因素；②區域地質、地貌及第四紀地質特征；③地下水的補給、徑流、排泄條件；④含水層的埋藏條件及其分布。
最后，結合其他工作對地下水資源及其開采條件進行初步評價，為工農業生產建設部門合理開發利用地下水資源提供完整的水文地質資料。
3.工程地質與水文地質勘探
勘探工作是工程地質勘察的重要工作方法之一。對任何工程地質條件及工程地質問題，從地表到地下的研究，從定性到定量的評價，都離不開勘探工作。
3.1物探工作
巖層有不同的物理性質，如導電性、彈性、磁性、放射性和密度等。利用專門儀器測定巖層物理參數，通過分析地球物理場的異常特征，再結合地質資料，便可了解地下深處地質體的情況。工程地質勘察中常用的是電法勘探和彈性波勘探。
電法勘探是利用儀器測定人工或天然電場中巖土導電性的差異來識別地下地質情況的一組物探方法。電法勘探以巖石的電學性質為基礎，不同巖石電性差異的大小、相同巖石的孔隙大小以及富水程度的強弱等，對電法勘探結果都會產生影響。這就要求配合一定數量的試坑或鉆孔進行校驗，才能較準確地判別資料的可靠性。電法勘探受地形條件限制較大，要求工作范圍內地形起伏差小，所以在平原和河谷區使用較普遍。
3.2鉆探工作
鉆探是利用一定的設備和工具，在人力或動力的帶動下旋轉切割或沖擊鑿碎巖石，形成一個直徑較小而深度較大的圓形鉆孔。通過取出巖芯可直觀地確定地層巖性、地質構造、巖體風華特征等。從鉆孔中取出巖樣、水樣可進行室內試驗，利用鉆孔可進行工程地質、水文地質及灌漿試驗、長期觀測工作及地應力測量等。與物探相比，鉆探的優點是可以在各種環境下進行，能直接觀察巖芯和取樣，勘探精度高。
4.工程地質與水文地質野外試驗
野外試驗是在工程地質和水文地質勘察中經常進行的一種重要的勘察方法，是獲得工程地質與水文地質問題定量評價、工程設計、施工和認識區域水文地質條件評價地下水資源所需參數的主要手段。
4.1鉆孔壓水試驗
鉆孔壓水試驗是用專門的止水設備。把一定長度的鉆孔段隔離開，然后用固定的水頭向該段鉆孔壓水，使水從孔壁裂隙向周圍滲透，最終滲透水量會趨向一穩定值。根據壓水水頭、試段長度和滲入水量，便可確定裂隙巖石的滲透性能。
4.2抽水試驗
抽水試驗是利用一定的抽水設備在鉆孔、各類井以及某些流量較大的上升泉、深潭式地下暗河、截潛流工程和方塘等上進行，用以測定含水層的水文地質參數，從而判斷地下水運動性質，了解地下水與地表水以及不同含水層之間的水力聯系。
5.長期觀測
在工程地質與水文地質勘察中，長期觀測是一項很重要的工作。例如，有些動力地質現象及地質應力隨時間推移將不斷地變化，尤其在工程活動影響下的某些因素和現象將發生顯著變化，嚴重影響工程的安全、穩定和正常使用。在這種情況下，僅靠工程地質測繪、勘探、試驗等工作，很難準確預測和判斷各種動力地質作用的規律性及其對工程使用年限的影響。
6.結語
通過上述主要手段和方法的實施及在實際中的靈活運用，能準確地抓住工程地質與水文地質勘察工作中的主要問題，通過周密的經濟、技術評價分析，為工程設計、施工提供合理的和優化的地質依據。
【參考文獻】
［1］樂安祺.工程勘察中的水文地質問題不容忽視[J].科技咨詢導報，2007，(19).
