水文与水资源工程的认识
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水文与水资源工程的认识范文第1篇
关键词：工程实践能力体系；高水平实验平台；实验管理模式；改革与探索
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）35-0035-03
高等学校实践教学是本科教学工作的重要组成部分，是培养学生创新意识、实践动手能力和工程素质的重要环节。国家明确提出建立创新型国家的任务，社会经济高速发展对高等工程人才素质也提出了更高要求。高等教育作为培养高素质创新人才的摇篮，是支撑国家创新体系和经济建设的基础。为适应当前国家和社会发展对高素质工程人才的需求，我国高等教育目前也进行了“卓越工程师”和“拔尖人才”培养模式的探索与实践。实践教学环节作为高素质工程人才培养的重要组成部分，如何充分发挥高等学校科研和学科优势，将优秀科研成果应用于本科生培养，提高学生创新能力和工程实践能力，成为目前高等教育研究的课题之一。西安理工大学水文与水资源学科是国家重点学科，有着较强的师资队伍和科研条件，多年来利用科研和学科优势在本科生实践能力培养方面做了积极探索，在工程实践能力体系建设、实践课程内容改革、高水平实验平台建设和科研实验仪器管理等方面进行了改革与实践，在本科生创新能力和工程实践能力培养方面取得一定成效。
一、转变思想，构建工程实践能力培养体系
随着我国经济高速发展，高等教育由原来的“精英教育”进入“大众化教育”，高等学校也需要转变思想，积极探索人才培养新模式，满足新形势下不同程度学生需求，适应社会和经济发展对人才素质的需求，培养学生创新意识和工程实践能力。水文与水资源工程专业是为国家水利基础性行业培养人才，其主要目标是培养能在水利、水务、能源、交通、城市建设、农林、环境保护、地质矿产等部门从事水文、水资源及水环境方面勘测、评价、规划、设计、预测预报和管理等工作及相应的教学和科学研究的高级专门人才。该专业的核心专业课程《水文学原理》、《水环境化学》、《水文气象学》、《水文信息采集与处理》、《地下水水文学》、《地下水利用》及院级任选修课《水情测报系统》等，这些都是实践性很强的课程，只有将实验教学环节与理论知识体系有机结合起来，才能使学生更牢靠更系统地掌握本专业的知识体系，也才能顺利达成专业的培养目标。西安理工大学2004年开始了“完全学分制”改革试点工作，水文与水资源专业根据学分制下不同层次学生的需求，转变观念，提高认识，优化模式，提高质量和效率，重新制定培养计划，构建工程实践能力培养体系，加强学生实践环节，培养学生创新能力和工程实践能力，如图1所示。
工程实践能力培养体系分为四个层次，第一层次将校内实验室参观和校外工程参观相结合，使学生对本专业有一个基本认识；第二层次通过实验课程、专业课程实习及课程设计等校内外实践环节，将课内与课外相结合，理论与实践相结合，加强学生专业基本知识和工程实践基本技能培养；第三层次通过生产实习、社会实践、课外科技活动，加强学生专业知识初步应用能力，使学生基本理论与工程实际进一步融合；第四层次通过毕业设计，通过解决工程实际问题，培养学生系统解决实际问题的能力。通过四个层次的训练，校内与校外相结合，理论与实践相相结合，加强学生创新能力和工程实践能力培养。
二、发挥学科优势，改革实践教学内容与管理模式
实践教学具有直观性、实践性、综合性和创新性等特点，有利于培养学生的创新思维和实践动手能力，在高素质创新人才培养中具有不可替代的作用。我校充分发挥国家重点学科和省部共建重点实验室优势，改革实践教学内容和管理模式，加强学生创新思维和实践动手能力培养。
1.建立专业教学实验平台，开设重点实验。根据水文与水资源工程专业教指委的基本要求，建立水文与水资源工程专业教学实验平台，使学生掌握专业基础理论知识，对于加深学生对课堂内容的理解，提高学生动手能力，培养学生分析、解决实际问题、观测、统计、考察、判断、设计能力及创造性思维能力，适应生产和科研的需要都具有非常重要的作用。同时根据专业和课程特点，结合学科优势，开设重点实验，加强学生知识理解和工程实践能力。以《水文学原理》为例，作为水文与水资源工程专业必修的专业基础课，主要内容包括水文循环基本规律及降雨径流关系等。如果能将径流的形成过程和下渗的物理过程及水循环各子要素降水、下渗、径流、蒸发之间的转换关系以实验的形式直接展示给学生，同时以实验的方式让学生掌握坡面降水量、径流量、下渗量的测定方法，不仅有利于学生认识水循环各子要素之间的相互转换关系，有利于对天然条件下的下渗空间分布及与充分供水条件的下渗区别的理解，而且对于产汇流的分析与计算和整个课程核心内容的掌握均有重要作用。