时间：2023-03-23 15:08:47
导语：在水文与水资源工程论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
<水文学与水资源学>课程是给水排水工程的一门主干专业基础课程。它与给排水管网系统、建筑给排水系统、水质工程学等一起构成了给排水工程专业主干课程体系，是城市健康水循环中不可或缺的环节。随着给水排水工程专业的发展和科学技术发展的需求，<水文学与水资源学>课程还需要在教材内容、教学方法等方面不断更新和完善，学术研究和工程实践方面需要进一步加强。目前该课程的建设和教学改革在我校得到了优化和完善。
一、课程体系建设
<水文学与水资源学>课程建设包括教学大纲、教材、实验及实验指导书、课程设计任务书及指导书、设计任务书及指导书、实习指导书、师资队伍建设等内容。
1.1 课程教学目的及特点
本课程是一门培养学生有关水文学、水资源开发利用与保护的基础理论和设计能力的专业必修课程。使学生掌握水文现象、水资源开发、利用与保护的基本概念、基本概论和基本设计与计算技能。课程内容广泛，涉及到不同专业学科、领域的理论和技术，如给水工程、污水处理工程、供水水文地质学、生态学、环境监测、环境评价、微生物学及管理工程等。对学生来说，是一门综合性很强，不太容易掌握，且学习起来困难较多的课程。为此，在保证基本教学内容的前提下对课程内容做了精选、整合优化处理，力争做到系统性、完整性、实用性，办出特色。这就要求任课教师必须了解课程的特点，制定切实可行的教学思路和手段，以达到最好的教学目的和效果。
1.2 课程教学内容和教学要求
本课程按照教学大纲的要求系统阐述了水文学的基础知识、基本概念，水资源的相关理论、国内外水资源分布和开发利用状况、水资源在开发利用过程中存在的主要问题，并且重点介绍了地表水资源、地下水资源的水量计算，取水工程的类型、设计和使用条件以及水资源保护与管理的内容方法和措施。
该课程在48学时的理论课授课外，通过实验和实践、课程设计与毕业设计，加深学生对所学知识的了解，培养学生运用所学知识解决问题的能力，使学生在查阅资料、工艺方案选择、工程计算及设计绘图方面得到训练。
二、课程教学改革
随着给水排水工程专业的发展和科学技术发展的需求，<水文学与水资源学>课程还需要在教学内容、教学方法等方面不断更新和完善，学术研究和工程实践方面需要进一步加强。
2.1 教学内容改革
（1）针对教学内容广，在合理安排授课计划的基础上做到重点突出。例如，“水文统计基本原理与方法”、“小流域暴雨洪峰流量的计算”、“取水工程”等部分作为本课程重点，在教学中分配了20学时时间，其次“水资源量评价”和“节水理论与技术”分配了6学时时间。重点内容部分在讲解过程中，力求精，有一定深度。
（2）理论教学与工程实例紧密结合。例如在“地表水资源量评价”中，补充了“引滦入津”、“南水北调”等工程内容。在“取水工程”教学中，详细讲授了“龙庆峡”等工程。同时通过认识实习和生产实习，对水源地选择、评价及取水构筑物结构建立感性认识。总之，在整个理论教学，始终贯穿着工程实例教学。
（3）及时更新教学内容。教材为2002年出版，某些内容已不适合作为教学内容，在本次教改中，及时进行了修改。如我国生活饮用水水质标准，将教材用的GB5749-85标准，改为GB5749-2006，并对GB5749-2006进行了详细讲解。同时，随着给水排水工程专业范围的逐步拓展，为开拓学生的专业视野，在教学中我们把国际上一些前沿课题和研究进展等内容引入教学，如最新的水资源评价方法与模型等。
2.2 教学方法改革
积极开展教学方法改革，实现教学方法的“转变”，即课堂教学从传统灌输向探索性教学转变，采用灵活式教学形式。本课程在教学过程中，大量的表格、数据模型、水资源现状分析图、取水构筑物图等贯穿始终，采用传统的板书授课方式不仅使教师在课堂上的工作量较大，学生对知识的理解也不甚清楚，而且往往花费大量的时间。虽然也可以事先把一些图表制成幻灯片，但图一般是静止的，不够形象生动，还是难于理解。2005年以来在教学过程中，根据实际需要，认真钻研教材阅读各种参考书籍，将大纲中的重点、难点分解成不同知识点，并补充实际工程案例以及图片，自行研制了《水文学与水资源学》多媒体教学课件。随后在教学过程中不断修改和完善，使课堂教学生动、形象、直观，易于记忆，在有限的时间内传递更多的信息内容，增强了信息量。该课件具有演示直观、动态感强的特点，非常易于学生理解，受到学生的好评，取得了较好的教学效果，同时也有效缓解了课时的缩减和教学内容增加的矛盾。
例如，在授课过程中，具体采用以下教学形式：①放映中国水资源现状以及水资源保护等方面的视频材料，使学生了解我国水资源的实际状况，并对本专业产生浓厚兴趣；②放映各种不同类型取水构筑物的图片，学生可以很直观地看出不同取水构筑物的构造和作用，并增加浓厚的学习兴趣；③放映案例内容的图片，可以让学生更容易地了解案例，对于日后遇到的实际工程都起到积极作用。#p#分页标题#e#
同时尝试和研究双语教学，大力提倡双语教学。自制双语教学课件，做到通过双语教学，不但使学生掌握了规定的教学内容，也使学生的科技英语能力得到了训练提高。
2.3 教学手段改革
在教学过程中，大胆探索新型教学手段，主要从“多维互动”教学手段进行了探讨。多维互动教学模式是一种较理想的教学模式。它表现为师生共同参与，以学生为中心，教学方法多样化。首先，教学活动中，确立学生的主体地位，充分发挥学生自主学习、自我教育的能力。“多维”是指改变过去教师独占课堂，一张嘴巴、一支粉笔、一块黑板，在课堂上包打天下，学生被动接受知识的教学形式，促成教学过程中师生、生生等互动局面的出现，来激活课堂教学，提高学生学习的兴趣；互动是指通过师生全方位参与，促进和谐和多维互动教学关系的生成，实现学生主动学习的意识。
例如，在教学过程中，本课程采用了讨论式教学方法，在备课时带着问题认真钻研教材，阅读各种参考书籍，将大纲中的重点、难点分解成不同知识点，拟出讨论题，然后设计出多种较典型、讨论性较强的题目。上课时鼓励学生勇于回答和提出问题。课后对讨论过程中的问题进行归纳总结。特别在“世界水资源现状问题及解决途径”、“节水现状及措施”等教学环节中，学生讨论异常活跃。
同时，发扬教学民主，给学生一定的自主选择权力，每节课腾出一定的时间，由学生自己设计问题，刺激学生突破传统课程的束缚，真正进入知识海洋中去求知，引导他们将学习过程中的重点、难点、疑点说出来，从而让全班学生得以主动参与，主动探索，主动思考，主动实践。
2.4 实验、实践教学改革
搞好实验和实践教学，加深学生对基本理论的理解。通过参观实践，让学生将课程的理论知识和分析计算方法与实际联系起来，培养他们分析问题和解决问题的能力；同时，通过水文观测、河流径流、河流水库取水工程现场考察实习，增加对水文学知识点的感性认识，开阔眼界。通过实验教学，提高学生综合运用知识、分析问题、动手操作的能力。例如在水文测验实验中进行某断面过水流量的观测时,可用浮标法、流速仪法、ADCP法,这些方法都是间接测量流量的方法。测量水位时,当水位变化幅度较大时,设定一组水尺来进行,它具有设备简单、观测方便的优点；而要想记录完整的水位变化过程节省人力，可用自计水位计。学生只有在亲自参与实验、实践后才能切实体会到水文数据采集的全过程,才能更充分理解并掌握测流理论及技术。
三、考核方式的改革
在教学过程中，我们依然采用平时成绩和考试成绩相结合的方法。只是在平时成绩考核和考试内容方面进行了改革。将课堂提问、小测验、大作业等结合起来作为平时成绩，同时由于在平时课堂上采取教学讨论的方式，要视学生在教学讨论中的表现打分，大作业也可适量布置写论文的形式，来提高学生的写作水平，并将此成绩按照一定的比例计入总评成绩。此外对应试考核部分，进行了分解，将考核分为过程考核和课程结束考核两个部分。考试内容方面，取用了一些灵活性试题，改变了以往答案固定的现象。同时，为了真实考核学生对本课程的理解和掌握程度，2005年建立了试卷库，考试时随机抽取一套，力求做到教考分离。这样平衡了考试内容，提高试题的覆盖面和增强了综合应用性，同时有效避免了猜题、押题等不正之风，对学生的学习积极性和综合应用能力提高起了一定作用。
四、结语
经过多年的努力，我们对<水文学和水资源学>课程教学的改革和实践进行了尝试，也取得了一些成效，但新知识的不断涌现、新技术的不断更新，还需要在今后的教学中有待进一步改进和完善。在教学改革中，我们要注重课程内容的前沿性，及时反映当前技术发展的潮流，鼓励学生自主学习，重视理论联系实际，为日后走上工作岗位打下牢固的知识基础。
参考文献：
[1] 方芳•水质工程学课程教学的改革与思考[J] •高等建筑教育,2008
他极少就自身而接受媒体的采访,半个多世纪以来却一直执着、敬业,全身心的投入科学与教育事业。他自己做了很多很多,但这远远没有达到他预期的科学目标。如今,耄耋之年的他仍然满怀信心地把一生科学创新思维的积累,继续为祖国的科学教育事业去做贡献,实现他对“科学人生”的感悟与理想。他就是一个情操高尚、淡泊名利的科学人,一个勤勤恳恳为祖国科教事业竭尽全力踏踏实实培养硕士、博士与博士后的导师,我国著名水文水资源学家、工程模糊数学家陈守煜教授。
纵横岁月五十八载
演绎水文与水资源