水文與水資源工程的認識范文第4篇
關鍵詞：生態水文學西部地區生態需水
1、生態水文學的發展
水文學(hydrology)是地球科學的一個重要分支，它研究地球上水的起源、存在、分布、循環和運動等變化規律，并運用這些規律為人類服務的知識體系[1]。自從科學界公認水圈、巖石圈和大氣圈都從地圈中分離出來，并作為地球的獨立圈存在后，水文科學的形成就有了其基礎和地位[23]。
人類進入20世紀末，由于社會經濟發展，人與自然的沖突加大，生態環境問題愈來愈突出，如濕地的退化、河道斷流、入海水量減少、水體污染加劇等等。近20年來，生態學家們愈來愈意識到水文過程對生態系統功能的重要影響。但是，缺乏了解水文過程與生態系統植物群落變化與相互制約的內在聯系。同樣，過去水文學家關心最多的是洪水與干旱的成因、工程水文的實際的設計應用等。但是，隨著生態與環境問題的重視與提出，愈來愈多的水文學家開始關注與水相關的生態問題，例如流速如何影響河道內的植物生長？河川徑流的情勢與濱岸生境生態過程之間是如何相互作用與聯系的？由于水文循環聯系地球系統地圈~生物圈~大氣圈的紐帶作用，水文循環過程的變化與其相關的生態環境的變化交叉研究與社會需求，產生了新的學科生長點，即生態水文學(eco-hydrology)。
生態水文學是20世紀80年代以后逐步發展的一門新興交叉學科[1-20]。它重點研究陸地表層系統生態格局與生態過程變化的水文學機理，揭示陸生環境和水生環境植物與水的相互作用關系，回答與水循環過程相關的生態環境變化的成因與調控。利用生態水文學原理可以積極地用來保護和改善自然景觀，正確指導生態環境脆弱地區的生態環境建設與水資源管理。
生態水文學的提出與發展大致在20世紀70年代以后。早期的生態水文學主要定義在生態濕地系統范疇。例如，1996年wassen等學者專門撰文[44]，認為“生態水文學是一門應用性的交叉學科，旨在更好地了解水文因素如何決定濕地生態系統的自然發育，特別在自然保護和更新方面有重要價值”。
1971年，聯合國教科文組織（unesco）正式啟動人類生物圈（mab）計劃，水生生態系統研究成為該計劃中的一個重要項目。第一階段的會議于1986年在法國圖盧茲召開，主要討論了土地利用對水生生態系統的影響。會議期間，確定了一個具有決定性意義的主題：陸地生態系統和水生生態系統之間的過渡帶，對生物化學循環和景觀鑲嵌體具有重要的調控作用。因此，過渡帶的研究被推薦為unesco未來生態系統工作的重點。它是生態水文學發展的雛形階段。
1988年，unesco組織了過渡帶研究的國際專題研討會。期間，國際應用系統分析協會和匈牙利科學研究院籌劃了水陸過渡帶功能方面的合作研究項目，試圖通過對生態過程的充分理解，確定過渡帶恢復或重建的管理思想。
1996年9月在法國召開了“小流域生態水文學過程”研討會。會議共收到30篇論文，研究集中在小尺度上，內容主要包括土壤和大氣相互作用的模擬，徑流產生過程和水流路徑、水量和水文生物地球化學行為等。在這次會議中，還討論了分區和尺度的影響問題，分析了氣候變化對水文行為和數量的影響。1997聯合國教科文組織出版了“小流域生態水文學過程”會議文集。
聯合國教科文組織（unesco）國際水文計劃（ihp）是由世界各個國家政府組織參加、在國際上有重要影響的水科學及其相關的水資源和環境科學的大型國際研究計劃。從1965-1974聯合國科教文組織實施國際水文十年（ihd）計劃后，ihp已經執行了五個階段，其中：第一階段（ihp-i，1976-1980）著重人類活動影響，水資源與自然環境之間關系的研究；第二階段（ihp-ii，1981-1985）著重于把研究領域擴大到各個特定的地理、氣候區域，并向著綜合利用水資源的水問題方向發展；第三階段（ihp-iii，1986-1990）定名為“為經濟、社會發展合理管理水資源的水文學和科學基礎”，除繼續把水文科學作為重點外，把計劃內容擴大到合理管理水資源；第四階段（ihp-iv，1991-1995）研究計劃重點是“大氣-土壤-植被”之間的水循環關系，全球氣候變化對陸地水文過程的影響。
ihp第五階段（ihp-v，1996-2001）方向是“脆弱環境中的水文水資源開發”，由三個模塊、八個主題和31個計劃項目組成。模塊1的資源過程與管理研究中主題2是“地表生態過程”。生態水文學是ihp計劃的核心內容[14-19]。之后，生態水文學得到了迅速發展。從1996年到2002年，聯合國教科文組織國際水文計劃召開了一系列生態水文學研討會。