此外，对于水循环要素中的关键环节――下渗的不同阶段（渗润、渗漏、渗透阶段）能让学生通过实验亲自观测和验证，使学生理解下渗的不同阶段；掌握下渗率和下渗能力的测定方法；了解下渗的空间变异性及天然下渗与充分供水下渗的区别。因此根据该课程的内容和特点，结合教师科研成果，我校自行研制实验仪器，开设了“下渗实验”和“水文循环规律实验”。通过这两个实验，不仅让学生对抽象的理论知识有了感性认识，加深了学生对教学内容的理解，而且提高了学生实验动手能力、分析能力、现场监测能力及适应社会的能力。同样，针对《地下水水文学》这门专业基础课程的特点，开设了“地下水含水层水文地质参数测定”、“多孔介质渗流特性实验”、“潜水模拟实验”、“承压水演示实验”。通过这些实验，使学生认识承压水和潜水的补给、赋存、消耗和转化特征。了解地下水的形成、储存、运动、补给、消耗等特征的变化规律，帮助学生更深入地理解地下水的基本原理，为今后从事相关学科的实际工作或科学研究打下基础。
2.根据社会需求，及时更新实验仪器设备。《水情测报系统》课程是水文与水资源工程专业的专业课，相关的实验基础是水资源与环境实验室在学科建设中已建成的GIS实验室，内有一台服务器及10个终端，为满足学生工作需求，在GIS实验室的基础上配备了中心站接收电台一套、终端站设备（自记雨量计、自记水位计、前置数采器及数传电台）六套、水情测报与洪水调度软件一套。为本科生开设了“水情自动测报与洪水调度系统软件操作实验”及“水情自动测报系统结构认识、采集和信息传输”两个实验。在2012年水文与水资源工程专业认证过程中，这套实验系统受到了评估专家的高度评价，认为水情测报系统与生产应用基本一致且系统完整，学生在学校就提前掌握了这套操作规程，培养了学生的实践动手能力，避免了用人单位的再次培训。这也改变了用人单位对毕业生质量以及毕业学校的看法，使得我校本科生成为用人单位最愿意接收学生。
3.结合重点学科和实验室优势，将大型学科仪器用于教学。我校的水文及水资源学科具有20多台较先进的大型仪器，包括通量塔、质谱仪、原子吸收分光光度计、紫外分光光度计等。这些大型仪器，特别是一些进口仪器的维修费用比较昂贵，如果仪器被损坏，不仅影响实验室承担的国家项目研究，也会带来较大的经济损失，因此平时由专人管理，只对教师、研究生开放，主要用于科研工作，有些仪器存在着利用率低等问题。这些年，我校充分发挥学科和实验室优势，积极探索大型仪器管理模式，努力尝试对本科生开放。实验过程中，由实验教师和仪器管理教师共同指导，讲解仪器的操作规范，实验教师结合新仪器修订实验讲义，下发给学生，严把实验预习关；操作过程中，双人指导，严格要求，尽量避免仪器误操作。充分发挥学科建设大型仪器设备的潜能，提高和改善本科生实验教学效果和质量。此外，根据仪器的功能，相应拓宽实验内容，一些验证性实验改为综合性实验。实验内容增多后，老师只给要领，很多具体的细节要学生自己琢磨，不仅改变了以往抄抄实验原理、写写实验结果的实验报告模式，而且培养了学生创新思维的能力和相互协作的团队精神。
我校通过四层次实践环节培养体系，发挥国家重点学科和省部共建重点实验室优势，改革实验内容和管理模式，让学生在本科阶段就接触到本学科的一些先进的仪器，加强学生创新思维和工程实践能力的培养，为高等学校的实验室建设与改革，高素质工程技术人才的培养提供了一定思路。
参考文献：
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[2]林家栋.教育教学改革实践与探索[M].北京：中国农业大学出版社，2009.
[3]朱汉春，王永才，赵子华等.创新现代畜牧业人才培养理念，培养高素质创新人才[J].高等农业教育，2011，（9）：43-45.
[4]肖红，邹赐岚.卓越科技人才的培养模式[J].中国高校科技，2012，（4）：50-51.
[5]郭水兰.实践教学的内涵与外延[J].广西社会科学，2004，（10）：180-187.
[6]祖波，王维，李颖，等.关于水文与水资源工程专业教学改革初探[J].环境科学与管理，2011，36（6）：190-192.
[7]施菊华.构建以培养创新人才为目标实践教学体系的思考[J].沈阳农业大学学报：社会科学版，2010，12（4）：442-444.
[8]屈树新，沈如.探索大型分析设备在本科教学中的应用[J].实验技术与管理，2005，22（1O）：30-33.
[9]赖芸.充分发挥大型仪器设备资源优势的几点思考[J].实验室研究与探索，2006，25（1）：134-135.