20世纪50年代,不满而立之年的他已在水利学报等权威刊物发表“水库调洪”学术论文。70年代,知天命之年的他参加长江水利规划委员会主持的水能利用计算机应用研究,建立了水能水利计算数值解法新途径。1980年发表在水利学报上的后续论文《水库调洪数值解法及其程序》,与国际上同类成果相比,比其早发表了12年,这一成果如今已广泛地用于水库防洪调度生产实践,并取得重大的防洪效益。在1995年的《光明日报》上这样记载:陈守煜一科研成果获防洪减灾效益4.7亿元。80年代,不惑之年的他从唯物辩证法哲学的高度和我国几千年来国学《易学》中的辩证思维出发,率先认识到水文水资源学科中现象及概念中存在的模糊性。1987年在我国西安、1990年在波兰华沙的学术会议上,他提出创建新的水文分支学科――模糊水文学,后拓展为模糊水文水资源学科,该项研究取得了一系列创造性成果:水资源与防洪系统多目标模糊优化(优选)理论与模型,模糊模式识别理论与模型,半结构决策理论与模型,模糊聚类、识别、决策、评价统一的理论与模型,模糊优选动态规划理论与模型等。他的这些理论、模型与方法,已成功地应用于1998年由国家防洪抗旱总指挥部组织的大连理工大学水资源与防洪研究所负责完成的我国72座大中型水库防洪调度决策支持系统,取得了重大防洪减灾效益。这些成果得到了同行专家的普遍认可与高度评价。2002年权威杂志“水科学进展”在《水文科学研究的世纪回眸与展望》一文中评价:“水文现象的模糊性一般不易被人们所认识……中国大连理工大学在20世纪80年代首次提出综合运用系统的成因分析,逐步形成了模糊水文水资源学这一新兴的分支,目前还在发展。”
创建可变模糊集理论
推导出质量互变定理
20世纪90年代,花甲之年的他创造性地提出“相对隶属函数”的动态模糊集概念。1994、1998年的专著《系统模糊决策理论与应用》,《工程模糊集理论与应用》是突破传统静态模糊集概念与理论的经典之作。前者获1995年中国第九届图书奖,后者被权威信息文献《2009年版中国期刊高被引指数》一书统计排序为全国2008年水利工程高被引图书第3位。该文献同时列出全国2008年数学学科、水利工程学科高被引论文排序前20的作者名录,他均榜上有名。
21世纪伊始,古稀之年的他在工程模糊集理论基础上创建可变模糊集理论,第一次推导出数学定理――质量互变定理,用严密的数学方法表达了唯物辩证法三大规律之一的质量互变规律。这一成果不仅对静态、经典模糊集概念的重要突破,更对数学思维辩证化与哲学规律数学化的重要突破,具有重要的科学意义。2009年他发表的专著《可变模糊集理论与模型及其应用》对沟通数学与哲学两大学科的联系具有重要的科学价值与实用意义。书中他用客观事物变化前后相对差异函数的乘积:
D(u)・D(C(u))
表示事物的渐变式质变、突变式质变,
D(u)・D(C(u))>0
表示事物的量变,
D(u)・D(C(u))=0
表示事物的动态平衡或质变临界点。他用最简洁的数学语言,表达了客观世界最复杂的哲学规律:质量互变规律。他用数学美诠释了哲学美。数学美,美在简,哲学美,美在变。他的这一原创性研究成果,将铭刻在科学历史上。
毕生科研教育
满园春色桃李
作为一名知名学者,耄耋之年的他可称桃李满天下,在学术上具有一丝不苟的风格和求实索源的创新精神。他思维敏捷,善于发现问题,坚持、维护科学的真理性,十分重视学风建设与学术道德品质教育,在严格要求学生的同时,他自己以身作则,为了让博士生们能够理解并掌握系统的理论知识,他每周一至两次面对面的来指导学生,严密的逻辑思维,详细的数学推理,风趣的言谈,浅显易懂的比喻,使学生们无论在理论上还是学术风格上都能受到良好的熏陶。作为一名导师,他谦逊随和、深具长者之风,在将自己的知识倾囊相授的同时,还时常与学生们共同探讨前沿的理论与科研成果。他渊博的学识、高尚的品德以及求实创新的作风,为年轻一代树立了学习的楷模。
2009年9月,陈守煜教授在为他八十岁生日举办学术报告会而撰写的专著《可变模糊集理论与模型及其应用》中,赋“科学人生”诗一首:
科技创新路无尽
学崖高峻破云天
人杰志壮勇攀顶
生命真谛蕴含中
莫道七十古来稀
而今八十不算奇
耕耘九十桃李满
常乐百岁又迎春
关键词：全球变化 水文科学新的进展与挑战
一. 引 言
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(Global Change Open Science Conference)”。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（Challenges of a Changing Earth）。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。(The 6th Scientific Assembly of the International Association of Hydrological Science)。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（A New Hydrology for a Thirsty Planet）。
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（Berrien Moore ）
·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（Michael J.Fogarty）
·21世纪中的粮食：全球气候的差异性（Machendra Shah）
·人类时期的大气化学（Paul J.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（Simon S.C.）
·海洋和陆地碳动力学（Ian R.Noble）
·碳与科学政策的联系：京都的挑战（Robert T.Watson）
·对CO2挑战的工业响应（Charles Nicholson）
2．水与全球变化的关联：世纪资源的挑战？（Leena Srivaatava）。
·我们会有足够的高质量的水吗？（Hartmut Grassl）
·水会满足人们的需要吗？（Peter D.Tyson）
·大坝对渔业的影响：三峡大坝实例研究。Chen-Tung Arthur Chen 教授，台湾，国家Sun Yat-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（Michael Raupach ）
3．全球生物地球化学：星球新陈代谢系统的理解（Pamela Matson）
·海洋生物地球化学：变化的海洋（David M.Karl）
·陆地上碳的过去、现在和未来（Robert J）
·大气酸雨、臭氧损耗和气候变化的案例分析（Oran R.Young）
4．陆地—海洋的交互作用：区域与全球的联系。（Roger Harris）
·生物地球化学的交互作用与反馈（Tim Jickells）
·沿海地区的全球变化：东南亚的实例研究（Liana Talaue-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（Thomas F.Pedersen）
·气候变化的1000年（Raymond S.Bradley）
·正在变化的寒区：高纬区全球变暖的影响（Oleg Anisimov）
·耦合气候系统：可变性和可预测性（Antonio J.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（David Carson）
·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（Jose Achache）
·虚拟现实的过去、现在和未来（John Mitchell）
8．地球系统需要生物多样性吗？（Anne Larigauderie ）
·为什么地球系统科学需要海洋生物多样性？（Katherine Richardson）
·生物多样性是如何影响陆地生态系统的过程与功能（Sandra Diaz）
9．科技能够补偿星球吗？（Mike Brklacich ）
·自然的回归：为什么和怎样进行（Jesse H.Ausubel）
·工业变革：生产与消费中的探测系统变化（Pier Vellinga）
10．面向全球可持续性（Hans Opschoor）
·区域和全球可持续性的挑战和障碍（Julia Carabias）
·转向可持续性的研究系统（William C.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？（Jane Lubcheno）
·可持续科学和气候变化（Bert Bolin）
·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（Robert W.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（Robert W.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Soroosh Sorooshian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Charles Vorosmarty 教授报告了“地球系统科学对全球水评估的贡献”。Wolfram Mauser教授研讨欧洲GLOWA项目的核心“完整的流域管理”经验。Joseph Alcamo 教授指出全球“水危机区与脆弱性”。Jim Wallace 教授强调“防洪安全与水资源问题”。Claudia Pahl-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. Schumann M.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 (Biosphere Aspects of Hydrological Cycle，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！ 参考文献
