6.2.1.1 气候变化和高强度人类活动影响下水循环演变机理与评估方法
近年来，以全球变暖为主要特征的气候变化显著影响了长江全流域水循环过程，造成洪水、干旱、旱涝急转等极端事件发生的频率和强度呈显著增加的趋势，引起水资源时空再分布和改变水资源总量，进而影响生态环境与社会经济的发展。伴随人口的增长和经济的快速发展，高强度的人类活动对长江流域水文过程的影响也愈加显著。人类活动引起的植被变化（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）、水域面积变化（如湖泊围垦、修建水库等）、道路建设以及城镇化等土地利用变化引起流域下垫面发生渐进式变化，从而导致长江流域产汇流特性的改变，显著改变了天然状态下的水循环过程，进而影响长江干支流水文水资源的情势变化，并在时间和空间上引起了水文循环要素质和量的变化。由于长江流域人类活动具有形式多、强度大的特点，现有水资源演变机理研究范式和水资源评估方法难以满足变化条件下水资源研究的需要，亟须建立考虑气候变化与复杂人类活动综合影响的水资源研究范式，合理评估长江流域水资源演变情势，对于防灾减灾、水资源可持续利用具有重要价值。研究方向与重点包括以下几个方面：
（1）长江流域不同气候区水循环陆面过程与大气过程相互作用机制
重点研究长江流域不同气候区地表水与土壤水地下水的耦合、水循环陆面过程与大气过程的耦合方法体系；建立反映区域大气、地表水、地下水相互作用包含人类活动影响的大气-陆面-水文双向耦合系统；阐释长江流域不同气候区典型流域水循环演变规律；甄别长江流域不同气候区水循环及生态环境演变的气候学驱动机制。
（2）长江流域极端水文事件演变规律及其驱动机制
重点研究长江流域暴雨、洪水、干旱、风暴潮、旱涝急转等极端水文事件频率与强度变化规律，结合大数据技术、数值模拟技术和统计学方法，甄别变化条件与水文极端事件之间的关联性，诠释气候变化和人类活动双重影响下极端水文事件的演变规律。预估未来不同气候和人类活动组合情景下长江不同气候、地貌区典型流域极端水文事件的演变情势，为适应变化环境的流域防洪抗旱规划设计、灾害评估及风险管理提供科学依据。
（3）高强度人类活动对长江流域水循环演变的影响机理
重点诊断高密度蓄引水工程对长江流域水循环大气分支和陆面分支的影响作用；探究土地利用变化、农业灌溉、城市化、水土保持措施等人类活动对流域产汇流的影响，河道渠化对河道汇流的影响，跨流域调水对调水区和受水区水文过程的影响。
（4）变化环境下长江流域水资源演变机理
检测长江流域水文气象要素时间系列演变特性，甄别土地利用变化、水利工程建设、河道取用水、地下水开采、跨流域调水等人类活动的变化特征。建立考虑流域下垫面的地质、地貌等自然地理特征、典型人类活动影响的机理性分布式流域水文模拟模型，模拟长江流域各分区地表、地下径流过程。探究气候要素、人类活动要素与水资源变化的关联性，揭示长江流域水资源演变的驱动机制，重点研究高强度人类活动对长江流域水资源形成与演化过程的干扰作用机制，分析土地利用变化、河道外取用水、废污水排放和水库调节可能对长江流域水资源演变趋势影响作用，解译河道外取用水影响下干流主要控制站下泄水量的演变趋势和水库调节影响下主要控制站径流量年内分配过程，以及建立未来气候变化与人类活动组合情景，预估长江流域各分区未来水资源演变情势。
（5）变化环境下长江流域水资源评价方法
基于机理性分布式流域水文模拟模型，模拟长江流域地表径流过程和地下径流过程，为变化环境下的水资源评价提供科学基础。建立地表水与地下水联合评价的耦合模型，为定量描述地下水的动态变化规律以及大气降水、地表径流、壤中流和地下径流之间的相互转换关系提供技术手段。以各种水功能区的水质目标要求为依据，建立考虑水质目标要求的水资源评价方法，统筹安排水质目标要求不同的生活、生产、生态和环境用水，为水资源高效利用提供决策依据。基于实时观测的气温、降水、蒸发、径流、地下水位等水文气象资料，建立流域水资源动态评价分析方法，动态评估水资源量以及丰水、枯水态势等。基于流域取水量、抽水量、地下水位、生态系统状况等实时监测资料，建立水资源实时评价方法，实时评价供水量、用水量等，为水资源实时调度决策提供基本依据。
6.2.1.2 长江流域水循环与泥沙、污染物迁移、生态过程耦合机理
地球系统是大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈相互作用的整体。在地球系统中，水是核心要素，它贯穿植物生理生态、泥沙输移、溶质运移、河道生态等多过程中。受气候变化和高强度人类活动的影响，长江流域天然植被和人工植被发生了显著变化，进而影响水循环动力过程。流域径流过程的演变与水土保持措施、大型水利工程兴建等人类活动叠加进而影响长江流域泥沙输移、溶质运移、水生态等过程。以往大多数研究主要关注水循环与单一过程的耦合机理。但是受水动力条件的影响，泥沙、污染物迁移、陆面生态、水生态过程通常相互作用、相互交织，因此亟须将上述过程与水循环过程进行耦合，建立耦合多过程的系统模式，揭示水循环与泥沙、污染物迁移、生态过程相互作用机理。主要研究方向与重点包括以下几个方面。