水文与水资源工程的认识范文第2篇
水是生命之源，水是支撑地球社会经济系统发展不可替代的资源。但是，由于全球变化、人类活动的负面影响，地球上水的循环在发生变化，许多地区正在发生严重的水的问题与危机，如洪水、干旱和江河水体污染，而成为限制国家河区域可持续发展的关键性因子，水科学问题也成为国际地球科学发展中的一个重要方面。
2001年7月在世界知名海岸水利工程建设的荷兰王国连续举办了两个直接与水科学有关的大型国际科学大会。一个是7月10-13日在荷兰阿姆斯特丹（Amsterdam）由国际地圈生物圈计划（IGBP）、国际人文计划（IHDP）和世界气候研究计划（WCRP）联合举办的“全球变化科学大会(GlobalChangeOpenScienceConference)”。国际地圈生物圈计划（IGBP）是国际著名的全球变化科学研究计划，受到国际地球科学届广泛的关注和参与。在跨入2000后的IGBP首次重要国际学术活动-“全球变化科学大会”云集来自国际的100多个国家的全球变化研究的专家学者、管理者约1600多人。大会主题是：一个变化的地球的挑战（ChallengesofaChangingEarth）。中国派出以科学院为主体的约60多人的代表团，进行学术交流和讨论，其中除了碳循环和土地覆被变化是大会主要议题外，水循环及水资源是大会重要内容之一。
另一个是7月18-27日在荷兰的马丝特里特（Masstricht）举行的第6届国际水文科学大会。(The6thScientificAssemblyoftheInternationalAssociationofHydrologicalScience)。这是一次专门针对国际水文科学进展的回顾和研讨大会，来自国际60多个国家的500名代表出席了大会。第6届国际水文科学大会的主题是：一个干旱地球新的水文学（ANewHydrologyforaThirstyPlanet）。
受国家自然科学基金委员会地球科学部的部分资助，笔者应邀参加这两个大会，并担任第6届国际水文科学大会第二学术研讨会的分会主席。本文是对这两个国际会议中关于水科学研究进展的综述，希望介绍水科学方面一些新的进展，提出我国对国际水科学的贡献和存在的问题与挑战。
二.全球变化与水文科学问题
全球环境变化（简称全球变化）是目前和未来人类和社会发展面临的共同问题。全球变化既包涵全球气候变化又包括了人类活动造成环境变化的影响。了解自然变化和人类活动的影响是国际地球科学发展最为关系的问题。
7月10-13日在荷兰阿姆斯特丹举办的“全球变化科学大会”，内容十分丰富。但都围绕有两大主专题，即：（1）一个不断变化的地球的挑战：对全球变化的科学理解。（2）展望未来：地球系统科学与全球可持续性。大会邀请若干专家学者做报告，在大会研讨中设立一系列专题研讨会和招贴展示论文。
大会专题报告内容有：
·一个不断变化的地球的挑战：对全球变化的科学理解（BerrienMoore）
·土地变化的集中性与复杂性：虚构与现实（B.L.Turner）
·气候变化与海洋生态系统动力学：可持续资源利用的内涵（MichaelJ.Fogarty）
·21世纪中的粮食：全球气候的差异性（MachendraShah）
·人类时期的大气化学（PaulJ.Crutzen）
·火与薄雾：东南亚空气质量的社会与政治因素上的不均性（SimonS.C.）
·海洋和陆地碳动力学（IanR.Noble）
·碳与科学政策的联系：京都的挑战（RobertT.Watson）
·对CO2挑战的工业响应（CharlesNicholson）
2．水与全球变化的关联：世纪资源的挑战？（LeenaSrivaatava）。
·我们会有足够的高质量的水吗？（HartmutGrassl）
·水会满足人们的需要吗？（PeterD.Tyson）
·大坝对渔业的影响：三峡大坝实例研究。Chen-TungArthurChen教授，台湾，国家SunYat-Sen大学，海洋地理和化学学院。
·澳大利亚大陆上的水，碳和氮：气候和土地利用变化的影响（MichaelRaupach）
3．全球生物地球化学：星球新陈代谢系统的理解（PamelaMatson）
·海洋生物地球化学：变化的海洋（DavidM.Karl）
·陆地上碳的过去、现在和未来（RobertJ）
·大气酸雨、臭氧损耗和气候变化的案例分析（OranR.Young）
4．陆地—海洋的交互作用：区域与全球的联系。（RogerHarris）
·生物地球化学的交互作用与反馈（TimJickells）
·沿海地区的全球变化：东南亚的实例研究（LianaTalaue-McManus）
5．气候系统：预报、变化和可变性
·以前和以后的气候变化：我们究竟去何处（ThomasF.Pedersen）
·气候变化的1000年（RaymondS.Bradley）
·正在变化的寒区：高纬区全球变暖的影响（OlegAnisimov）
·耦合气候系统：可变性和可预测性（AntonioJ.Busalacchi）
6．土地利用变化的热点地区和地球系统：区域和全球的联系
·陆地表面与气候有联系吗？北非：撒哈拉沙漠；