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【关键词】水文地质，勘察方法，找水，综合运用
中图分类号：P331文献标识码： A 文章编号：
一、前言
伴随着现代科学技术的日新月异，水文地质勘察人员在工作中需继承和发展传统技术基础上，也要关注并结合新技术、新理论，这样才更有利于进行找水工作，才可以使找水技术不断的更新发展。目前，我国人均淡水资料拥有量不足2 200m3，世界排名109位，而30年后，人均淡水资源拥有量将不足1 700 m3。因此用现代的水文地质勘查方法来找水减缓各区域供水压力已成为当务之急。以下分别详细介绍了遥感技术勘察法、地球物理测井勘察法、地面核磁共振勘察法的工作原理及在水文地质勘察工作中的具体应用。
二、现代水文地质勘察方法在找水中的应用
随着我国经济的快速发展，我国总体而言，水资源的利用形式逐渐严峻，以许昌市为例，许昌市水资源严重短缺,人均水资源量仅204立方米,相当于全国人均水平的1/10。市区由于过量开采地下水,已形成面积达67 平方千米的水位下降漏斗漏斗中心水位埋深24.0m,且仍以每年1.5~2.0 m的速度下降,地面最大沉降量超过277 mm。为了满足城市居民生活和工农业生产用水需求,在许昌麦岭水源地综合运用现代水文地质勘察方法找水勘察,取得了多种地质信息,基本查清了供水目的层的埋藏条件、边界条件以及地下水动态特征。笔者将从下面几个方面简述现代水文地质勘察方法在找水中的应用。
1.物探和钻探
(一)物探。在水文地质调查的基础上,结合研究区的水文地质情况,采用对称四极电测深法对勘察区西部的补给断面进行探测,共做电测深点203个,电测深剖面8条;利用EH-4电导率成像系统,对勘察区西部、南部边界和北汝河河道进行了探测,共完成9条物探剖面, 96个物理点,剖面长度54.55km;对18眼探采结合井和4眼勘探井进行视电阻率和自然电位物探测井,划分地层,进行排管。通过这些工作,基本查明了西、南边界和北汝河河床的地层结构和含水层的分布规律,为拟建水源地的供水孔和布置钻探工程量提供了科学依据。
(二)钻探。根据遥感水文地质调查、物探资料,结合以往地质、水文地质资料,在补充分析勘察阶段成果的基础上布置钻探工作量。勘探施工勘探抽水孔4眼,进尺291.4 m;地质孔4眼,进尺362 m;观测孔12眼,进尺1 071.55 m;探采结合井18眼,进尺2 242.2 m。共施工勘探孔和探采结合井38眼,总进尺为3 967.15 m。根据物探、钻探工作分析,麦岭水源地第四系孔
隙含水层的形成和分布受北西向的茨沟—姜庄凹陷和襄城大断裂等构造控制。同时根据区域水文地质条件及水源地地层时代、岩性、成因及富水性,新近系湖积层及第四系下更新统冰水沉积层的富水性差,集中供水意义不大;中更新统埋藏型冲洪积卵砾石层颗粒粗,厚度大,富水性强,不易污染,是城市集中供水的理想水源地。
2.遥感技术在地下水资源勘察中应用
遥感技术即从远处探测、感知特体各事物的技术，它技术先进、探测范围大、信息量大，并可实施动态监测。遥感勘察方法就是在勘察区范围内进行的航空遥感勘察,它是一种采用展片和航片目视解释,结合野外验证与水文地质补充调查的水文地质勘察方法。遥感勘察方法可分为4种：热戏外监测法、水文地质遥感信息法、环境遥感信息分析法和遥感模型法。
（一）热红外监测法。热红外监测法主要就是用热红外波段的遥感图像资料，通过测定地面温度来确定地下水的存在。特别适应于干旱、半干旱地区的水资源的寻找。其工作原理是：地下水可在过毛细管作用、热传导作用及地表强烈蒸发作用下可导致干旱或半干旱地区的地表湿度和温度发生变化，从而导致冷热异常的现象，此现象便可在热红外遥感图像上显示出
来。利用红外遥感数据再配合一定的航片作为基本的遥感资料便可实施地下水资源的探测工作。
（二）水文地质遥感信息分析法。水文地质遥感信息分析法就是运用水文地质理论对从遥感图像获取的地层岩性、构造、水文等水文地质信息进行分析，从而确定有利的蓄水构造，判断地下水的贮存情况。
（三）环境遥感信息分析法。环境遥感信息分析法就是根据遥感图像上提取的与地下水有关的植被、湖泊、水系等环境因子与地下水的依存、制约关系来判断地下水系统的贮存情况。其工作原理是：在干旱区域，植被的生长状态因受到气候、性、地貌、水文地质条件等因素的制约，其中区域浅层地下水对植被的影响最大。地下水水水位埋深、矿化度、水化学类型控制着被群、植被覆盖度。可通过这些信息来判断地下水的排泄点(区)的水位埋深、矿化度和水化的学类型等相关信息。
（四）遥感模型法。
通过分析遥感图像得知与地下水密切关系的水文因素状况，并建立监测地下水位的定量评价模型，对地下水资源进行估测的方法叫遥感模型法，它是遥感与数学、模型学相结合的一种新的研究方法。此种方法主要用于评价地下水位分布状况。
3.地球物理测井方法
地球物理测井是物探方法的一种，主要是配合地质钻探对钻孔内的水文地质状况进行精确探测。地球物理测井方法是以严密的物理数学原理为基础，主要用于分析地下水的分布，判断地下水质量，探测岩溶洞，分析地层构造等。地球物理测井主要工作内容及工作原理如
下：
（一）正确地划分含水层并确定层位及厚度，研究它们之间的相互关系。
（二）对地下水进行地下水矿化度进行测量。地层水的矿化度越高，地层电阻率值越低
（三）判断裂隙及其泥质含量。裂隙存在的判断标准：声波时差较大，电阻率较小，密度偏低。如果裂隙存在，那么裂隙中填充的泥质越多，自然伽马测井值就越大。
（四）岩溶水勘察。裂隙层位可由声波曲线直接反映；当溶洞中含水时，自然伽马曲线幅值略低，以此来可判断其富水性；在岩溶、裂隙发育处，会出现井径扩大的现象，因此，岩溶裂隙发育程度也可用井径曲线来判断。
（五）划分钻孔地层岩性。根据不同岩石的密度，电阻率，波阻抗，孔隙度等参数的差异，并综合电阻率测井、声波测井、密度测井、中子孔隙度测井等资料就可以划分钻孔的岩性剖面。
4.地面核磁共振法
地面核磁共振法就是利用不同物质原子核特性差异产生的核磁共振效应，通过观测、研究地层中水质子产生的核磁共振信号的变化规律，来判断探测区地下水的分布情况。它是目前世界上唯一可直接找水的地球物理方法,可量化含水层信息，勘探的深度小（目前最大勘探深度小于150m），适合北方地表较干燥地区使用。其工作原理就是水中的氢核质子在地磁场的作用下，处在一定的能级上，再以具有拉摩尔频率的交变磁场对地下水中的质子进行激发，这样原子核能级间就会产生跃迁即产生核磁共振。核磁共振信号的强弱或衰减的快慢直接与含水层中氢质子的数量、含水层孔隙大小相关，核磁共振信号的幅值越大，所探测区域内水含量就越丰富。从而，可以根据由小到大的核改变激发脉冲矩来推断由浅到深含水层的贮存状况，达到实现直接寻找地下水的目的。
地面核磁共振法属于直接找水法，在有效的勘探深度范围内，有水就有核磁共振信号显示，以此来探测各类型的地下水。主要用于探测其他物探方法难以寻找的地下水，主要应用在以下4个方面：黄土孔隙、裂隙水探测；寻找碎屑岩类浅层风化裂水和层间承压裂隙水；确定基岩裂隙带的富水性；判断灰岩区溶洞、裂隙含水或是泥质充填。
三、结束语
随着近年来科技的不断发展，以及勘探技术的不断提升，在继承了老一辈水文勘探人员的技术和知识后，新一代的工作者更要与时俱进，不断的研究并熟悉新的理论和技术，从而将新老结合，挖掘开拓出更加优良的勘探方法，从而方便找水工作，使得找水的相关技术得到不断的提升和发展。
参考文献：
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[4]-赵实 现代水文地质勘察方法在找水中的综合应用[期刊论文] 《技术与市场》 -2010年9期
【论文摘要】：采用水文分析法，对曲靖市380件小型水库的大坝安全进行复核，结果表明有39.2%的水库能够抵御相应设计标准的洪水；存在安全隐患的水库其实际抵御能力相当低，41.9％的小（一）、59.5％的小（二）型水库只能抵御3～50年一遇的洪水。并针对小水库存在库容偏大，管理围护不善，病险状况突出，水库效益差等问题，提出了相应的防护对策，日后小水库工程的建设管理可引以为鉴。
1．基本概况
曲靖市现有小水库607件，其中小（一）型水库107件，小（二）型水库500件，总库容3.93亿m3，占曲靖市已建水库总库容的24.1％，为曲靖市乡村或重要集镇的生产生活用水，是支撑农村经济发展的主要水源。
1.1 自然概况
曲靖市位于东经103°03 ～104°50′北纬24°21′～27°03′之间，属于滇东北地区。西与云南高原湖盆相邻，东向贵州高原倾斜过渡，中部为长江、珠江流域分水岭地带。南北长约302km，东西宽约103km，国土面积28904km2，占云南省面积的13.6%，其中山区面积约占88%，坝区面积约占12%。
曲靖市位处滇东高原，具有典型高原地貌特征。整体地势西北高，东南低，呈面向东南方的倾斜状。北部和南部由于受河流强烈切割，地形比较破碎，中部高原面保存完好，顶部平缓，呈较大的块状分布。
受地形和大气环流的影响，主要为亚热带季风气候，四季温差小。冬春受大陆性季风影响，气候温和干燥，夏秋受海洋性季风影响，气候凉爽潮湿。全市多年平均气温14℃，月均最高温为19.7℃（7月），最低温为6.0℃（1月）。由于地处低纬高原，地貌类型复杂多样，气候垂直差异明显，立体气候显著。
市境内河流水系发达，主要有南盘江、北盘江、黄泥河、牛栏江等，分属长江和珠江两大流域。马龙县、沾益县、陆良县水利化程度较高，小型水利工程分布较多。