1997年國際水文計劃出版了專集：生態水文學—水生資源可持續利用的新范例。文集指出生態水文學主要是為了研究水循環過程、機制與生物、非生物之間的相互關系。水生環境的水量、水質和某些過程，不僅受氣候因素的控制，而且在很大程度上受生物因素的影響。因此，生態學和水文學知識的綜合，被認為是一個研究水和生物關系的合適的新工具。這本書首次提出了新的、具有挑戰性的概念——生態水文學，建立淡水資源可持續發展的基礎。圖1表明了生態水文學與以往生態學和水文學思維的不同方式：
1998年5月在波蘭召開了unescoihp-v2.3-2.4工作組會議。同年，出版了會議文集，主要包括以下4個方面的內容：1）介紹了生態水文學的框架和研究領域；2）提出了當前存在的缺點和未來發展路線；3）宣傳生態水文學的概念，認為河流生態系統是受水文過程控制的“超有機體”。確定生態水文學研究的目標為：（a）比較和評價現有的水文和生態過程相互關系的信息；（b）評論預測的潛力、確定未來研究最重要的方向；（c）識別與水文過程相關聯的環境問題層次；（d）定量生物因素、非生物因素之間的聯系以及它們在水中的沉積物質、營養物質和污染物質運輸、轉化中的作用，以確定從區域到流域尺度上的轉移路徑；（e）以可持續發展為目標，建立可操作性的程序交互平臺以及科學家、政策制定者和決策者之間新的思維方式。這一出版物為生態水文學的研究提供了指導作用。
1999年9月8日至22日，ihp-v組織了生態水文學研究進展方面的會議，在不同科學團體之間交流了生態水文學的研究成果。會議為來自24國家的不同領域的年輕科學家提供了辯論的機會。在生態水文學和水資源管理方面，科學家交換了基礎性研究和應用研究的最新觀點。基于研究過程中得到的數據和知識，科學家討論和提議了生態水文解決環境問題的潛在辦法。2000年出版了生態水文學研究進展文集。
需要指出，ihp-v中生態水文計劃的核心目標旨在從流域觀點、從河流系統與自然社會經濟的聯系中，理解生物和物理過程的整體性，以提高水資源的管理水平。專家們認為，當今世界范圍的水資源問題已經受到來自全球氣候變化和人類自身經濟開發活動的巨大影響與挑戰。在面對不斷變化環境的水資源管理中，生態水文學的研究方法和思想將是最好的、可持續的方法。這一范例認為，流域就好像一個超有機體，它具有反抗壓力的抗性和彈性特征，是面對變化環境下水資源可持續管理的最有效的一個工具。
1999年，為倡導生態水文學方面的科學研究，國際知名的英國水文研究所正式改名為“生態水文學研究中心”。
同年，英國謝菲爾德大學（sheffielduniversity）自然地理系andrewj．baird博士和德比大學（derbyuniversity）自然地理系高級講師、美國國家大氣研究中心項目科學家robertl．wilby博士共同編著出版了《生態水文學》。它是綜述有關陸生環境和水生環境植物與水分關系問題方面的第一本書，闡述和探討了各種環境植物與水分相互作用問題。該書對于水文學家、生態學家、自然保護學家以及研究生態系統、植物生活和水文過程的其他學者有很大的參考價值。中國科學院寒區旱區環境工程研究所趙文智和王根緒博士翻譯出版了該書的中文全文[44]。
目前，在生態水文學或水文生態學的研究領域，活躍著一大批科學團體，使得這一領域的研究有了很大的發展。在聯合國教科文組織國際水文計劃（unescoihp）-v(2.3/2.4)的支持下，由maciejzalewski組織出版了一系列“生態水文學”專集，是一個里程碑。以后“生態工程雜志（eej）”雜志、“水文科學雜志（hsj）”都出版了“生態水文學”?？Ｒ詚alewski為特約主編致力于生態水文學研究的新期刊。國際水文科學協會（iahs）也專門由acreman博士主編了“水文生態學”有關專集。
進入21世紀后，國際水文計劃（ihp）實施2002-2007年新的第六階段計劃，方向確定為“水的相互作用：來自風險和社會挑戰的體系”。主要的不同點是需要考慮下面若干方面新的研究與挑戰的問題，即：地表水與地下水、水文循環的大氣與陸地部分、淡水與咸水、全球化的流域與河流尺度、質與量、水體和生態系統、科學與政治、水與文化。它由五個主題組成：主題1、全球變化與水資源；主題2、流域地表水與地下水動力學集成；主題3、陸地生境水文學；主題4、水與社會；主題5、水教育與培訓。其中主題3的陸地生境水文學仍然是生態水文學核心內容。