·东南亚1：理解变化的亚洲季风系统：大规模植被和土地利用在水循环和气候中的作用
·东南亚2：人类引导的陆地覆盖的变化能对亚洲季风有多大的改变？
·亚马逊河流域和土地利用的变化：未来能平衡吗？
·陆地表面与气候有联系吗？一种综合。
7．模拟和观测地球系统（DavidCarson）
·处理地球系统的复杂性和不确定性（H.J.Schellnhuber）
·监视地球系统的短期不稳定性和长期的趋势：一个空间的挑战（JoseAchache）
·虚拟现实的过去、现在和未来（JohnMitchell）
8．地球系统需要生物多样性吗？（AnneLarigauderie）
·为什么地球系统科学需要海洋生物多样性？（KatherineRichardson）
·生物多样性是如何影响陆地生态系统的过程与功能（SandraDiaz）
9．科技能够补偿星球吗？（MikeBrklacich）
·自然的回归：为什么和怎样进行（JesseH.Ausubel）
·工业变革：生产与消费中的探测系统变化（PierVellinga）
10．面向全球可持续性（HansOpschoor）
·区域和全球可持续性的挑战和障碍（JuliaCarabias）
·转向可持续性的研究系统（WilliamC.Clark）
·可持续性科学起源讨论：什么是可持续性科学？为什么要可持续性科学？（JaneLubcheno）
·可持续科学和气候变化（BertBolin）
·重新概念化自然-社会的交互作用：将环境和发展结合起来理解（RobertW.Kates）
·雅基盆地资源的可利用性、脆弱性和持续性：环境与社会交互作用中不可持续的发展趋势（P.A.Matson）
·人与环境相互作用的脆弱性：尤卡坦南部事例（B.L.Turner）
·各学科间的可持续性科学（RobertW.Corell）
大会专题讨论内容十分丰富，有：A1-全球碳循环；A2-大城市与全球变化；A3-南厄尔尼诺的摆动同过去、未来气候变化的联系；A4-地球系统的演化；A5-生物多样性的全球变化；A6-全球变化与火；A7-海岸区人类活动；B1-食品生产和环境间的平衡；B2-理解土地利用的变化，以致重建、描述或预测土壤覆盖度；B3-冰雪层和全球变化：制度和指标；B4-地球系统分析；B5-陆地生物圈与全球变化；B6-社会转化过程；B7-海洋与气候变化；C1-水资源对环境变化的脆弱性：一种系统方法；C2-把人放入地球系统中：受害者或是破坏者，扰乱者或是解决者?C3-大气和全球变化;C4-全球变化非线性变化和惊讶;C5-生态系统管理可持续发展的展望;C6-科学和政策过程：IPCC;C7-全球变化与山地区。
大会报告集中在水科学问题的主题有：全球变化中的水问题-21世纪资源的挑战，尤其值得提到的是7月12日下午，大会专门针对水循环水资源问题，举行了“环境变化的水资源脆弱性系统分析”学术研讨会。WCRP/GEWEX北美主席、美国地理学会水文专业委员会主席、亚利桑那大学水文水资源系的SorooshSorooshian教授介绍“WCRP/GEWEX和SAHRA计划中水问题的研究：半干旱区流域水文循环与可持续性”。德国的CharlesVorosmarty教授报告了“地球系统科学对全球水评估的贡献”。WolframMauser教授研讨欧洲GLOWA项目的核心“完整的流域管理”经验。JosephAlcamo教授指出全球“水危机区与脆弱性”。JimWallace教授强调“防洪安全与水资源问题”。ClaudiaPahl-Wostl教授研讨“面向社会经济可持续性：水管理部门职能的转变过程挑战”。
三.水文科学与水资源安全
7月18-27日第6届国际水文科学大会在荷兰的马丝特里特（Masstricht）举行。大会对过去水文水资源研究进行总结，对未来水文科学的发展进行展望。会议由4个专题学术大会（Symposium，简写为S）和6个学术研讨会(Workshop，简写为W)组成。会议主要集中在水文科学基础研究和社会经济发展与水资源研究两个方面：
1.水文学基础研究
S4.土壤-植被-大气转化方式和大尺度水文模拟
WS4.高山地区水文过程与冰圈作用
WS2.水文长期变化与气候影响
S3.人类活动对地下水动态的影响
WS6.海岸湿地水文的演化
2.社会经济发展与水资源研究
S1.社会经济发展与水危机
S2.区域水资源管理
WS1.全球变化与洪水预报
WS3.信息技术在可持续水管理的作用
WS5.GIS&RS在土壤侵蚀和水质变化的应用
特别需要指出，由于全球变化、社会经济发展，水资源问题愈来愈突出，给水文科学研究提出新的课题，即变化环境下的水资源形成与演化规律问题。IAHS会议的S1-S2，主要研讨这些国际国家和区域尺度急迫的问题。关于S1和S2的研讨内容题目摘录如下：
S1：水胁迫下的社会经济发展（E.Servat）
水源丰富，资金缺乏，水工业能否继续生存尚未可知。
·健康部门希望从水文学家那儿得到什么?
·河流生态系统的研究和管理中对水文数据的需求。
·多学科综合研究—对水危机的响应。
·食物保障中的水资源及管理。
·洪水控制与城市排水系统管理。
·全球水协作计划
S2区域水资源管理