1.2 水库现状
曲靖市病险小水库较多。水库主要集中分布在西南部和东北部，中部次之，受地形影响，西北部、东南部水库较少，只有零星几件水库。由于多数水库分布在山间盆地和半山区，距离各县市水务局较远，交通条件较差，小（一）型水库大多由所属乡镇水管站分管，小（二）型水库大多由当地村委会分管。
2．安全评价
根据资料条件，结合曲靖市的小水库分布状况等各方面因素，对380件小水库的大坝安全进行复核。
通过对小水库大坝抵御洪水的能力进行复核，结果为39.2％的水库能够抵御相应标准的设计洪水（按照《水利水电工程水文计算规范》的规定，小（一）型水库校核洪水标准300年一遇、设计洪水标准30年一遇，小（二）型水库校核洪水标准200年一遇、设计洪水标准20年一遇），60.8％的水库不能抵御相应标准的设计洪水，大坝或溢洪道存在安全隐患。
2.1 小（一）型水库
小（一）型水库安全比例低，只有41.9％的水库大坝安全，完全能够抵御300年一遇的非常洪水，其余水库不同程度的存在安全隐患，有16.2的水库能够抵御200年一遇的非常洪水，41.9％的水库只能抵御3～50年一遇的洪水。
2.2 小（二）型水库
小（二）型水库安全比例较低，只有38.6％的水库大坝安全，完全能够抵御200年一遇的非常洪水，其余水库不同程度的存在安全隐患，有2.0％的水库能够抵御100年一遇的非常洪水，59.5％的水库只能抵御3～50年一遇的洪水。
3．存在问题
⑴ 水库防洪能力普遍偏低，有60.8％的水库不能满足防洪要求，大坝及泄洪设施存在安全隐患。本次复核选用的代表站资料系列较长，大多在50年左右，分别采用暴雨推求、推理公式法、短历时暴雨等值线法等多种方法进行防洪能力复核，分析结果真实、客观。与水库原有洪水分析结果相比存在较大差异。少部份水库建设时水文分析不合理，导致泄洪建筑物建设不合理（有溢洪道底高高于坝顶高程的情况），不能满足防洪要求；大多数原因是泄洪建筑物功能下降或损坏，经过水文复核后，建筑物泄洪能力低于防洪要求，水库不同程度的存在安全隐患。
⑵ 工程管理较差。大多缺乏安全监测设施，病害问题限于表面所观察的现象，重大病险有巡视检查及病害记录。绝大部份水库没有基本观测设施，没有运行观测和记录。大坝维护状况差，普遍存在重建轻管的现象。水费难以收起和基本收不起来的问题，使水的商品属性得不到真正体现，工程管理多为粗放型，责、权、利不明确，综合效益低。受传统计划经济管理影响，小型水利工程长期作为"福利设施"使用，造成管理无责任、维护无资金，导致大量工程老化失修，积病成险，效益衰减，严重影响水利工程的运行效益，使水资源的开发利用和可持续发展受到严重制约。
⑶ 水库资料差。建设资料(设计、施工、竣工或基本的水位库容关系等)残缺，水库运行期的记录、观测资料不全，一件水库出现多套互不相同的基础资料，水库特征值不全或多套资料相互矛盾，收整管理或分析比较差。
⑷ 水库规模与实际运行状况不附。曲靖市的小水库大多建设于二十世纪五十年代，由于水文资料及分析方法等限制，多数水库出在现汛限水位渡汛时水库不安全，泄洪设施不能满足防洪要求，工程不能抵御非常洪水；实际运行时为确保水库安全，汛期一般不蓄水，也即空库渡汛，这样就存在库大水少的问题，到汛末即使遇到非常洪水，水库蓄水也达不到预设的正常库容，难以发挥水库效益。
⑸ 管理费用缺乏保障。由于多年来形成的"大锅水"、"福利水"的传统管理体制和运行机制，没有收取必要的水费，导致工程缺少必要的管理费用，使工程无法发挥应有的效益。
4．建议
⑴ 收整水库基本资料，核定水库特征值，为今后进一步的水库安全复核和维修管理奠定基础，为准确、客观的评价水库性能提供保障。
⑵ 统一规划、合理开发利用：按照水资源统一管理与水资源开发、利用、节约、保护工作分离的原则，小型水利工程建设中，应认真进行统一规划、统一建设、统一调配和统一管理，这样既能节约用水，使有限的水资同时为农村经济社会的可持续发展提供保障。
关键词：下垫面；产汇流；植被变化；城市化；水文模型
中图分类号：P343.9文献标识码：A文章编号：16721683（2013）03011107
随着经济社会的迅速发展，水土保持、植树造林、水利工程、城镇化建设等人类活动对下垫面变化的影响不断加剧。由于人类活动和气候变化改变了下垫面变化，导致流域入渗、蒸散发、径流等水文要素发生一定的变化，从而引起流域产汇流过程的变化。较长时间尺度上，气候变化对水文水资源的影响更加明显，但短期内，土地利用/覆被变化是水文水资源变化的主要驱动要素之一[1]。土地利用/覆被变化水文效应研究已成为目前乃至未来几十年全球研究的热点和前沿问题[2]。
20世纪90年代以来，有关国际组织实施了一系列国际水科学计划，如IHP、WCRP、IGBP、GWSP等，探讨环境变化下的水循环以及相关的资源与环境问题。因此，变化环境（即全球变化和人类活动影响）下的水循环研究是21世纪水文科学研究关注的重点[3]。产汇流过程是水循环研究的重要内容，同时产汇流理论研究是水文模拟的基础，因此，进行流域下垫面变化对产汇流过程的影响研究是十分必要的。
本文通过梳理国内外研究成果，从林地、草地、耕地、居工地、景观变化及水土保持措施等方面阐述了下垫面变化对产汇流过程的影响机制，并剖析了各类下垫面变化的水文效应研究方法的优缺点，总结了当前研究存在的问题及未来研究的关键问题。
1相关研究阶段的划分
下垫面变化对水循环的影响研究始于20世纪初，主要集中在森林与水相互作用的研究。19世纪后期，随着人口的增长，许多森林被砍伐。随之产生的一系列后果引起人们的关注，从而开始一系列的科学研究。早期的森林水文研究重点是关注森林的变化（主要是森林砍伐）对森林流域产水量的影响，采用的研究方法是对比流域试验法和流域自身对比法。这类研究最早可追溯到1900年瑞士Emmenal山区的两个小流域对比实验[4]。1909年，美国设置第一个对比实验流域探讨森林覆被变化对流域产流的影响，并建立水文实验站致力于研究森林水文问题。而这一阶段多数的研究结果表明，森林的开采会导致径流量的增加。
进入20世纪50年代以后，随着“流域模型”概念的提出，人们开始把水循环过程作为一个完整的系统来研究。1970年Onstad和Jamieson[5]首先尝试利用水文模型模拟土地利用变化对径流影响，标志着下垫面变化对水循环影响的研究由萌芽时代开始向起步阶段过渡。此后，土地利用/覆被变化的水循环影响研究由传统的统计分析方法转向基于物理机制的水文模型方法。这一时期，森林植被变化对流域产水量影响的研究达到，并致力于下垫面变化影响径流形成机制的研究，也更加注重对水循环过程的研究。同时，城市化引起的土地利用变化对水循环过程的影响也受到关注，一般采用单位线法对其进行分析。
20世纪90年代初，土地利用/土地覆盖变化（LUCC）被国际地圈生物圈计划（IGBP）与国际全球环境变化人文因素计划（IHDP）作为核心计划之一联合发起以后，迅速引起许多学者的兴趣与关注，特别是与人类活动密切相关的土地利用/土地覆盖变化的水文效应越来越受重视。随着地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）及卫星遥感技术（RS）在水文学中的应用和分布式水文模型的迅速发展，下垫面变化的水循环影响研究进入到一个新的发展阶段，人们开始综合利用以上几种方法研究土地利用/土地覆盖变化的水文效应，如水文模型与统计学方法相结合的方法、模型耦合法、模型对比法等。总结过去100多年来下垫面变化对水循环影响研究所走过的历程，可以将其划分为萌芽阶段、起步阶段和发展阶段（见表1、图1）。
重点萌芽阶段120世纪
初至60
年代11900年，瑞士Emmenal山区的两个小流域对比实验1森林砍伐引起一系列后果（洪水等）1试验流域法1小流域、较小空间尺度1森林的变化（主要是森林砍伐）对森林流域产水量的影响起步阶段120世纪
70年代
至80
年代11970年，Onstad和Jamieson[5]首先尝试利用水文模型模拟土地利用变化对径流影响1注重径流形成机制及水循环过程研究1特征变量时间序列法1空间异质性不大的流域、较长时间尺度1从特征参数的变化趋势上评估土地利用/覆被变化的水文效应
发展阶段120世纪
90年代11992年，土地利用/土地覆盖变化（LUCC）作为核心计划之一被联合发起1变化环境下流域生态水文过程演变的影响机制1水文模型法和综合法1中大尺度流域1对水文效应的变化进行机理性的解释2下垫面变化对流域产汇流影响机制现状研究人类活动改变了下垫面状况、局地气候，从而直接或间接地影响降雨径流关系和产汇流过程。影响水循环过程的土地利用/覆被变化过程，在区域尺度上主要包括植被变化（如毁林和造林、草地开垦等）、农业开发活动（如农田开垦、作物耕种和管理方式等）、城镇化建设等[6]；从全球尺度而言，植被变化是最主要的驱动因素[7]。本文主要从林地、草地、耕地、居工地、景观变化及水土保持等方面阐述不同下垫面变化对流域产汇流过程的影响机制。
2.1毁林造林与草地开垦
森林植被对水量的影响可分为林冠截流、枯枝落叶层截持水、林地土壤水分入渗及贮水、林地蒸发散等方面。森林对产汇流过程的影响是通过影响降水与蒸散发来进行的。一般认为森林具有比其他植被更大的蒸腾量，并且森林冠层与枯落物具有截持损失功能，因此森林减少是流域产水量增加的最主要原因。
Bari等[9]分析了由于土地利用变化引起的年径流变化，结果表明，森林植被蒸散发的增加可导致径流的减少。Naik和Jay[10]对哥伦比亚1879年-1928年的实测径流进行还原后图1下垫面变化对水循环影响的国内外研究对比