總之，生態水文學是現代水文科學與生態科學交叉中發展的一個亮點，它以生態過程和生態格局的水文學機制為研究核心，以植物與水分關系為基礎理論，將尺度問題貫穿于整個研究之中，研究對象涉及旱地、濕地、森林、草地、山地、湖泊、河流等。因此，生態水文學的發展對我國生態環境建設，將會有重要的促進和推動作用。
2.國內外生態需水研究的問題
生態需水（ecologicalwaterrequirements）是生態水文學中的一個重要的研究課題。凡是聯系到與水相關的生態系統自然發育、氣候變化和人類活動干預下的生態系統退化等問題，都需要回答維系生態系統所需求的水或者河川徑流等問題。在國際上提出生態需水的概念與研究生態需水的理論與方法，已經有了一段歷史。在我國，生態水文學的研究剛剛起步，生態需水理論與方法還有待于發展與完善。
早在20世紀四十年代，隨著水庫的建設和水資源開發利用程度的提高，美國的資源管理部門開始注意和關心漁場的減少問題。美國魚類和野生動物保護協會對河道內流量與魚類生長繁殖、產量的進行了許多研究，提出了河流最小環境(或生物)流量的概念，已有學者撰文強調了河川徑流作為生態因子的重要性。
在20世紀70年代后，澳大利亞、南非、法國和加拿大等國家針對河流生態系統，比較系統都開展了關于魚類生長繁殖、產量與河流流量關系的研究。以大馬哈魚的河流生境（habitat）需水為例，加拿大哥倫比亞大學（ubc）有關學者通過大量的實地調查，分別獲得了維系大馬哈魚到淡水河流繁衍所必需的河流生境的基本生態需水基本數據，其中包括適宜的流速和水深等。進一步，他們繪制了大馬哈魚繁衍所必需的河流生境質量的高低與基本生態需水（流速和水深）之間的曲線關系。
為了保護水生生物或生境，通常是基于河流物理形態、魚類和無脊椎動物確定最小或最佳的生態需水流量。但是，這一流量僅僅考慮了漁業的流量需求或者濕地對水的需求，并沒有體現生態系統的完整性。國外學者g.e.,petts認為，在河流管理中生態的需要與河流流量變化特征相聯系應該至少考慮3個方面，即：（1）縱向的連接；（2）洪泛平原的流量；（3）維持河道的流量，包括最小的和最適宜的流量?；髁髁康淖匀活l率和持續時間也應加以考慮，無論何時，都要盡可能地保持生態可接受的流量變化。
gleick提出了基本生態需水量的概念（basicecologicalwaterrequirement），其概念實質是生態建設（恢復）用水[10]。falkenmark區分了綠色水（greenwater）和藍色水的概念，指出從“藍色”水的社會利用部門轉向利用“綠色”水的生態系統中來，這種“綠色”水儲存在土壤中用于蒸發或合成植物有機體。事實上，“綠色”水就是生態需水的概念，這種“綠色”水的概念適用于水生生態系統和陸地生態系統。
直到20世紀90年代，隨著國際水文計劃等大的項目推進，研究的對象開始打破過去局限于所關心的物種（如魚類）或某一單一目標的情景，人們才開始考慮維持河流系統完整性的生態流量需求，提高對河流生態系統保護的有效性。但是，由于在西方發達國家，并沒有中國西部如此生態問題的多樣性和復雜性，因此，他們對生態需水的研究主要集中在維系自然生態系統平衡的方面，比較少考慮高強度人類活動大量擠占生態需水的現實問題。
中國是一個降水時間空間分布非常不均勻、人口壓力大的發展中國家。人口、資源與環境的矛盾比較突出。就中國西部地區而論，20世紀90年代以前的水資源規劃與配置管理中，很少涉及生態環境建設與生態需水問題。水資源可持續利用與合理配置是從國家“九五”攻關項目開始，提出的“生態需水”是一個新生事物。在中國，由于生態水文學基礎研究起步比較晚，大家對于“生態需水”概念的理解也不盡相同。許多國內文獻書籍、研究報告出現有“生態需水”、“生態用水”和“生態耗水”多個名詞。有人認為它們的概念與涵義是不同的，但是有人認為它們都是指一回事（見文獻[22]、[26-46]）。