S2-1过去水管理的经验与教训（A.SchumannM.C.Acreman，M.Marino）：
·可持续发展的度量及其在实际水管理计划中的实现。
·可持续水库发展—津巴布韦实例研究。
·Yamuna河流域的可持续区域水管理：Delhi区域的实例研究。
·Limpopo河：逐步走向可持续发展和一体化的水资源管理。
·中国新疆博斯腾湖流域的水资源可持续性发展管理经验的启示。
·印度干旱地区过去管理实践经验总结。
·水坝功能新探——一个不应忽略的问题。
·Dehli区域水资源管理的一体化进程：问题与展望。
·北尼日利亚半干旱区域的Hadejia河上建坝的影响：对未来管理的建议。
·可持续发展的特征及供水管理模型。
·澳大利亚富营养化进程的现阶段研究。
·城市水计划书——印度班加罗尔的实例研究。
·水资源系统中相对可持续发展实现的框架。
S2-2可持续发展与水资源管理（夏军，D.Rosbjerg，G.Schultz)
·为保护水生态系统的整合水质与水量的数学生态模型的发展。
·欧洲地下水可持续发展管理的指导方针。
·清除河岸异生植被是否为一种有效的水资源管理策略。
·地表水和地下水的联合管理。
·河流管理可视化中的变换系统边界。
·改善环境中被忽视的因子——监控。
·加入风险基金平衡流域经济、社会、环境压力之间的冲突。
·使用风险分析提高水资源系统模型的效率和精度。
·整合水资源管理中的角色分配。
·Volta流域的水资源竞争。
·复杂水环境管理中的空间适应方法。
S2-3水资源管理的方法（R.Davis，S.Walker）
·流域水平上的水资源管理整合模型。
·提高以决策支持系统为基础的模型的精度——水管理中的一种好的建模实践。
·持续性水系统的水力学标准。
·人工神经网络系统实现的河流洪水预报。
·气候变化影响评估中的不确定因子的概率特征。
·研究城市化对区域水资源影响的一种流域水文模型。
·水、氮循环的一种大尺度评估模型——在Elbe河流域的基础研究。
·基于地形学和土壤水文学的湿地重建计划方法的发展。
·英格兰西南部Dartmour地区放牧对水文的影响。
四.21世纪水文科学的发展机遇与展望
传统的水文学研究只考虑水量的自然变化，现代水文循环需要考虑地球生物圈、全球变化以及人类活动等方面的影响。国际地圈生物圈计划（IGBP）代表国际地球学科发展前沿，水文循环的生物圈方面(BiosphereAspectsofHydrologicalCycle，简称BAHC)是IGBP的核心之一。它注重陆面生态-水文过程与空间格局的变化规律和受人类活动影响的关键问题，以科学地解释：植被是如何与水文循环的物理过程相互作用的？改变陆面生态过程的直接原因是什么？是大尺度人类活动改变了陆面覆盖？还是大气中二氧化碳浓度增加的缘故？这些影响变化的水文后果如何？通过这些研究，为认识自然变化和人类活动影响下的土地利用/土地覆被变化与陆地表层生命物质过程，评估人类对生物圈的影响，保护环境和资源可持续利用提供科学的基础依据。
通过7月在荷兰举行的IGBP和IAHS国际学术大会可以清楚看出，变化环境（即全球变化与人类活动影响）下的水文循环研究成为21世纪水科学研究的热点。根据二十一世纪IGBP发展方向，国际上的BAHC研究重点也相应地进行了调整，主要有以下8个方面：
·小尺度水、热、碳通量研究；
·地下过程作用的评价；
·陆地-大气相互作用的参数化；
·区域尺度土地利用与气候的相互作用；
·全球尺度植被与气候的相互作用；
·气候变化和人类活动对流域系统稳定与传输的影响；
·山区水文学与生态学；
·开发全球数据集；
此外，还有两个交叉研究问题：
·设计、优选和实施综合的陆地系统实验；
·情景发展与风险/脆弱性分析。
变化环境下的水文循环及其时空演化规律研究，是国际国内地学领域积极鼓励的创新研究课题。结合土地利用/土地覆被变化与陆地碳循环过程的水循环研究，是一个新的交叉方向。研究的热点问题有：
问题1：全球变化与水文循环问题
它需要研究回答：全球变化对区域水循环规律？过去对气圈-水圈-生物圈的相互联系/作用是如何认识？现在又是如何认识水资源的演变？其规律是什么？
值得指出的是，过去在气候系统与陆地水文循环之间存在一个误区，即长期以来,水文学者把气候看作是静态:一个地区的气候是指某种统计的平衡,WMO规定系列30年的平均作为准平均,用极差/标准差描述气候变异。对陆地水文过程研究方面，认为长序列水文均值是稳定不变的，年径流出现的丰、枯现象，被看作围绕均值的周期变化。水利（水资源）工程设计：要求的水文计算都是以几十年-几百年时间尺度的水文过程稳定不变为前提。未来被看作是过去的重复或外延。例如，水资源的保证率有W75%，W50%等；设计洪水有千年设计和万年校核等。另一方面，在气候/天气过程研究中，长期以来气候学者把陆地水文看作是静态，气候/天气过程研究仅仅到降水为止，较少研究流域水文循环动力机制与反馈作用。例如，天气模式研究中仅设置若干参数代替水文过程变化和空间分布，认为陆面水文-生态的作用也是稳定不变的。例如，许多GCMs对水文循环作用过程考虑相当粗糙,平面无径流联系与循环过程。但是，现在人们业已认识：一个地区的气候/水文循环过程并不处在统计的平衡状态，而是以不同尺度变化（年际、十年际、百年际-千/万年际变化）。决定气候变化因子不仅仅是大气内部的过程，还有大气上边界（太阳行星系统）和下边界（陆地水文-生态、海洋系统）的各种物理化学过程。20世纪科学研究与进展显示：陆面生态系统对大尺度水文循环有十分重要的反馈作用。因此，全球变化对水文水资源的影响是21世纪水文科学研究的前沿问题之一。因此，特别需要大力加强水文学家与大气物理学家的联系与合作，积极开展“全球-陆地-区域-流域尺度水文循环”科学基础的研究。