Fig.1Comparison of the national and international research progresses of the impacts of underlying surface changes on the hydrological cycle
得到天然径流过程，发现开垦森林造成蒸散发减少，从而导致年径流有所增加。邓慧平等[11]对梭磨河流域的日径流过程模拟表明，随着流域有林地面积和冠层最大截流量的增加，地表径流、地表以下径流、总径流均减少。杨宏伟等[12]探讨了典型流域土地利用变化对地表径流的影响，研究认为林地面积的增加可导致年径流量减少。
在国内，石培礼等[13]对我国森林植被变化水文效应文献的综合分析表明：不同地区森林植被变化对径流的影响幅度相差较大，但在除长江中上游外的其他地区，森林砍伐或火灾会降低林木的蒸散发，增加河川径流。范世香等[14]在长白山森林生态系统定位站森林水文模拟实验室，进行有林地与无林地的地表径流模拟对比实验，得出了森林能减少径流量、调节径流过程的结论。李毅等[1516]通过室内人工降雨试验研究，同样指出植被有增加入渗率、减小径流系数、明显降低径流流速等作用。
但是，森林与水分的关系极其复杂，不同自然地理环境或相同自然地理环境下不同结构类型的森林对大气降水的截留、林内降雨的再分配、地表径流、地下径流以及对蒸发散产生的影响不尽相同，由此而造成了水分大循环、小循环和水量平衡的时空格局与过程的差异[17]。因此，关于森林植被与径流的关系，虽然大多数认为森林的存在会减少年径流量，但是不能一概而论。郝芳华等[18]对黄河下游支流洛河，在其上游卢氏水文站以上流域进行产流模拟表明：森林的存在增加了径流量，降雨量的增大能弱化下垫面对产流量的影响。
草地能在一定的条件下通过改变水分在蒸发、渗透、径流和地下水间的分配，从而影响产汇流过程。草地枯落物通过对降水的吸纳，使地表径流减少，并增加对土壤水的补给。黄明斌等[19]研究发现在郁闭度相同的情况下，自然草地小流域的径流量大于森林小流域，蒸散量小于森林小流域。虽然林地对产汇流过程的影响问题仍存在争议，需进一步研究，但是草地明显有增加入渗率、减少径流量、降低径流流速等作用。
2.2农业开发活动与城镇化建设
理论上，农作物把土壤水和地下水散发到大气中去，既改变了土壤水和地下水的状况，也改变了小气候的状况，从而促进了水循环。开荒、坡地改梯田、扩大灌溉面积以及旱地改水田等农业措施，不同程度地拦蓄和耗用了地面径流，增加地面水下渗机会，使洪水过程平缓。灌溉活动使地下水和土壤水得到大量的补充，土壤水分蒸发显著增加，因此提高了局地降水概率，从而使流域水循环发生改变。
然而，随着社会的快速发展和人口的迅猛增长，农业用地不断得到扩展，同时土地利用的开发强度也不断增加，极大地破坏了土壤结构，促使土壤压实和结皮，从而使入渗速率和土壤蓄水量有所降低[20]。Van der Ploeg等[21]分析Elbe河流域100年来洪水频率，发现农业机械化、土壤集约式耕作导致土壤物理性质的退化是雨季农业用地产生的地表径流增加的主要原因。Costa等[22]对托坎廷斯河流域（面积76.7×104 km2）土地利用变化的水文效应进行了分析，结果表明，农业用地的增加，降低了入渗和蒸发，从而增加了年均流量。谢高地等[23]研究发现泾河流域河川径流量减少的主要原因在于景观结构中农耕地景观比例的增大。总体来说，普遍观点认为：农业开发活动具有增加年径流量和洪峰流量的作用。
城市化中人工陆面的建设改变了城市下垫面性质，不透水的硬化地面增加而植被、土壤减少，从而引起产汇流特性的变化。产流方面由于硬化地面阻碍了雨水的下渗，径流系数增大，地表径流量增加；汇流方面表现为汇流时间缩短，峰量增高，峰值出现时间提前。Kang等[24]的模拟表明，城市化导致洪峰流量增加、洪峰滞时缩短。Bums等[25]对美国纽约市附近Croton河3个试验流域（集水面积约为0.38～0.56 km2，分别代表高度城市化区域、中等城市化区域和未开发区域）的27场雨洪资料进行了分析，结果表明随着城市化的不断发展，洪峰流量不断增加，洪水退水时间将减少。White和Greer[26]探讨了Californa地区城市化的水文效应，认为随着城市化程度的加剧，每日平均和最小流量、旱季径流和洪峰流量都有显著的增加趋势。
许多学者对国内城市化发展迅速的城市也作了大量研究。葛怡等[27]对上海市区的研究表明，城市化大幅增加了径流系数。史培军等[28]对深圳市土地利用变化对城市水文过程影响的研究表明：随着土地利用向着城市化方向发展，最大洪峰流量到来的时间提前，退水时间加快。郑璟等[29]以深圳市布吉河为例，研究了长时期城市土地利用变化对流域水文的影响，认为建设用地的增加导致了流域蒸散发量、土壤水含量和地下径流深度都有不同程度的减少，而地表径流则有大幅增加。
总体而言，城市化导致了截流量和渗透量的下降，蒸发量造成的损失增加，径流发生的速度更快，但不同地区城市化发展的程度不同，表现出的水文效应也有所不同。此外，城市化造成的“热岛效应”和“雨岛效应”，也会增加城市降水，促进蒸散发，进而影响城市径流。
2.3水土保持措施
水土保持措施通过改变微地形、地表覆被和土壤特性等边界条件，影响降水的分配、蒸散发和径流的产生机制，从而影响了流域的水文水资源过程。水土保持措施包括工程措施（如坡面工程中的梯田、反坡梯田、水平阶及鱼鳞坑等及沟道工程中的坝库等）、植被措施（如植树造林及种草等）和水土保持耕作措施等。
一般认为，水土保持措施通过改变下垫面变化，使入渗、蒸散（发）有所增加，而相应地减少河川径流量与洪峰流量。穆兴民[30]等通过建立降水-径流统计模型分析了人工草、林及梯田、淤坝等对流域径流量的变化，得出与之相似的结论。仇亚琴等[31]应用具有物理机制的分布式水文模拟模型（WEPL），模拟了不同下垫面变化情景下的水循环过程，结果发现：水保措施增加了植被的蒸腾量，相应减少了地表径流和地下径流的水平循环分量。总之，水土保持措施不仅增大了植被覆盖度，而且改变了土壤结构，使土壤孔隙率提高，在一定程度上增强了下渗能力和蓄水能力，从而使径流量减小。
2.4土地利用景观格局变化
流域的景观格局变化通过改变地形、地表覆被和土壤特性等边界条件，影响降水的分配、蒸散发，进而影响了流域径流的产生机制。流域土地覆被变化与流域径流量的关系复杂，并非单一的覆被类型变化起主导作用，而是各种变化耦合作用影响了河流径流[32]。
Germer等[33]通过对亚马逊流域中森林和草地进行现场测量及对比分析，研究了土地利用变化对近地表水文过程的影响，结果表明，森林采伐变为草地，会改变径流形成的机制，增加径流量。Lahmer等[34]和Klocking等[35]人则认为：耕地转化为草地、干旱的草场或草甸草地，对于大中尺度流域及其子流域的水文行为均未引起明显变化，原因在于气候温和的自然条件下这几种土地利用模式相似，水文行为只有在多山的河源区才有表现；而干涸的河谷转化为自然湿地，造成蒸散发量的增加会导致流域夏季流量减少。Bewket和Sterk[36]曾对埃塞俄比亚丘陵地带西北部典型流域进行了研究，发现引起河川径流减小的原因是天然植被的破坏、过渡放牧、农田的不断增加、桉树作物的大量种植等。Calder[37]认为将热带湿润常绿林（热带雨林）改变为草地或农田后，由于截留损失减少，径流将大量增加；在年的尺度上，热带雨林将所有的净辐射量转变为蒸发，而任何其它形式的土地利用不可能产生更高的蒸发，因此将雨林改变为其它形式的土地覆被将引起年径流量的增加。
王根绪等[38]以河西走廊中部的马营河流域为例，建立了基于降水和耕地面积两种因素的径流过程统计模拟模型，分析了1967年-2000年土地利用变化对河流径流的影响，结果表明，由于流域土地利用变化，尤其是上游林草地大规模转为耕地，使流域年均径流量减少28.12%，基流量减少3532%。李丽娟等[39]采用了特征变量时间序列法和降水径流模型对陕西大理河流域的土地利用/覆被变化水文效应进行了研究，发现近10年来，耕地和草地面积有所减少，而林地和建设用地面积持续增加；流域年径流和月径流演化过程均表现出明显的下降趋势。综上所述，大流域宏观尺度上的景观格局的变化对产汇流过程的影响比较复杂，是各种景观类型变化相互耦合作用的结果。
3下垫面变化影响水文效应的主要研究方法
3.1对比流域试验
早期的研究大都采用对比流域试验的方法，包括：控制流域法、单独流域法、平行流域法和多数并列流域法等。这些研究存在研究周期长、可对比性差的问题，这是因为寻找两个地理和气象条件完全相同的流域是不可能的，即使是同一个流域前后对比的两个标准期里，各种条件也不相同，而且各项指标测量方法的可靠性以及测量的精度和误差都有可能影响最终的结论[40]。因此对比流域试验只适合集水面积较小的流域（l00 km2以下），不适用于探讨大流域的土地利用/覆被变化的水文效应[41]。对比流域试验的优点是排除了观测期间气候变异所产生的误差，有利于揭示植被-土壤-大气相互作用的机理。
3.2特征变量时间序列
特征变量时间序列法是选择较长时段上反映土地利用/覆被变化水文效应的特征参数（如径流系数、年径流变差系数、径流年内分配不均匀系数、蒸散发等），尽量剔除其他因素的作用，从特征参数的演化趋势上，评估土地利用/覆被变化的水文效应[42]。虽然特征变量时间序列法具有很多优点，但它仅适合下垫面变化比较均匀、降水和土地利用空间差异不大的流域，而且这种方法缺乏机理机制方面的基础，只能对土地利用/覆被变化的水文效应进行简单描述[43]。其缺点是不能将气候变化所产生的径流变化从实测流量系列中分离，从而增加土地利用/覆被变化对水文影响研究的不确定性。
3.3水文模型