1989年，中國科學院地理研究所湯奇成較早提出生態用水問題[45]。他認為“為了保證塔里木盆地各綠洲的存在和發展，必須要保護各綠洲的生態環境，而生態環境的保護也離不開水，這部分水可統稱為生態用水”。1995年[46]，他認為“對生態環境用水很少或根本沒有安排，這種情況必須徹底加以改變，否則干旱區綠洲外的環境將日益惡化；應該在水資源總量中專門劃出一部分作為生態環境用水，另一部分為國民經濟各部門的用水，包括工、農業及城市生活用水等”。以后許多專家學者對生態需水、生態用水和生態耗水等，提出不同的觀點、定義和研討，豐富了生態需水的理論與學術研究。
2001年，由錢正英、張光斗主編正式出版了的中國工程院重大咨詢項目研究成果“中國可持續發展水資源戰略研究”[27]。提出我國水資源的總戰略必須以水資源的可持續利用支持經濟的可持續發展；建議從防洪減災、農業用水、城市和工業用水、生態環境建設等8個方面實行戰略性改變，在中國大地上真正展開一場提高用水效率的革命。在該報告中，對生態用水做的定義是：“從廣義上說，維持全球生物地理生態系統水分平衡所需用的水，包括水熱平衡、水沙平衡、水鹽平衡等，都是生態環境用水；狹義的生態環境用水是指為維護生態環境不再惡化并逐步改善所需要消耗的水資源總量?！?。
在學術研討方面，潘啟民等把生態用水理解為生態需水量（狀態值）和生態耗水量（動態概念）兩個概念[47]。嚴登華等把河流水可劃分為生態水、資源水和災害水[30]。王芳等通過她的博士論文研究探討了生態需水理論問題[38-39]，將生態需水概念界定為：為維護生態系統穩定，天然生態保護與人工生態建設所消耗的水量。將生態需水劃分為可控（非地帶性）與不可控（地帶性）生態需水和天然與人工生態需水。劉昌明強調要在研究水循環和水量轉化規律的基礎上確定生態需水的理論內涵，提出陸地系統中的水可分解為資源水、災害水、生態水和環境水。生態需水研究面臨許多新的挑戰。
筆者們參加了中國工程院重大咨詢項目“西北地區水資源配置、生態環境建設和可持續發展戰略研究”。有幾個不同的觀點：（1）我們理解的國際水文計劃（ihp）研究意義上的生態需水，是指以水文循環為紐帶、從維系生態系統自身生存和生態功能角度，相對一定生態環境品質目標下客觀需求的水。例如，為了維系河流某魚類的生境，需要必須的基本水文特征值保證（如一定的河川基流、一定的水流速度、水深要求等），生態系統對水資源需求的大小需要通過科學實驗與觀察獲得，并不是人們主觀要給出什么樣的水資源配置。水的配置是針對水資源管理、不同水的用戶即用水而言。因此，就應該有生態耗水和用水的概念，它們與生態需水有區別也有聯系。（2）中國工程院重大咨詢項目中所指的“生態需水”不同之處，在于為水資源的合理配置服務、為生態建設（林草，河道生態功能要求）服務的生態需水。所以，國際上提出的生態需水概念需要討論與擴展。通過討論，有比較一致的看法是：
生態需水是指維系一定環境功能狀況或目標（現狀、恢復或發展）下客觀需求的水資源量。進一步，對中國西部生態環境建設研究工作的目標，生態需水可以理解為維系一定生態功能的環境目標（例如維系現狀生態系統不再退化、恢復某個時期的生態景觀、或者具體目標如黑河水必須要到東居延海等）下科學意義下生態系統需求的水資源。它是生態環境建設重要的科學依據。
生態耗水是指現狀多個水資源用戶（生產、生活和生態）或者未來水資源配置（生產、生活和生態）后，生態系統實際消耗的水量。它需要通過該區域社會經濟與生態耗水的平衡計算確定。生產、生活耗水過大，必然擠占生態耗水。
因此，生態需水與生態耗水是有不同的含義，既有聯系又有區別。例如，在黃河上游地區，自然降水條件下一般能夠滿足天然植被蒸散發對水的需求（降水p大于蒸散發e），因此，生態需水估計的數量比較小。但是，由于人的行為通過水土保持等措施建設林地，耗用（減少）了輸送到河流下游的水資源量。人們往往稱這部分耗用（減少）的實際水量為生態耗水量。所以，在黃河上游地區生態需水量與生態耗水量是有不同的。
相比之下，在西北內陸地區河流的下游，由于內陸地區河流的下游降水非常少，為維系胡楊林生態系統生存，估計的生態需水將完全占用河川徑流量。維系胡楊林生態系統的生態環境用水也完全取決與能夠提供給下游的河川徑流量。在某種意義下，維系胡楊林生態系統的生態需水量也就是生態耗水量。
