中国水情分析研究报告.docx
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中国水情分析研究报告
中国水情分析研究报告
2004年第17期（总第115期）
水规总院水利规划与战略研究中心2004年11月5日
干旱区内陆河流域水文与水资源问题
邓铭江教高
（新疆水利厅）
摘要：
水文学是水资源学的基础，水资源学在发展中不断向水文学提出新的要求，水文学也在加强对水资源学服务中得到新的发展。
在新的治水思路的引导下，水文学的研究领域得到了延伸和拓展，为水资源学的研究奠定了基础。
本文以新疆为例，分析了水文水资源研究发展阶段和面临的主要问题，对干旱区内陆河流域水文水资源研究方向做了一些初步的探讨。
一、水文水资源
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。
它是一门研究地球上水的形成、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。
水资源学是以水文学为基础，研究解决人类对水的需求和由此引起的环境问题的科学。
它是一门对水资源进行评价、制定综合开发和合理利用规划,并进一步对水资源的开发利用、合理配置和节约保护等方面进行综合研究的知识体系。
水资源学具有自然科学和技术科学的属性，并涉及社会科学领域中的一些问题。
水资源学主要研究三个层面上的问题：
一是研究水资源本身，即基础研究；二是研究人类活动用水，即应用研究；三是研究人与自然和谐相处的水资源可持续利用战略，即综合研究。
从基础研究到综合研究是水资源学研究的不同发展阶段，是客观要求发展的必然结果，也是水资源学研究的最高阶段。
内陆干旱区水资源紧缺，供需矛盾十分突出，特别是灌溉农业的大规模发展激化了许多地区的水危机，荒漠生态环境严重恶化,对此引起了各方的高度重视。
人们提出水资源与水文循环的联系是水资源问题得以解决的基础,而要求水文学应加强对水文大循环全过程的研究，为水资源的合理开发利用和优化配置服务。
正是因为水文学与水资源学相互联系，密不可分，所以许多学者把水文学及水资源作为一个独立完整的学科加以研究。
水文学及水资源，顾名思义，就是涉及水文学与水资源学两个方面的研究，是应用性的交叉学科，旨在更好地运用水文学知识，解决水资源开发利用过程的社会经济发展与生态环境保护问题。
大连理工大学的陈守煜教授在八十年代末九十年代初期首创了模糊水文水资源学，中国水利水电科学研究院水资源所的王浩和陈家琦教授也在1986年首先提出了水资源水文学的概念，与此相应，各高校的陆地水文专业相继更名为水文水资源专业，各省区的水文局也更名为水文水资源局。
这一切都说明在水资源管理和研究领域，人们都认同了水文与水资源的密切联系性，两者的结合既推动了水资源学的前进，也带动了水文学的发展，并在发展中相互促进以求更高层次上的相互依存，共同发展。
水资源问题的日益突出，不断向水文学提出新的要求和问题，水文学为适应这种要求而不断创新发展，同时，水资源学所研究的问题对水文学研究起着导向作用。
水资源学研究可以作为水文学的延伸与拓展，这里说的延伸和拓展并不是说用水资源学取代水文学，而是强调水文学要在为水资源的开发、利用、管理和保护的服务中发展自己。
因此，水文学必须坚持为水资源问题服务。
二、水文水资源研究的发展阶段及面临的主要问题
（一）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上世纪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。
上世纪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。
上世纪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、水资源危机的激化和供需矛盾的加剧，特别是“环境的持续性”和“可持续发展”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。
在持续和和谐的原则指导下，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、生活和生态三方面的需水的要求下合理配水资源置，确保国民经济的可持续发展。
（二）当前面临的主要问题
根据内陆干旱区河流的地形地貌、水资源形成、径流、扩散、消耗过程与特点，流域的水文系统是由山区水文、绿洲水文和荒漠水文所构成。
当前，水文水资源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缺乏。
水文循环规律的研究，在“空中”、“地下”和“出山”等三个方面存在着明显的弱势。
1.“空中”手段不强
内陆干旱区水资源主要来自山区降水，但由于受地形、交通和环境条件的限制，山区雨量站布设稀疏，大部分雨量站分布在出山口及其以下。
新疆海拔2000m以上的雨量站仅有4处。