自1970年以来，水文模型的发展经历了由经验模型到集总式模型的发展过程，随着GIS和RS的广泛应用，又呈现向分布式水文模型发展的趋势。在水循环的过程中，影响降雨径流形成的气候和下垫面因子均呈现空间分布不均匀性，分布式水文模型能够充分考虑流域下垫面空间分布不均匀性，能有效地模拟人类活动和下垫面因素变化对流域水循环过程的影响，在研究人类活动影响方面具有独特的优越性[44]。
流域生态水文模型是全球变化下流域生态水文响应研究的重要工具，是生态水文研究的前沿和热点。流域生态水文模型一方面要充分描述植被与水文过程相互作用和互为反馈机制，另一方面要精确刻画流域的空间异质性[45]；可以耦合生态过程与水文过程，从机理上认识水文过程，同时，分布式生态水文模型的研制也为尺度转换提供了一个可行的方法。
但是，水文模型的选择依赖于获取资料的详细程度、时间和经费的限制，更重要的是取决于资料的可用性。此外，模型参数和输入数据较多，往往导致模型比较复杂，可能造成模拟结果误差较大[46]。目前，利用水文模型模拟手段研究下垫面变化对流域产汇流的影响，越来越受到国内外学者的关注。Bronstert等[47]采用WASIMETH模型模拟了Rhine河流域不同土地利用类型的降雨径流过程。欧春平等[48]利用SWAT模型定量解析土地利用/覆被变化对蒸发、径流等水循环要素的影响。
由于单一方法的局限性，多种综合方法也更多地应用在下垫面变化影响水文效应的研究中，如水文模型与统计方法相结合、模型耦合法和模型对比法等。万荣荣等[49]利用HECHMS模型，采用历史反演法模拟了不同土地利用情景下对洪水水文要素的影响程度。周瑜佳等[50]应用SWAT和TOPMODEL模型，对赣江流域的源头—梅江流域20年内的植被变化所造成的生态水文响应做出了模拟研究。虽然综合法能够弥补单一方法的不足，较好地模拟出下垫面变化的水文效应，但是其需要的数据资料量大，操作也相对比较复杂。
表2几种流域下垫面变化水文效应研究方法的优缺点比较
Table 2 Comparison of the advantages and disadvantages of
several research methods of the hydrological effects caused by
the underlying surface changes
方法1优点1缺点原型观测1排除了观测期间气候变异所产生的误差，有利于揭示植被-土壤-大气相互作用的机理1研究周期长，可对比性差，较大尺度流域上操作难度大水文统计1剔除其他因素的作用，计算比较容易、操作简单、物理意义明确1缺乏机理机制方面的基础，不能将气候变化所产生的径流变化从实测流量系列中分离水文模拟1比较准确的刻画流域的水文效应，能对水文效应的变化进行机理性的解释1依赖于获取资料的限制，模型参数和输入数据较多，比较复杂生态水文模拟1在不同的时空尺度上揭示不同环境条件下植物与水的相互作用关系1技术不成熟，发展不完善，应用不广泛集成方法1弥补上述几种方法的不足，较好地模拟土地利用/覆被变化的水文效应1需要的数据资料量大，操作相对比较复杂4结论与讨论
下垫面变化对水循环的影响研究始于20世纪初，主要集中在森林与水相互作用的研究。到目前为止，根据其发展历程可以将其划分为萌芽阶段、起步阶段和发展阶段，并会更加注重下垫面变化对水循环影响的过程和机理研究。林地、草地、耕地、居工地以及水保措施主要是通过改变截留、入渗等降水的重新分配过程及蒸散发状况，进而影响产汇流过程。而土地利用景观格局的变化并非是单一的覆被类型变化起主导作用，而是各种变化耦合作用影响了径流。
对于土地利用/覆被变化水文效应研究，早期的流域对比试验法适用于较小流域；特征变量时间序列法适用于下垫面变化比较均匀、降水量和土地利用空间差异不大的流域；基于物理机制的水文模型法能够比较准确的刻画流域的水文效应，能对水文效应的变化进行机理性的解释。其中，流域生态水文模型是生态水文研究的前沿和热点。由于单一方法的局限性，多种综合方法也更多地应用在下垫面变化影响水文效应的研究中。同时，也不能忽视野外原型观测实验在现代水文水资源研究中的重要作用，“原型观测+数值模型”相结合的技术途径可能是一个发展趋势。此外，未来变化环境下，用分布式水文模型来预测下垫面变化对水文水资源效应的影响是一个新的趋势和发展方向。
下垫面变化对水循环的影响已成为国际前沿领域问题。过去一段时期的研究已取得了很大的进展，但同时仍然存在许多问题亟待解决和研究。例如，如何定量化区分气候变化与下垫面变化对水循环的影响；研究尺度、研究区域、研究对象、研究环境及研究方法等条件的差异性，使下垫面变化对水循环影响的研究结论存在不一致性；以及加强GIS、RS等现代技术的结合与基于物理机制的分布式水文模型的应用等。这些都是未来研究的关键问题及研究方向。
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关键词：水库；汛限水位；控制
中图分类号： R123.7文献标识码：A 文章编号：
汛限水位是为预防可能出现的洪水、确保大坝及下游安全、水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位。我国传统的汛限水位是以概率和统计学为基础，采用不考虑预报信息的情况下设定的。
随着人口的增加和社会经济的发展，我国的年用水量不断增加，水资源供需矛盾突显。为了缓解当前的水危机，国家在2003年提出了实现洪水资源化的理念。
调整汛限水位作为实现洪水资源化的重要手段，与水库防洪风险紧密相连，将对经济、政治、社会、环境产生利害双重性的影响。借鉴国外经验，结合我国国情对影响汛限水位调整的因素进行综合分析，有利于在水资源规划方面兼顾当前和长远利益，使有限的水资源更好地为可持续发展服务。
1.水资源开发利用现状
人类水资源开发共经历了传统水利、工程水利和资源水利三个阶段。我国自建国后进入进入工程水利阶段以来采用外延性扩建水利工程的方式增加供水，尽管经济得到发展，却遇到水资源开发利用方式粗放、水资源条件难堪重负的问题。以现行用水方式推算，我国到2030年用水最高峰期将达8，800亿立方米，将超过水资源、水环境承载力极限。强化节水措施、推进资源水利发展在我国势在必行。
我国正处在加速实现现代化的特殊时期，快速的经济发展不仅给资源水利的发展带来了机遇，也带来了挑战。一方面，根据发达国家经验，在2030年完成工业化之前，年需水总量还将逐年递增；另一方面，节水技术的推广是以资金和技术为支撑的循序渐进发展的过程，在经济、技术相对薄弱的情况下式的推行节水，将增加发展成本、动摇经济快速发展的基础。
通过适当的工程、非工程措施，挖掘现有水库的蓄洪潜力体现了资源水利的特点，有利于经济、快捷地缓解当前水资源紧缺状况，有利于为节水技术的发展争取更多的时间和经济支持。
2.汛限水位挖掘的潜力点
2.1防洪标准
水库防洪标准是通过设计洪水数值的大小体现的。我国目前采用的是以高纬度国家苏联为代表的万年一遇洪水和与中低纬度国家美国为代表的可能最大洪水（PMF）两种标准中的最大者，实际上以苏联标准为主，山区和平原大型水库分别采用万年一遇洪水、两千年一遇洪水标准设防。苏联是高纬度国家，年最大洪水多以融雪为主形成，变差系数Cv较小，万年洪水仅为多年平均值的2~5倍。中国纬度较苏联的偏低，暴雨是形成洪水的主因，变差系数Cv较大，万年洪水为多年平均值的6~10倍，北方则高达14~30倍。对中国河流近600年来历次洪水的考证也证实，其中最大值接近于PMF，而PMF一般比万年洪水小10%~30%。一些学者已经对我国在缺水的情况下仍套用苏联经验提出了质疑。
2.2流域下垫面
由于人类活动的影响，流域的下垫面较以前发生了很大改变。
1）直接影响
建国初期所建的大型水库是在全流域范围根据气候和特定的下垫面条件完成水文演算的。此后几十年，水库上游相继建起的一系列蓄水建筑物使流域下垫面条件发生了改变，汇流成洪条件也相应发生了改变。在上游工程防洪标准高于下游水库防洪标准的情况下，洪峰及时段洪量减少，峰现时间延后，水库的防洪风险相应降低。
2）间接影响
人类的生产活动也间接对径流产生影响。一方面，农作物增加了水分蒸腾，降低产流能力；另一方面，人们开采地下水和矿藏为接纳降水腾空了地下库容。我国一些地区由于采煤，地面河流已经连年干涸。海河中西部平原近年该区发生量级200mm的暴雨未发生大的涝灾，而相同量级降雨在20世纪60~70年代将造成相当严重的灾情出现。目前国内有关地下水库的研究较少。
2.3分期汛限水位控制
水库汛限水位的确定与P频率设计洪水及最大出库流量有关。在最大出库流量不变的情况下，在年际尺度上，根据P频率设计洪水可确定出一个固定汛限水位值；在年内尺度上，由于设计洪水只发生于汛期，可认为汛前P频率设计洪水发生率为1，汛末为0，其间逐渐递减，相应的汛限水位可形成由低到高的曲线而水文风险不变。汛限水位动态调控方法不但增加了水库的兴利库容，在汛前将库水位用至汛限水位以下的情况下，还可减小汛期的防汛风险。此外，国家在水库加固中重视扩大泄流能力也是汛限水位调整的有利因素。
2.4天气预报
水文专家庞炳东指出，汛限水位是水库迎接设计洪水，而设计洪水并非每年都出现。过去由于天气预报技术落后，无法对下一步可能发生的洪水进行相对准确的预估，水库运行控制时较为保守，往往为等待设计洪水，失去了蓄水机会。随着天气预报精度的提高，人们可以从物理成因角度去探求洪水成因，而不必把注意力偏重于以概率和统计学为基础的小概率事件上。
3.汛限水位优化的限制因素
对失事水库的调查数据表明，漫坝多发生于没经严格水文规划的小型水库，大型水库发生率极小，渗流、管涌和地震毁坝是造成我国大型水库失事的主因。