因此，生態需水與生態耗水的概念在西部地區既有聯系又有區別。通過生態需水的估算，能夠提供維系一定的生態系統與環境功能所不應該被人所擠占的水資源量基本的信息，它是西部地區水資源可持續利用與生態環境建設的基礎，它也是估計在一定的目的、生態環境建設目標或配置條件下，生態環境耗水大小的基礎。通過對生態需水和生態耗水的估計，能夠分析人對生態需水擠占的程度，決策生態環境建設對生態環境用水的合理配置。
3.中國西部地區生態需水研究的挑戰
水是干旱區的關鍵生態因子,植被的組成和結構由水密切控制,同時在各種尺度上對水產生重要的反饋作用。因此，在干旱區，研究生態學和水文學的相互關系，研究生態需水問題，對干旱區生態建設的模式和生態恢復至關重要。一方面，干旱區水文過程對植被生理特征和格局成因產生影響，同時植被對水土流失具有控制作用。
生態需水的實質是生態系統結構、功能和水分之間相互關系問題。生態需水是生態水文學研究的重要內容之一，只有建立在流域水循環基礎上通過生態水文學理論的指導，生態需水量的確定才會更合理。目前在生態需水估算方面，面臨許多挑戰的問題。主要有：
3.1干旱區植被對缺水的適應機制研究
研究表明，干旱區的某些植物具有水分補償能力，即利用冬季（低強度）降水補償夏季干旱用水，冬季干旱就以夏季降水來補償，這大概是灌木在這種環境中得以與一年生植物競爭的一種手段。另外，在干旱區，植物為了適應荒漠環境，具有許多生理結構上的變化。國外學者ewenari把荒漠植物分為兩類：一類是隨水變植物，這類植物對極端干旱具有許多生理上的適應性；但大多數植物屬于恒水植物，這些植物對干旱有許多適應機制。不同植物的水分利用效率的、對水分虧缺的生理響應機制等研究，將為植被建設和恢復提供理論支持。
3.2植被格局成因的控制性因素研究
干旱區植被最顯著的特點就是低覆蓋度。研究表明，如果干燥度系列從p/etp>1（降水量與潛在蒸發量的比值）降到<0.3，就會發現潛在植被從全面覆蓋而經一系列破碎的植被冠層到植被處于斑塊狀分布狀態。近期研究表明，在黑河下游，隨著上游來水的減少，不同景觀類型的面積、數目和優勢植被發生了很大的變化。在干旱區，胡楊、檉柳的空間分布普遍呈緊縮分布現象，當干旱程度有所減緩時，植被在空間上的分布相對較為分散。在防止土壤侵蝕的人工植被建設方面，由于只考慮植被蓋度和高度，忽視了斑塊格局及其配置方式。所以出現了北方人工植被土壤旱化、穩定性低的問題。以上說明了水分動態影響植被的分布格局，但這種分布格局如何響應水文過程的變化，它的生態學意義何在？植被的這種自然分布格局能否指導干旱區植被恢復等均有待研究。在今后的研究中，應加強植被類型、格局的生態水文學和生態需水研究。
3.3植被格局對水土流失、土壤侵蝕的定量化研究
在干旱地區，植被多呈斑塊狀分布，這種分布對改變水分徑流的路徑、減緩水蝕，提高斑塊內的土壤水分含量等都具有重要意義。盡管對植被斑塊的叢生狀況有所認識，近來理論方面的研究和模擬方面的研究也有助于了解這一過程，但對這種現象的生態機制卻知之甚少。這種綴塊分布格局如何影響徑流？這種格局的生態學意義何在，都是值得探討的問題。另外，應加強大時空尺度上的植被格局和水文過程的關系研究。
分析干旱植物在水分脅迫下的群落組成結構、分布格局與演變過程，始終是干旱區生態水文科學研究的重要領域，迄今為止，關于這方面的研究未能取得突破性進展，尤其是群落演變的生態機理仍然處于未知階段。近年來，關于干旱區植物分布如何影響徑流和水分分布，以及如何調節干旱區侵蝕等問題的研究受到廣泛重視，同時，大尺度“土壤—植被—大氣”傳輸相互作用以及干旱區植被隨氣候變化的演化也是目前生態學家和水文學家共同感興趣的話題。
3.14區域生態需水估算方法研究
我國的生態水文學基礎研究剛剛起步。盡管在一些方面已經取得令人鼓舞的成果，如陳亞寧在新疆塔里木下游生態需水方面新的研究等，但總的看，目前處在初期發展階段，沒有比較成熟的估算方法，還存在這樣或那樣的問題，需要多途徑比較與發展。
現行的區域生態需水估算方法主要思路是：依據不同氣候帶與降水等條件，開展自然生態系統分區，確定生態需水計算的不同類別的生態-水文參數；利用遙感提供中國西部區域土地利用信息，確定生態需水計算的不同類別的范圍；通過不同植被類型的蒸散發計算、流域降水-徑流計算確定河道外生態需水（地帶性和非地帶性的生態需水）以及河道內生態需水；最后利用水資源分區的水量收支平衡控制，估算生態需水或生態耗水總量。