由于中、高山区站点分布稀少和通过卫星遥感、自动测报等现代化技术获取信息的手段落后，因此在空间尺度上对大气降水及径流形成规律缺乏研究。
直接影响水资源评价的准确性和洪水预报的可靠性。
同时，对山地冰雪累积和消融规律以及山区下垫面（森林及草甸）对径流的影响等方面也缺乏基础研究。
2.“地下”水量不明
内陆干旱区水资源主要形成于山区，在平原大量转化为地下水。
地表水和地下水同属“一源”，是相互转化、不可分割的有机整体。
由于缺乏系统的监测评价和长期的试验研究，对地下水补给量测算（降水入渗、河渠水入渗、灌溉入渗、山区侧向地下水流对平原地下水的补给）、地下水排泄量测算（地下水浅埋带蒸发排泄、泉水溢出量测量、地下水开采量统计等）、试验参数的不可靠性和评价方法的科学性等方面还存在许多问题。
对大气水、地表水、地下水与土壤水之间的“四水转化”关系的研究就更加薄弱了。
3.“出山”情况不清
根据内陆干旱区河流的特点，山口水文站可以控制河川径流的绝大部分，但出山之后水文观测站点少，对平原区水资源的分配、利用以及地表水与地下水的相互转化等缺乏系统的监测和研究。
对绿洲区水循环和荒漠生态区水循环以及水资源合理配置等缺乏基础研究。
三、水文水资源研究的主要发展方向
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文系统与社会经济、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文循环中的一些重要变量信息，补充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。
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三个方面：
（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环境，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“3S”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，为揭示荒漠区水分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问题；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模型，水资源实时监控系统；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等。
四、当前水文水资源研究的几个热点问题
1.气候变化对水资源及生态环境的影响
在全球性气候变暖的大背景下，从新疆五十年来气温的变化情况来看，总体上呈上升趋势（见图1、图2）。
平原湖泊水位也呈上升变化趋势，如博斯腾湖达到有实测资料以来的最高湖水位（见图3）；艾比湖湖面面积已恢复到近900km2；吐鲁番盆地的艾丁湖和西天山的赛里木湖也有不同程度的扩大；干涸多年的玛纳斯湖也有洪水注入。
图1天山北坡英雄桥站年平均气温5年滑动平均曲线
图2昆仑山北坡塔什库尔干站年平均气温5年滑动平均曲线
图3博斯腾湖历年平均水位变化曲线
伴随着气温上升，降水和河道径流也呈增加趋势，大洪水或特大洪水发生频次明显增加。
若用1987～2002年和1996～2002年系列资料中的气温、降水、径流分别与1956～2000年系列资料中相同因素进行对比，气温平均升高0.6℃和0.9℃；年降水量增加8.2%和6.5%；年径流总量增加5.5%和13.9%，详见表1。
表1新疆主要水文气象站不同时段径流、降水、气温统计分析表
序号
时段平均
径流总量（108m3）
降水总量（mm）
平均气温（℃）
全疆26个站
北疆11个站
南疆15个站
全疆20个站
北疆
9个站
南疆11个站
全疆20个站
北疆
9个站
南疆11个站
1
1956～2002
470.6
184.7
285.9
244.1
403.6
113.6
7.1
4.7
9.3
2
1987～2002
496.4
196.8
299.6
264.2
422.0
135.1
7.7
5.3
9.9
3
1996～2002
535.8
215.7
320.1
259.9
412.9
134.7
8.0
5.6
10.2
2与1的比值（％）
5.5
6.6
4.8
8.2
4.6
18.9
0.6
0.6
0.6
3与1的比值（％）
13.9
16.8
12.0
6.5
2.3
18.6
0.9
0.9
0.9
影响气候转型的因素是复杂的，通过对长系列、多测站的气温、降水、径流等变化规律的分析研究表明，1987年为气候由暖干转向暖湿变化的气候转型年，以1996年为标志年，新疆各主要河流同步进入丰水期。
但如何评价气候变化以及由此引发的对水资源和生态环境的影响；如何确定这一气候变化过程在气候变化历史长河中的年代级，也即气候暖湿能维持多久等问题，还有待于今后进一步分析和研究。