我国的水库大多建于20世纪50~70年代，由于施工质量差，工程隐患多，多年来蓄水不足。后来国家对一些水库进行了除险加固，但工情变得更为复杂，工程能否应对汛限水位优化后造成的水位超常规运行还存在不确定因素。汛限水位优化后的主要风险将在于工程隐患及工程管理方面。
4结论
我国大型水库在汛限水位优化方面存在蓄洪潜力挖掘空间，对汛限水位进行优化能增加洪水利用率、缓解当前及今后一段时间的水资源紧张状况，为经济的持续快速发展与节水技术的全面推广争取时间。
水库在创造效益的同时也兼具风险性，在洪水资源化方面的任何努力都必须在保证工程足够安全的前提下进行。在没经安全论证的情况下，现行水库运行模式不能抛弃。
鉴于影响汛限水位优化的因素复杂，建议从多方面开展工作：
（1）科学规划。根据对水文、水资源供需情况的重新调查，特别是根据工程的安全状况的评估进行统筹规划，利用水文遥测系统、天气预报系统和现有成熟水位优化理论，制定出兼顾工程安全和地区用水需求的理论汛限优化水位。
（2）主动管理。除了要对工程安全进行常规监测外，还要在非汛期尝试逐步抬高运行水位，以发现并消除隐患，进一步从物理角度对工程蓄水潜力进行摸底；对水库工程进行抗震模拟实验；建立涵盖降水、需水、工程安全等因子的计算机辅助决策系统，防止出现人为决策失误。
（3）展开工作。联合国土部门利用国家推进城市化的政策构建蓄滞洪区并以此形成土地储备银行。
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论文 关键词：水资源综合规划；防洪安全；防洪规划；水文模型
论文摘要：为了研究城市水资源综合规划中各类涉水规划对防洪的影响，分析了平原河网区城市的洪涝特性及洪涝灾害形成原因，提出了适用于平原河网区城市水资源综合规划的防洪安全校核 计算 方法．以太仓市水资源综合规划防洪安全校核计算为实例，根据该市土地利用特点和下垫面特性，分别建立相应的产汇流模型，计算不同规划条件下的河网洪水位，计算结果可以为制定满足太仓市防洪安全要求的水资源综合规划方案提供依据．
我国的涉水规划主要包括水资源规划、水环境保护规划、水运规划、防洪规划以及水生态和水景观规划等．以前这些规划多数都是单独考虑，或者只考虑其中一部分，尤其是在各个城市的水利规划中，由于涉水管理部门众多，每个部门都制定各自的规划，有些规划之间无法达成一致甚至产生冲突，造成不必要的重复建设，影响城市的长远 发展 。因此，有必要把以上规划综合起来考虑，进行水资源综合规划，系统、 科学 地规划涉水事务，充分反映各涉水部门的需求，实现水资源的高效利用，统筹涉水工程的合理布局，对城市水系进行有序的开发利用，为人与 自然 的和谐共处奠定基础。
水资源综合规划必将涉及对原有河道及水利工程的调整，而这会对城市的防洪安全产生一定的影响，尤其是我国很多城市位于平原河网地区，如太湖流域、珠江三角洲等地区，地势平坦，地面高程较低，有的城市还遭受潮汐、台风或梅雨的影响，外河水位在汛期和期可能高于城市地面高程，极易造成严重的洪涝灾害．因此，必须通过防洪安全校核，对水资源综合规划中的各类工程进行安全模拟，检验这些工程是否满足规划条件下的防洪要求，并提出新规划条件下的防洪除涝方案。
水资源综合规划保障水资源的可持续发展，满足人类社会、 经济 发展对水资源日益增长的需求，而防洪安全校核是水资源综合规划得以实施的安全保障，因此，防洪安全校核在水资源综合规划中的应用研究具有重要的理论意义和实用价值．本文研究了平原河网区城市的产汇流特性及水文计算方法，针对水资源综合规划进行水系调整和水利工程布设，运用城市产汇流理论和河网水动力学相结合的方法，计算不同规划水平年相应防洪标准下的河道洪水位，检验规划工程的安全状况，为防洪措施的制定提供科学依据。
1平原河网区城市产汇流计算
产汇流计算是防洪校核研究的前提和基础，计算精度直接影响防洪校核研究的可靠性，产汇流计算涉及的产汇流分区情况、下垫面分类、设计暴雨计算、产流计算、汇流计算均需与水资源综合规划保持一致性。
1产汇流分区及下垫面分类
平原河网地区地势平坦，河道交错，湖泊池塘众多．随着城市经济的快速发展，大量开发区的建设，下垫面的特性发生了显著变化，不透水面积明显加大．不同的下垫面具有不同的产流 规律 ，因此，根据河网水系分布、地形特点、水利工程布局及洪水特性把研究区划分为不同的产汇流分区，各分区再根据城市的土地利用状况划分为4种不同的下垫面条件，即水面、水田、旱地(包括山丘地和非耕地)和城镇。
1．2暴雨计算
由于形成各次特大暴雨的气象条件不同，而且雨区的地形千差万别，所以特大暴雨的雨量时空分布是多种多样的，并没有一种固定的形式．一般统计当地的历次实测特大暴雨资料是取其平均值，或取其最恶劣的组合情况，作为拟定设计暴雨时空分布的依据。
1．3产流计算
由于平原河网区下垫面由4种不同类型组成，因此，产流计算时需针对不同的下垫面用不同的产流模式进行计算。
对于水面，按水量平衡方程由降雨扣除水面蒸发推求产水量；对于水田，考虑水稻不同生长期的水田需水深度、耗水系数及灌排方式推求灌排水量；对于旱地采用新安江三水源模型进行产流计笺；对于城镇区域则划分为不透水面积和透水面积两部分分别计算产流量，其中不透水面积是从降雨中扣除洼地蓄水及蒸发，剩余部分全部为地表径流，透水面积按新安江模型计算产流量。
1．4汇流计算
坡面汇流计算采用单位线法或推理公式法．河网汇流计算采用明渠非恒定流模型，根据流域河道和水利工程资料，将水系概化成由河网和水域组成的体系．河网由流域内骨干河道和重要连接等组成，是流域输送水流的载体；水域由支流小溪、水塘等水体概化而成，主要起调蓄水量作用．对河网采用节点一河道模型，对成片水域则划分为单元，每个单元仅起蓄水调节作用，不起动力输水作用．引入陆域宽度概念，使河网和水域组成统一的数学模型。
2防洪安全校核在太仓市水资源综合规划中的应用
2．1防洪分区及分区控制要求
太仓市位于江苏省东南部，自2004年起，太仓市开展了水资源综合规划的编制工作，包含水资源、水环境、水景观、水运等规划内容，这些规划所作的近、中、远期工程布局与防洪相互影响，有必要根据水资源综合规划确定的工程总体布局，进行规划工程的防洪安全校核计算，得出近、中、远期规划的河网最高洪水位，以检验规划工程的安全状况，从而保障水资源综合规划的顺利实施。
根据太仓市各地洪涝特性、水利工程状况、地面高程、土地利用条件、防洪要求等要素，将太仓市分为4个防洪分区，每个分区内又划分为4种不同的下垫面条件：水面、水田、旱地(包括山丘地和非耕地)和城镇。
a．圩区：区内地势较低，地面高程在吴淞3．50m左右，主要依靠动力排水，规划要求圩区能抵御外河50年一遇最高洪水位，圩内遭遇20年一遇暴雨时不受涝。
b．半高地：太仓城区和经济开发区均在此区域，地面高程3．5- 4．0m，汛期易受洪涝侵袭．规划要求：遭遇50年一遇洪水时最高水位不超过4．0m；遭遇100年一遇洪水时，太仓城区和经济开发区通过水闸控制能够抵御最高洪水位；遭遇20年一遇暴雨时，太仓城区、经济开发区及其他圩区不受涝。
c．平原区：区内地势平坦，地面高程4．0 -4．5m，汛期暴雨遭遇时排水困难易发生洪涝灾害．规划要求遭遇50年一遇洪水时，杨林塘以南地区最高水位不超过4．0m，杨林塘以北地区最高水位不超过4．5m。
d．沿江区：沿江区是太仓市沿江经济开发带，区内地势较高，地面高程4．5-5．0m，排水能力较强，规划要求遭遇100年一遇洪水时最高水位不超过4．5m。
2．2河网水位计算结果及分析
2．2．1计算结果
根据水文水力模型按洪水归槽计算得出现状及近期、中期、远期规划工程条件下，太仓市50年一遇及100年一遇各典型河道最高水位．南北向与东西向骨干河道交汇节点最高洪水位计算值见表1．
2．2．2结果分析
a．对于50年一遇最高洪水位，按各水利分区地面高程分析，除平原区和沿江区南部浏河沿线附近地区外，大部分地区不能抵御50年一遇的最高洪水位。
b．在近期规划条件下，水系进行了系统调整，骨干河道加以拓宽和衔接，河网的通畅性得到很大提高．规划区50年一遇洪水位比现状工况条件有了较大降低，按各防洪分区地面高程分析，除圩区、半高地区南部地面高程低于50年一遇最高洪水位外，其他大部分地区地面高程均高于50年一遇的最高洪水位。
c．在中期规划条件下，水系调整已经趋于完善，水系通畅性良好，沿江河道和水闸排涝能力较强，与近期工况条件相比，平原区和沿江区50年一遇和100年一遇最高洪水位有了显著降低；而圩区和半高地区受阳澄淀泖区洪水影响比较显著，降低幅度相对较小，地面高程仍不能抵御规划工况条件下的最高洪水位。
d．远期规划仅对水系进行适当调整，与中期工况条件相比，平原区和沿江区最高洪水位略有降低，洪水状况和与中期规划类似．
以上各水平年河网最高水位 计算 结果可以为各分区制定防洪控制措施提供 科学 依据．
关键词：水生态安全;耕地保有量;石羊河流域
中图分类号：F323.213 文献标识码：A 文章编号：1003-4161（2012）01-0105-04
耕地保护是我国的基本国策，加强多方面的耕地保护研究也已经是一种必然。现阶段基于粮食安全的耕地保护研究已经相对成熟，且研究结果的区域可参照性强；而基于生态安全的耕地保有量研究还相对缺乏。水量安全、水质安全、水生态环境安全和与水有关的经济安全为水生态安全主要考察水资源的四个方面［1］。本文从水量安全的角度，根据区域生态、生产、生活用水的需求与供给情况，分析在有限供水条件下，按不同灌溉定额下的耕地保有量，以确保区域水资源的供需平衡，保证区域生态安全和区域发展为原则，依靠水生态安全来确定区域耕地保有量。
一、研究区概况与研究方法
（一）研究区概况