由于對于生態需水概念理解的不同，實際中生態需水估算的方法就有不同或者差異。例如，按維護現狀生態系統不再退化的理解，就會有一套基于2000年的遙感圖，依生態分區，分類以及用總水量平衡核算的核算方法。按生態建設目標（過去，現狀和未來），又有不同數量的估算方法。
客觀說，基于生態水文學的研究思路是估算生態需水的基本途徑，它從成因觀點估算流域的生態需水，有比較好的理論依據。但是，由于西部地區生態環境問題的復雜性，特別是缺乏必要的生態水文過程與空間變化的資料，由點的植被蒸發擴展到面的植被耗水機理的尺度問題等，導致目前估算有一定困難與結果的差異?，F行的水量平衡方法估算生態耗水，能夠從宏觀總量上給予控制，但是生態需水的精度取決于水資源平衡中其它耗水部門估算的正確與否。因此，在區域生態需水估算方法不成熟的情況下，鼓勵多種途徑方法的相互比較和佐證，可能比一種方法為好，這也是新生事物學科發展所需要的。如何在有限水文水資源資料和生態監測資料條件下，獲得更為客觀與科學的生態需水估計，的確是一個重要的挑戰性任務與課題。
4.結語
生態水文學是一種對環境有利、經濟可行和社會可接受的有效方式。由于生態退化等問題的出現，生態水文學成為國際研究的熱點問題之一。本文回顧了生態水文學的發展歷程，討論了生態需水研究明亮的問題與挑戰。它們作為生態環境建設的基礎與學科發展，有如下幾點認識與建議：
（1）優先、重點保護原則：在西北地區，由于水資源匱乏，不可能保護所有的生態系統，只能優先保護控制性生態系統，滿足控制性生態系統對水分的需求。在此基礎上，進一步形成保護干旱區生態系統的網絡結構。干旱區流域下游荒漠綠洲是外來徑流作用的產物，綠洲景觀結構及組成類型的空間分布嚴格受河流廊道影響。因此，若把河流兩岸喬灌木林和河岸灌叢草甸視作河流廊道的構成要素，則荒漠綠洲的高級生物組成實質就是河流廊道。在干旱區河流廊道不僅具有傳輸能量與養分的功能，而且是綠洲生物流的載體和傳導源，為維持整個流域生態系統的穩定發展奠定了堅實的基礎。所以干旱區河流廊道就是控制性的生態系統，生態需水應該優先得到滿足。
（2）以生態水文學為基礎研究生態需水問題：生態水文學是生態學和水文學的交叉學科，它所關心的是水文過程對生態系統配置、結構和動態的影響，以及生物過程對水循環要素的影響。水文循環深刻地影響著全球生態系統的結構和演變，包括自然界中一系列的物理過程、化學過程和生物過程，是其它物質循環的基礎。因此，確定某一生態系統需水時，只有以水文過程為基礎，結合生態系統的特性需求，才能較為合理地計算生態需水量。這也是今后生態需水理論與實踐研究重要的發展方向。
水文與水資源工程的認識范文第5篇
【關鍵詞】水文氣象；洪澇；干旱；霧霾與水文氣象；水資源；地下水污染；水土流失；水浪費；節水；法律制度
1.我國水文氣象面臨的主要問題
1.1洪澇災害
近年來的洪澇災害主要分為[1]主汛期洪澇、早春汛、異常晚秋汛和凌汛四個方面的問題。主汛期洪澇一般由于降水偏多引起，我國主要降水偏多區包括西北大部和長江以南，長江流域及其以南是我國洪澇頻發區，主要洪澇區在江南中南部及華南西部，其西側可外延至云南和，次要洪澇頻發區在松花江流域和新疆，總體布局呈南北兩帶，其中長江、太湖、珠江、閩江、松花江流域及西北地區都在相應年份發生過特大洪水；早春汛，異常晚秋汛和凌汛都是特殊地區才發生的異常水文氣象問題，分別集中在淮河、閩江、長江、贛江等部分流域，東北部分流域。
1.2干旱
[2]1999年以來持續干旱影響最大，最嚴重的旱區在環渤海地區，與此同時華北大部水庫蓄水嚴重不足，供水形勢不容樂觀，另外黃河斷流越來越頻繁。[3]云南、貴州、廣西、重慶、四川等地的干旱，始于2009末，至今仍在持續。嚴重干旱已經造成全省742萬人、459萬頭大牲畜飲水困難。云南各災區采取憑票供水、筑壩蓄水、組織運水等措施保障災區民眾用水。2010年小麥播種面積3700萬畝，受災面積達3148萬畝，占已播種面積的85%。
1.3霧霾天氣
霧霾的成因傳統說法是有以下四點：環境污染加重；汽車尾氣；城市中的高樓林立增加風的阻力；冬季取暖排放大量的CO2。但是霧霾天氣的形成卻與水文氣象的異常脫不了干系，特別是水文環境的變化對霧霾天氣形成的影響。我國很多的水庫水蒸發到空氣中，在其上空形成相對濕潤的氣團。而從西伯利亞刮來的冷空氣遇到這些濕潤氣團就會停留，有的遇到這些濕潤氣團形成降水，有的則被這些濕潤氣團加了溫。在這些濕潤氣團的影響下，冷空氣從當初的冷空氣變成和當地差不多的暖空氣了，沒有冷暖鋒的作用就無法形成降水，這就導致停留在中東部地區空氣中的塵埃顆粒越積累越多，形成霧霾。