2.干旱区内陆河流域水文系统构成及其研究
根据干旱区内陆河流域的地形地貌、水资源形成、径流、扩散与消耗过程的特点，全面系统地研究由山区水文、绿洲水文和荒漠生态水文构成的干旱区内陆河流域水文循环系统，从系统角度将山区产（汇）流、绿洲水量转化与消耗、天然植被耗水与生态环境保护有机联系起来，分区利用，整体融合，在保证每个水循环子系统正常运转的基础上，保证整个干旱区内陆河流域水文系统的良性循环。
绿洲区内水文循环的良莠和绿洲区外围以及河流下游荒漠生态环境有效保护,是流域或区域水资源合理配置的指示计，也是水资源高效利用、合理配置、的出发点和落脚点,特别是水资源可持续发展战略的提出；生态农业、高效农业、节水农业建设目标的提出；加快城镇化建设进程,推动绿洲经济发展的国民经济战略布局的提出,以山区水文、绿洲水文和荒漠生态水文研究为基础的各种水资源问题研究将全面展开。
3.水资源可利用量及其评价指标、计算体系研究
人们时常将水资源的可利用量与可供水量或可引用量混为一谈。
虽然现在对水资源可利用量的研究还处于起步阶段，对其内涵的确定还存在不同的观点，但根据内陆干旱区的实际情况以及目前理论界较为一致的看法，普遍认为，干旱区水资源可利用量的涵义是指在可预见的时期内，统筹考虑河道内外生态环境、生产、生活用水，在满足天然生态环境最小生态环境需水量，并顾及到国际河流分水协议及其下游用水的前提条件下，通过经济合理、技术可行的措施，可供河道外生活、生产、人工生态环境用水的一次性最大用水量（不包括回归水的重复利用）。
正确核定某一地区的水资源可利用量对当地的经济发展规模和生态环境保护具有举足轻重的作用。
因此，今后我们要在水资源可利用量评价指标体系和计算方法，最小生态环境需水量以及保护多大面积的天然生态可以维持干旱区生态环境的良性循环等方面加强研究。
4.水资源承载力及其计算体系研究
在明晰了水资源可利用量的基础上，我们要对水资源承载力做进一步的研究，目的是为了在生产、生活和生态之间进行水资源合理配置，确定经济发展规模和合理的经济结构比例。
内陆干旱区应以水资源为核心，在水资源可利用量的范围内，合理确定人口、经济和资源环境三者之间的协调关系，为干旱区水资源的开发利用与保护服务。
因水资源承载能力受经济发展水平和技术可行性的制约，目前对这一问题的研究国内外还没有统一的方法。
尽管当前对于水资源承载力的计算方法很多,但由于水资源系统自身的复杂性、随机性和模糊性以及影响水资源承载力因素的多方面性、多层次性等,因此对水资源承载力的准确评价还有待进一步的研究。
5.地下水资源可持续利用研究
应将地表水利用—地下水开采—农业灌溉—水盐平衡—主要依靠地下水维持生存的天然植被等作为一个整体，来研究地下水可持续利用问题。
因为，地下水开发利用不但可直接增加可供水量，而且是进一步提高水资源利用率，发挥“地下调节水库”作用，调控地下水位，并服务于可持续灌溉农业的重要手段。
地下水资源可持续开发利用急需研究的问题有:
加强地下水监测和主要水文地质参数的试验研究；地表水、土壤水和地下水转化与盐份迁移聚集规律；地下水可开采量评价方法；地下水开采最佳水位控制；灌区水盐平衡与土壤盐碱化治理；化肥、农药、地膜等对于地下水的污染；干旱区地下水与生态环境的关系等。
6.水环境保护与流域初始水权确定
微观层次和宏观尺度相结合，定量试验与“3S”技术相结合，研究生态耗水机理和耗水量以及河流生态所需求的最小径流量，科学合理的确定生态保护目标和需水关系，明晰生态水权，为流域初始水权的确定提供科学的决策依据。
在明晰水权的前提条件下，研究实施总量控制，限额用水，定额管理，市场引导，水权交易的水资源管理体系。
在加强全流域水资源统一管理的同时，为建立强制性节水机制和可持续发展做好基础准备。
五、结语
水文及水资源是一门应用性交叉学科，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、共同发展的交叉溶合关系。
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：
（1）陈家琦、王浩.水资源学.科学出版社.2002年4月
（2）陈家琦.论水文学与水资源学的关系.水科学进展.第10卷第3期.1999年9月
（3）中国工程院.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.2003年1月
（4）叶守泽、夏军.水文科学研究的世纪回眸与展望.水科学进展.第13卷第1期.2003年1月
（5）夏军.水文学研究与进展.水利水电技术.第29卷.1998年第10期
（6）邓铭江.新疆干旱内陆区水文学问题研究与实践.新疆水资源利用与保护文集.2003年5月
发送:
部领导、总工，国务院发展研究中心，国家发改委有关司局，部机关各司局，各流域机构，各省（市、区）水利（水电）厅（局），有关规划、设计、科研单位和高等院校。
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