武威市地处甘肃省河西走廊东端，位于东经101°49′～104°16′，北纬36°29′～39°27′之间。从水资源状况来看，全区多年平均自产水资源总量为14.937亿m3，其中黄河流域3.725亿m3，利用率仅9%，大部分流出区境：石羊河流域11.212亿m3，利用率已高达89.6%。根据2005年土地利用更新数据，武威市耕地面积359 563.53hm2。2005年水浇地226 162.8hm2，占耕地总量的62.90%；由于干旱缺水，武威市土地资源得不到充分利用，已利用的农地总体质量较差。一是农用土地比重低，全区农、林、牧总用地仅占辖区面积的49.25%；二是垦殖率低，仅有11.22%，区内仅石羊河流域就有宜农荒地约13. 393万hm2，因无水而难以开垦；三是耕地利用率低，全区耕地保灌面积仅占耕地总面积的59%左右，多年来包括复种面积
在内，全区总播种面积只占总耕地的92%左右；四是林牧业用地质量较差，林地中有林地面积仅39.44%，现有森林维持生态平衡的功能脆弱，草地中干早半干旱和荒漠草场约64.05万hm2，比重高达64.42%，草地的综合生产力水平低下。
（二）研究方法
研究以武威市土地利用总体规划修编前期研究专题为背景，以石羊河流域水危机和生态危机为研究对象，选取2003 年为现状水平年，2010 年和2020 年为规划水平年，根据预测的农业用水量和农田灌溉配水定额计算出武威市基于水生态安全的耕地保有量。具体测算步骤为：
（1） 水资源供给分析。
（2） 水资源需求预测。包括：生活用水预测、工业用水预测、农业用水预测、生态环境用水需水量预测。
（3） 耕地保有量测算。
通过拟定田间节水灌溉模式，拟定各灌溉模式灌溉定额，确定农田灌溉配水定额，根据节水灌溉调整后得到的规划水平年农田配水面积和综合灌溉净定额确定各个县区规划水平年的农业用水量，根据确定的农业用水量和农田灌溉配水定额可计算出基于农田灌溉配水确定的耕地面积。在研究区域耕地类型单一的情况下，即可得到规划水平年基于生态安全的耕地保有量。考虑部分区域耕地资源分布特点和经济发展情况，需要再加上旱地面积来确定规划水平年基于生态安全的耕地保有量。具体计算公式如下：
S为耕地保有量；S1为水浇地耕地保有量；S2为旱地面积；
Q为农业生产用水量；V为农田灌溉配水定额。
二、结果与分析
（一）武威市供水量计算
石羊河流域水资源总量为16.59亿m3，包括地表天然水资源量和与地表水不重复的地下水资源量。其中地表天然水资源量为15.6亿m3， 与地表水不重复的地下水资源量0.99亿m3。
按水系分，西大河水系水资源总量2.02亿m3，其中地表水资源量为1.91亿m3，与地表水不重复的地下水资源量0.11亿m3；六河水系水资源总量14.45亿m3，其中地表水资源量为13.57亿m3， 与地表水不重复的地下水资源量0.88亿m3；大靖河水系水资源总量0.13亿m3，其中地表水资源量为0.13亿m3，与地表水不重复的地下水资源量20万m3。武威市供水量可按石羊河流域水资源总量扣除西大河水系水资源总量后计算［2-4］。
（二）武威市需水量预测
根据分析预测的各水平年社会经济发展指标和需水定额，预测各水平年需水量。
在分别预测农田灌溉需水、生活用水、工业用水、基本生态需水的基础上，可加总得出，不同水平年流域总需水量。
（三）水资源配置
12010水平年流域水资源配置
根据民勤盆地和六河中游的水资源供需平衡结果，综合分析，2010水平年，推荐的田间节水措施，即六河中游户均1座日光温室和1亩大田滴灌，高效节灌面积达到24.73万亩，占中游总配水面积的11.64%；民勤盆地户均1座日光温室和人均1亩大田滴灌，高效节灌面积达到27.46万亩，占民勤盆地总配水面积的48.81%。
规划范围武威金昌两市出库断面可分配水资源量15.31亿m3（包括与地表水不重复的地下水资源量0.99亿m3和浅山区小沟小河可利用资源量0.64亿m3），水资源配置方案为：凉州区7.30亿m3，民勤县2.66亿m3，古浪县0.70亿m3，金昌市4.65亿m3。
此方案下，全流域用水结构（生活∶生态∶工业∶农业）由现状的3.7∶4.5∶5.4∶86.4，调整为4.6∶6.1∶12.0∶77.3，农业用水比例大幅下降，用水效率明显提高；各盆地地下水采补基本平衡。
22020水平年流域水资源配置
在2010水平年治理措施的基础上，为了实现民勤盆地地下水正均衡，使地下水浅埋区（埋深小于3米）范围逐步扩大，需进一步在六河中游的黄羊、古浪、东河、清河灌区进行节水改造，节余水量通过东大河至蔡旗专用输水渠输向民勤。基本实现全流域社会经济与生态环境的可持续发展。
2020水平年水资源配置方案：
规划范围武威金昌两市出库断面可分配水资源量15.31亿m3（包括与地表水不重复的地下水资源量0.99亿m3和浅山区小沟小河可利用资源量0.64亿m3），水资源配置方案为：凉州区7.30亿m3，民勤县2.96亿m3，古浪县0.7亿m3，金昌市4.35亿m3。
此方案下，全流域地下水采补实现正均衡0.94亿m3，其中六河水系中游武威南盆地地下水采补持续保持2010水平年基本平衡状态，下游民勤盆地实现正均衡0.26亿m3；西河水系正均衡0.65亿m3。到2020年，全流域用水结构（生活∶生态∶工业∶农业）由2010年的4.6∶6.1∶12.0∶77.3，调整为6.6∶6.9∶16.4∶70.1，农业用水比例进一步下降，用水结构更趋合理。
（四）流域水量分配方案
根据水资源基本规定和定额指标体系，提出多年平均情况下的流域水资源分配方案，见
在多年平均水量方案的基础上，对不同来水频率（P=90%、P=75%、P=50%、P=25%、P=10%）按照优先顺序进行分配，即：枯水年：按照优先保证生活用水、其次保证重点工业和基本生态用水、剩余水量满足农业和其他用水的配水原则进行分配；丰水年：按照配水优先序不变、水量不再增加、富余水量全部沿河道下泄。
在空间上表2的水量界定的是分配给各县区的净水资源量，在类别上界定的是分配给各行业的净耗水量。各县区各部门的水量总和，即为该县区在来水多年平均状况下的最大的可耗水量。各县区可在此框架下，通过节约、调整、处理、利用等措施，挖潜改造，最大限度地提高水资源对国民经济各部门的满足程度。
（五）灌溉定额
武威市现状灌溉模式主要为常规灌溉，田块大、平整度差，灌溉粗放，用水浪费，此部分灌溉面积约占总面积的92%，高效节水灌溉比例不到1%。
根据石羊河流域的自然条件，通过节灌模式的适应性分析论证，适宜发展的节灌模式主要有：渠灌、管灌、大田滴灌和日光温室等。渠灌就是对斗农渠实施硬化衬砌，田间采用小于0.5亩的小畦灌溉；管灌就是对斗农渠采用管道输水，田间采用小于0.5亩的小畦灌溉。
灌溉定额综合考虑气候、高程、土壤、种植结构等因素［5］，结合灌溉试验资料，对比新疆、甘肃黑河流域等自然条件类似地区的节水灌溉制度以及本流域的灌溉试验资料，分西大河片、六河中游片、六河下游片，拟定各灌溉模式灌溉定额。对应不同的田间节灌模式，按灌溉模式面积比例分片综合出不同水平年的净灌溉定额。详见表3。
（六）基于水生态安全的耕地保有量测算
石羊河流域现状产业结构布局与流域水资源承载力极不匹配。第一产业规模偏大，用水量过多，水资源利用效率和效益不高。为此，必须通过优化农业种植结构，控制农业灌溉规模，加大节水型经济作物种植比例，减少农业用水总量，把挤占的生态用水退出来。加快流域的城镇化建设、产业结构调整和农业内部结构调整步伐，减轻水土资源的承载压力，是流域治理最直接有效的措施［6-10］。
农田灌溉规模调整后，石羊河流域要以粮食自给自足为条件，大面积推广高效节水模式，因地制宜的推进产业化的高效种植业发展之路，其已经不再适宜作为甘肃省的商品粮基地。在种植结构调整方面，六河中游适宜发展以外销为主的日光温室蔬菜基地［11］；对于六河中游井灌区，可以以葡萄酒业为支撑，发展酿酒葡萄基地；依托下游民勤盆地独特的自然地理条件，实施经济作物的规模化种植，可选择棉花、瓜类、盐地药材等，目标是带动武威市逐步走上农业产业化、工业化发展之路。同时，为了确保产业结构调整的顺利实施、地区各类产业的持续发展，政府在高效节灌模式的实施过程中，应当积极做好市场引导、技术指导、水资源管理等各项工作［11］。
以上述确定的农业用水量和农田灌溉配水定额为依据，可计算得出2020年基于农田灌溉配水确定的耕为21.61万hm2。
三、讨论与结论
武威市土地利用总体规划中，确定的耕地保有量目标，2020年，为35.72万hm2，完全保证较高复种指数下的武威粮食的完全自给以及较低复种指数下至少120%的粮食自给。该规划目标与武威市现状耕地面积接近。武威市现状耕地中，水浇地占62.9%，即水浇地面积约为22.05万hm2，与基于水生态安全测算值基本接近，即现状水浇地面积已是水生态安全的临界值。根据测算结果可考虑武威市是否适合作为粮食基地，其耕地保有量测算方法有必要根据区域实际进行更新研究。
石羊河流域位于甘肃省中西部，属于典型的灌溉绿洲农业。但由于绿洲农业被沙漠戈壁包围着，气候恶劣，流域内水资源过度开发利用，绿洲用水供需矛盾非常突出［12］，区域生态系统异常敏感和脆弱。尤其是下游民勤地区生态已十分脆弱，随着人口的持续增加，在50年绿洲气候不明显的情况下，由于人们不合理的开发，导致地下水开采过度，造成绿洲面临退化消亡威胁，严重危及当地居民的生存［13］。传统农业规模一直处于扩张状态才维持了现有人口的温饱生活水平［14］。一方面为确保粮食安全而扩张绿洲农业，人工绿洲不断扩大，另一方面这种传统粗放的农业扩张又会直接导致生态环境的恶化，天然绿洲则不断萎缩，致使石羊河流域农业发展陷入一种恶性循环。因此，耕地保护纳入生态系统是生态保护的必然，也是保持区域水土平衡的需要。
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