2.我國水資源所面臨的問題[4]
2.1水資源匱乏[5]
我國人口眾多，有將近14億人口，水資源的消耗量極大。我國淡水總量為2.8萬億立方米，居世界第6位。但人均只有2300立方米，是世界人均占有量的四分之一，美國的五分之一，俄羅斯的七分之一，加拿大的五十分之一，被列為世界13個主要貧水國之一。
2.2水污染嚴重
在我國面臨水資源嚴重短缺的同時，水資源的污染也特別嚴重，污染由點狀向面狀發展，并且有逐年加重的趨勢。水污染主要包括城市、農村、海洋、工業、地下水污染五個方面。其中工業污染是主要方面，其次是生活污染，而地下水污染則是一系列污染中最特殊最惡劣的一個。
2.3水土流失嚴重
水土流失由于一些地區森林植被遭受嚴重破壞，使得這些地區在降雨的時候容易形成超滲產流，基本上形成地表徑流，從而導致這時候的地表徑流量比正常情況要大，同時土壤缺少植被的保護很容易被水沖刷走，這就造成了水土流失。[6]據水利部水土保持司統計，半個世紀以來，全國水土流失毀掉耕地4000多萬畝，平均每100萬畝以上，土壤流失總量50多億噸，數以億噸的氮、磷、鉀等養分流失，減少糧食產量2000多萬公斤，造成經濟損失在100億元以上。
2.4水資源浪費嚴重
我國水資源短缺的同時，水資源浪費也相當嚴重。水資源浪費主要包括：生活用水浪費、生產用水浪費兩個方面。生活用水浪費主要是由于人們的水資源短缺認識淡薄，水資源管理制度和水價格機制不完善，造成水資源利用的不合理；生產用水浪費主要包括農業用水浪費和工業用水浪費，主要是由于水資源利用率不高和管理制度不完善所引起。
2.5水資源利用與經濟發展不和諧
這兩者的不和諧 ，即在發展經濟的同時不能同時兼顧水資源的合理和科學利用，導致水資源的污染、水資源的浪費、水土流失等一系列問題，最終導致水資源的短缺越來越嚴重。[7]從2012年12月31日7時40分山西長治苯胺泄露污染河流 事件、2013年4月1日昆明東川小江變“牛奶河”事件、2013年5月2日調查發現的華北平原局部地區地下水嚴重污染事件、2013年7月1日到5日廣西賀江水污染事件等最近發生的事件不難發現，水資源問題正日益突出。
3.我國水文氣象和水資源所面臨問題的解決辦法探究
3.1我國水文氣象所出現問題的解決辦法探究
我國水文氣象所出現的問題其應對措施基本上可以分為兩大類：
3.1.1對于洪澇和干旱這種可預測的水文氣象問題，我們需要做到。⑴做好資料的收集工作，保證資料的完整性和可靠性；⑵必須根據相關的經驗和實踐制定相關的標準，以作為參照；⑶應用合理的計算方法，對這些資料進行分析，從而做出科學合理的預測；⑷根據預測結果和相關標準制定減災措施和安排；⑸在災害發生前做出應急預案，防止過大損失，災后要立即進行重建和補助工作。
3.1.2對于由于水環境變化而導致的霧霾天氣，考慮到影響水文氣象的因素特別復雜，目前還沒有合理的解決辦法，所以我想給出以下建議：⑴在目前的條件下，必須更科學的建造和管理水利水電工程，充分考慮水利工程對水文氣象的影響，做好觀測和評估工作，條件允許的話，必須做好模型設計和綜合研究；⑵在目前的霧霾天氣情況下，必須采取緊急措施，對這種情況進行預防和減緩，例如電磁除塵和降雨除塵等。
3.2我國水資源所面臨問題的解決辦法探究
我國本就面臨嚴重的水資源短缺狀況，水資源的情況更加不容樂觀。所以必須采取科學的措施：⑴對我國的水資源量和水質等級進行實時統計和監測，并予以公示和強調，引起全社會的關注，以達到警示；⑵全面監控我國的污水排放企業，建議污水處理直接由政府接管，建立系統的污水接受管網，對企業按排量進行收費以用來治污，同時要對治污情況予以公布，要全社會共同監督，這樣才能更好的發展經濟和治理水污染；⑶實施最嚴格的水資源管理制度，建立合理的水價機制，對不同地區實施綜合調度，同時不斷提高節水意識和科技節水水平；⑷采取植樹造林，以涵養水源，保持水土；⑸建立和頒布更合理和全面的水文水資源管理法律和制度，把科學利用和管理水資源與經濟發展更好結合。 [科]
【參考文獻】
[1][2]周國良，岳智慧.1990年以來我國重大水文氣象事件綜述；水利部水利信息中心，北京：100053.
[3][6][7]中國水網公布信息.