问题2人类活动对水循环水资源的影响
人类活动对水循环及水资源有那些主要影响？人类活动如何对水的变化规律产生影响？有什么地区、区域特征规律？如何量化人类活动对水循环水资源的变化及影响？这是近代水科学面临的主要科学问题。在IGBP科学大会上，特别强调土地利用/覆被变化与水循环、碳循环的关系。需要研究从“点”-“典型流域“的水循环机理、水文循环与生态系统的相互作用、地表水与地下水交换的相互作用，“大气-土壤-植被”界面过程中的物质与能量转化规律；开拓流域水文循环过程中的非线性机制研究；创新“分布式流域水文循环模型”，量化区域水文循环演化与土地利用/土地覆被影响关系，为认识陆地表层生命物质过程的提供重要的基础科学支撑。
结合中国的实际背景，人类活动影响是惊人的。例如，在中国南方的长江流域，建国后洞庭湖围垦1700余平方公里；鄱阳湖围垦1400余平方公里；荆北所有通江湖泊被堵闭，减少调蓄长江洪水面积约5700余平方公里。建国后，长江中下游地区约有1/3以上湖泊面积被垦殖；损失湖泊面积13000余平方公里，相当于五大淡水湖泊面积总和的1.3倍；损失湖泊容积500亿立方米左右，相当于三峡水库调蓄库容的5.8倍，淮河年径流1.1倍。建国后，中游长江干流河道内的江洲河滩几乎全部被围垦。据不完全统计，围垦面积约1213平方公里；城陵矶至螺山江段河床变迁剧烈，泥沙淤积问题严重。98洪水后，国家提出治理长江32字方针：“封山育林、退耕还林、移民建镇、以工代赈、退田还湖、平垸行洪、加固干堤、疏浚河道”。但是，如何退田还湖？如何平垸行洪？认识人类活动（湖区开发、三峡工程）对水循环关系影响水科学基础问题，都是十分重要又十分现实的问题。
在中国北方，人类活动剧烈。例如，在华北地区，水文循环机理比较复杂，它不仅与陆地表层系统中各种自然地理要素时空分布密切相关，而且与农业开发、都市化等土地利用/土地覆被直接相联。由于社会经济发展，人类活动改变了水循环自然变化的空间格局和过程，加剧了水资源形成与变化的复杂性。过去有关部门在华北水资源方面做了相当的工作。但是，在华北地区究竟缺多少水等基础方面仍分歧较大。有人认为在华北通过自身的节水和提高用水效率可以解决水资源的需求问题；有人认为即使南水北调也不能从根本上解决北方缺水问题。争论问题的科学问题焦点是：在自然变化和人类活动的综合影响下华北地区水循环演化规律是什么？如何科学测算华北地区可供水资源量？华北地区节水的潜力究竟有多大？如何保障华北地区的水资源安全？争论的原因是：自然变化和人类活动加剧情况下的华北地区水循环演变格局与过程机理，有待重新认识；受人类活动影响等变化环境下的华北地区水资源可利用量的测算科学依据不很充分；水资源安全与生态需水、节水潜力、国民经济发展之间的量化关系需要研究。因此，开展自然变化和人类活动影响下的水循环及水资源安全研究，具有十分重要的科学意义和研究价值。
总之，21世纪水科学的挑战问题是：迫切需要回答的科学问题是陆地水循环演化格局、过程与机理，即：
·如何对水、碳和能量在土壤~植被~大气界面交换中的变化进行认识？
·变化环境下的水文循环时空演化有哪些特征规律？如何识别和量化？
·水循环物理过程在不同尺度（宏观/中观/微观）是如何联系、影响与作用的？
·如何评价那些由于土地利用及土地覆被变化而导致的陆面性质的改变，这些变化又影响陆地水循环过程变化和空间格局的变化？
回答上述问题，迫切需要建立认识陆地水循环演化格局的空间信息支撑系统、陆地水循环过程变化的实验研究支撑系统和可定量描述自然变化/人类活动影响的分布式水循环模型等。这需要在充分利用现代科学技术，开展国家水平/国际间的水文科学实验、变化环境下的水文水资源理论创新研究。这是21世纪水科学发展面临的新的机遇与挑战！
致谢：本文系国家自然科学基金委资助项目（49971017）和科学院2000年“百人计划”中有关的国际前沿研究与展望研究内容，得到国家自然科学基金委员会和科学院地理科学与资源所的资助，对此表示衷心的感谢！
参考文献
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水文与水资源工程的认识范文第3篇
【关键词】工程地质勘察；水文地质勘察；试验；测绘
1．工程地质与水文地质勘察的目的
1.1工程地质勘察目的
工程地质勘察的目的是查明工程建筑物地区的工程地质条件，分析预测可能出现的工程地质问题，并充分利用有利的地质条件，避开或改造不利的地质因素，为工程的规划、设计、施工、运用和管理提供可靠的地质资料。工程地质勘察工作一般分为规划、可行性研究、初步设计和技施设计4个阶段。
①规划勘察。规划勘察的目的是为工程选点提供初步的工程地质资料和地质依据。该阶段的主要任务为：搜集、整编区域地质、地形地貌和地震资料；了解工程建设地点的基本地质条件和主要工程地质问题；分析工程建设的可能性；了解各规划方案所需天然建筑材料的概况，进行建筑材料的普查。
②可行性研究勘察。可行性研究勘察是在河流或河段规划方案选定的基础上进行的勘察。其目的是为选定坝址、基本坝型、引水线路和枢纽布置方案进行地质论证，并提供工程地质资料。
③初步设计勘察。初步设计勘察是在可行性研究阶段选定的坝址和建筑场地上进行的勘察。其目的是查明水库区及建筑物地区的工程地质条件，为选定坝型、枢纽布置进行地质论证，并为建筑物设计提供地质资料。
④技施设计勘察。技施设计勘察是在初步设计阶段选定的枢纽建筑物场地上进行的勘察。其目的是检验前期勘察的地质资料与结论，为优化建筑物设计提供地质资料。
1.2水文地质勘察目的
水文地质勘察是研究水文地质条件的主要手段。水文地质勘察的目的是为了查明地下水的形成、分布规律，并在此基础上对地下水资源做出水量与水质评价，从而为国民经济建设提供水文地质依据。水文地质勘察工作的任务是运用各种不同的测绘、勘探、试验、观测方法，经过一定的勘察程序，查明基本的水文地质条件和解决专门性的水文地质问题。
2.工程地质与水文地质测绘
2.1工程地质测绘
工程地质测绘的比例尺主要取决于不同的设计阶段。在同一设计阶段内，比例尺的选择又取决于建筑物的类型、规模和工程地质条件的复杂程度。工程地质测绘的比例尺分为：小比例尺（1∶10万～1∶5万）测绘、中比例尺（1∶2.5万～1∶1万）测绘和大比例尺（1∶5 000～1∶1 000）测绘。
2.2水文地质测绘
水文地质测绘是水文地质勘察工作的基础与先行工作，是认识和掌握区域地质构造、地貌、水文地质条件的重要调查研究方法。水文地质测绘基本任务是查明：①与地下水形成有关的区域水文、气象因素；②区域地质、地貌及第四纪地质特征；③地下水的补给、径流、排泄条件；④含水层的埋藏条件及其分布。
最后，结合其他工作对地下水资源及其开采条件进行初步评价，为工农业生产建设部门合理开发利用地下水资源提供完整的水文地质资料。
3.工程地质与水文地质勘探
勘探工作是工程地质勘察的重要工作方法之一。对任何工程地质条件及工程地质问题，从地表到地下的研究，从定性到定量的评价，都离不开勘探工作。
3.1物探工作
岩层有不同的物理性质，如导电性、弹性、磁性、放射性和密度等。利用专门仪器测定岩层物理参数，通过分析地球物理场的异常特征，再结合地质资料，便可了解地下深处地质体的情况。工程地质勘察中常用的是电法勘探和弹性波勘探。
电法勘探是利用仪器测定人工或天然电场中岩土导电性的差异来识别地下地质情况的一组物探方法。电法勘探以岩石的电学性质为基础，不同岩石电性差异的大小、相同岩石的孔隙大小以及富水程度的强弱等，对电法勘探结果都会产生影响。这就要求配合一定数量的试坑或钻孔进行校验，才能较准确地判别资料的可靠性。电法勘探受地形条件限制较大，要求工作范围内地形起伏差小，所以在平原和河谷区使用较普遍。
3.2钻探工作
钻探是利用一定的设备和工具，在人力或动力的带动下旋转切割或冲击凿碎岩石，形成一个直径较小而深度较大的圆形钻孔。通过取出岩芯可直观地确定地层岩性、地质构造、岩体风华特征等。从钻孔中取出岩样、水样可进行室内试验，利用钻孔可进行工程地质、水文地质及灌浆试验、长期观测工作及地应力测量等。与物探相比，钻探的优点是可以在各种环境下进行，能直接观察岩芯和取样，勘探精度高。
4.工程地质与水文地质野外试验
野外试验是在工程地质和水文地质勘察中经常进行的一种重要的勘察方法，是获得工程地质与水文地质问题定量评价、工程设计、施工和认识区域水文地质条件评价地下水资源所需参数的主要手段。
4.1钻孔压水试验
钻孔压水试验是用专门的止水设备。把一定长度的钻孔段隔离开，然后用固定的水头向该段钻孔压水，使水从孔壁裂隙向周围渗透，最终渗透水量会趋向一稳定值。根据压水水头、试段长度和渗入水量，便可确定裂隙岩石的渗透性能。
4.2抽水试验
抽水试验是利用一定的抽水设备在钻孔、各类井以及某些流量较大的上升泉、深潭式地下暗河、截潜流工程和方塘等上进行，用以测定含水层的水文地质参数，从而判断地下水运动性质，了解地下水与地表水以及不同含水层之间的水力联系。
5.长期观测
在工程地质与水文地质勘察中，长期观测是一项很重要的工作。例如，有些动力地质现象及地质应力随时间推移将不断地变化，尤其在工程活动影响下的某些因素和现象将发生显著变化，严重影响工程的安全、稳定和正常使用。在这种情况下，仅靠工程地质测绘、勘探、试验等工作，很难准确预测和判断各种动力地质作用的规律性及其对工程使用年限的影响。
6.结语
通过上述主要手段和方法的实施及在实际中的灵活运用，能准确地抓住工程地质与水文地质勘察工作中的主要问题，通过周密的经济、技术评价分析，为工程设计、施工提供合理的和优化的地质依据。
【参考文献】
［1］乐安祺.工程勘察中的水文地质问题不容忽视[J].科技咨询导报，2007，(19).
水文与水资源工程的认识范文第4篇
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。
水文与水资源工程的认识范文第5篇
【关键词】水文气象；洪涝；干旱；雾霾与水文气象；水资源；地下水污染；水土流失；水浪费；节水；法律制度
1.我国水文气象面临的主要问题
1.1洪涝灾害
近年来的洪涝灾害主要分为[1]主汛期洪涝、早春汛、异常晚秋汛和凌汛四个方面的问题。主汛期洪涝一般由于降水偏多引起，我国主要降水偏多区包括西北大部和长江以南，长江流域及其以南是我国洪涝频发区，主要洪涝区在江南中南部及华南西部，其西侧可外延至云南和，次要洪涝频发区在松花江流域和新疆，总体布局呈南北两带，其中长江、太湖、珠江、闽江、松花江流域及西北地区都在相应年份发生过特大洪水；早春汛，异常晚秋汛和凌汛都是特殊地区才发生的异常水文气象问题，分别集中在淮河、闽江、长江、赣江等部分流域，东北部分流域。
1.2干旱
[2]1999年以来持续干旱影响最大，最严重的旱区在环渤海地区，与此同时华北大部水库蓄水严重不足，供水形势不容乐观，另外黄河断流越来越频繁。[3]云南、贵州、广西、重庆、四川等地的干旱，始于2009末，至今仍在持续。严重干旱已经造成全省742万人、459万头大牲畜饮水困难。云南各灾区采取凭票供水、筑坝蓄水、组织运水等措施保障灾区民众用水。2010年小麦播种面积3700万亩，受灾面积达3148万亩，占已播种面积的85%。
1.3雾霾天气
雾霾的成因传统说法是有以下四点：环境污染加重；汽车尾气；城市中的高楼林立增加风的阻力；冬季取暖排放大量的CO2。但是雾霾天气的形成却与水文气象的异常脱不了干系，特别是水文环境的变化对雾霾天气形成的影响。我国很多的水库水蒸发到空气中，在其上空形成相对湿润的气团。而从西伯利亚刮来的冷空气遇到这些湿润气团就会停留，有的遇到这些湿润气团形成降水，有的则被这些湿润气团加了温。在这些湿润气团的影响下，冷空气从当初的冷空气变成和当地差不多的暖空气了，没有冷暖锋的作用就无法形成降水，这就导致停留在中东部地区空气中的尘埃颗粒越积累越多，形成雾霾。
2.我国水资源所面临的问题[4]
2.1水资源匮乏[5]
我国人口众多，有将近14亿人口，水资源的消耗量极大。我国淡水总量为2.8万亿立方米，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，美国的五分之一，俄罗斯的七分之一，加拿大的五十分之一，被列为世界13个主要贫水国之一。
2.2水污染严重
在我国面临水资源严重短缺的同时，水资源的污染也特别严重，污染由点状向面状发展，并且有逐年加重的趋势。水污染主要包括城市、农村、海洋、工业、地下水污染五个方面。其中工业污染是主要方面，其次是生活污染，而地下水污染则是一系列污染中最特殊最恶劣的一个。
2.3水土流失严重
水土流失由于一些地区森林植被遭受严重破坏，使得这些地区在降雨的时候容易形成超渗产流，基本上形成地表径流，从而导致这时候的地表径流量比正常情况要大，同时土壤缺少植被的保护很容易被水冲刷走，这就造成了水土流失。[6]据水利部水土保持司统计，半个世纪以来，全国水土流失毁掉耕地4000多万亩，平均每100万亩以上，土壤流失总量50多亿吨，数以亿吨的氮、磷、钾等养分流失，减少粮食产量2000多万公斤，造成经济损失在100亿元以上。
2.4水资源浪费严重
我国水资源短缺的同时，水资源浪费也相当严重。水资源浪费主要包括：生活用水浪费、生产用水浪费两个方面。生活用水浪费主要是由于人们的水资源短缺认识淡薄，水资源管理制度和水价格机制不完善，造成水资源利用的不合理；生产用水浪费主要包括农业用水浪费和工业用水浪费，主要是由于水资源利用率不高和管理制度不完善所引起。
2.5水资源利用与经济发展不和谐
这两者的不和谐 ，即在发展经济的同时不能同时兼顾水资源的合理和科学利用，导致水资源的污染、水资源的浪费、水土流失等一系列问题，最终导致水资源的短缺越来越严重。[7]从2012年12月31日7时40分山西长治苯胺泄露污染河流 事件、2013年4月1日昆明东川小江变“牛奶河”事件、2013年5月2日调查发现的华北平原局部地区地下水严重污染事件、2013年7月1日到5日广西贺江水污染事件等最近发生的事件不难发现，水资源问题正日益突出。
3.我国水文气象和水资源所面临问题的解决办法探究
3.1我国水文气象所出现问题的解决办法探究
我国水文气象所出现的问题其应对措施基本上可以分为两大类：
3.1.1对于洪涝和干旱这种可预测的水文气象问题，我们需要做到。⑴做好资料的收集工作，保证资料的完整性和可靠性；⑵必须根据相关的经验和实践制定相关的标准，以作为参照；⑶应用合理的计算方法，对这些资料进行分析，从而做出科学合理的预测；⑷根据预测结果和相关标准制定减灾措施和安排；⑸在灾害发生前做出应急预案，防止过大损失，灾后要立即进行重建和补助工作。
3.1.2对于由于水环境变化而导致的雾霾天气，考虑到影响水文气象的因素特别复杂，目前还没有合理的解决办法，所以我想给出以下建议：⑴在目前的条件下，必须更科学的建造和管理水利水电工程，充分考虑水利工程对水文气象的影响，做好观测和评估工作，条件允许的话，必须做好模型设计和综合研究；⑵在目前的雾霾天气情况下，必须采取紧急措施，对这种情况进行预防和减缓，例如电磁除尘和降雨除尘等。
3.2我国水资源所面临问题的解决办法探究
我国本就面临严重的水资源短缺状况，水资源的情况更加不容乐观。所以必须采取科学的措施：⑴对我国的水资源量和水质等级进行实时统计和监测，并予以公示和强调，引起全社会的关注，以达到警示；⑵全面监控我国的污水排放企业，建议污水处理直接由政府接管，建立系统的污水接受管网，对企业按排量进行收费以用来治污，同时要对治污情况予以公布，要全社会共同监督，这样才能更好的发展经济和治理水污染；⑶实施最严格的水资源管理制度，建立合理的水价机制，对不同地区实施综合调度，同时不断提高节水意识和科技节水水平；⑷采取植树造林，以涵养水源，保持水土；⑸建立和颁布更合理和全面的水文水资源管理法律和制度，把科学利用和管理水资源与经济发展更好结合。 [科]
【参考文献】
[1][2]周国良，岳智慧.1990年以来我国重大水文气象事件综述；水利部水利信息中心，北京：100053.
[3][6][7]中国水网公布信息.