（1）长江流域河道水沙关系综合研究
识别长江干支流河道水动力特征与含沙量过程之间的物理成因关系，揭示长江干支流河道水沙的演进规律。厘清洪水演进过程中河床的冲淤变化特性，定量分析不同洪水来源、河道边界条件变化等对水沙演进的影响作用。重点研究三峡水库、干支流水库群的径流调蓄作用对下游水沙情势的影响机制。研究水沙模型与分布式水文模型的耦合方法。(www.xing528.com)
（2）长江流域不同输水介质水流物理、化学过程耦合机理
遴选长江流域不同类型水污染的典型区域，开展强化观测，厘清不饱和带、地下含水层、河道水等不同输水介质的水动力条件与主要水质指标时空变化特征的关联性，揭示水流物理过程对溶质运移的影响规律。重点研究三峡水库、干支流水库群的径流调节对库区水化学特征演变的影响机制。研究不同输水介质的水化学模型与分布式水文模型的耦合方法。
（3）长江流域水循环与陆面、河道生态过程的耦合机理
基于地面观测、遥感反演等陆面植被生态过程资料，分析长江流域不同气候区植被动力特征，厘清气候变化对长江流域天然植被和人工植被动力过程的影响机制，探究植被动力过程与水循环要素演变特征的关联性，揭示长江流域径流演变的植被动力学机制。重点研究水库、干支流水库群的径流调蓄作用对库区以上水华事件发生机制以及对鱼类总群的影响机制。研究植被动力模式、河道生态模式与分布式模型的耦合方法。
（4）长江流域多过程耦合系统模式研发
针对大气过程与水循环、泥沙运移、污染物迁移、生态过程等时空尺度不匹配的问题，研究地球系统模式中多过程耦合的降尺度和升尺度方法。发展长江流域生物地球化学模式，包含大气化学过程、陆面化学过程、动态植被过程、泥沙迁移过程、河道水生态过程等模块。研发人文系统模块，动态表征土地利用变化、河道外取用水、废污水排放、水库调节、跨流域调水对长江流域水循环过程的影响作用。耦合物理气候模式、生物地球化学模式、人文系统模式，实现在同一模式框架内进行大气、水循环、泥沙、污染物迁移、生态等多过程的耦合模拟及相互作用机理研究。
6.2.1.3 高寒、城市、滨海等典型区域水文规律
长江流域高寒地区位于青藏高原，生态系统脆弱。近几十年来受全球气候变暖影响，长江高寒区冰川、雪山逐年萎缩，多年冻土上限下移，高寒生态系统遭到严重的破坏，生态系统不断恶化，进而导致河源高寒区天然草地退化，土地沙化严重，水土流失不断加剧，生物多样性降低，长江河源区实测径流量呈显著下降趋势。厘清长江高寒区水循环机理对于保护高寒地区特有的生态环境有重要意义。随着社会经济的快速发展，长江经济带滨江城市的城市化进程不断加快，受城市人口急剧增加、土地利用性质改变、建筑物增多、不透水面积增大、河道治理、排水管网建设、治污排污等综合因素的影响，城市化区域的产汇流条件发生了显著变化，直接影响洪水形成过程，同时，城市化潜在改变了降雨形成机制，间接影响城市洪水过程。近年来，长江“黄金水道”沿岸城市雨洪事件的频率和强度呈现出明显增加的趋势，城市雨洪造成的人员伤亡和社会经济损失规模不断上升。因此，开展长江城市典型区水循环机理与灾害防治技术研究，对城市雨洪合理利用、水环境保护、排水设施建设和其他基础设施建设等均具有重要意义。长江三角洲地区是中国较早发现海水入侵现象的沿海地区之一。土地板结和盐渍化，给沿海地区社会经济发展带来了诸多的不良影响和巨大的危害，气候变化导致海平面上升又进一步加剧海水入侵带来的危害。开展长江三角洲滨海典型区海水入侵规律研究，对于防控海水入侵的危害具有重要的理论意义和科学价值。主要研究内容包括以下几个方面。
（1）长江河源高寒生态脆弱区水循环时空演变规律研究
依据长江河源高寒区水文气象站点资料、再分析资料、雷达降水、卫星影像等多源数据，解译气候、冰川、湖泊、沼泽和冻土特性演变规律。研究适用于长江河源高寒区分布式生态水文模型建模方法，探讨长江河源高寒区三水转换机制、时空分布及演变规律。阐释水循环变化对长江河源高寒区生态系统影响机制。预估温室气体排放情景下长江河源高寒区冰川、雪盖、冻土和径流的变化情势及其对长江流域水安全的影响。
（2）滨江城市典型区域产汇流规律与防洪预警技术研究
基于多源观测数据和数值模拟方法，阐释城市化下垫面对地表产汇流的影响机制，包括改变下垫面属性对地表产汇流特征的直接影响以及城市化引起的降雨空间分布变化对城市水文过程的间接影响，揭示滨江城市化区域产汇流基本规律。重点研究滨江城市区域的防洪标准、汛期限制水位、防洪排涝系统水文设计理论与方法。重点研究城市洪水预报模型的建模方法，研发城市防洪预测预警系统关键技术，为滨江城市防洪减灾提供决策依据。
（3）长江三角洲滨海区域海水入侵演变规律研究
阐释长江三角洲滨海典型区域地表水与地下水的相互作用规律、地下水径流机制以及地下水排泄入海模式。解译气候变化引发的海平面上升对地下水径流机制与排泄入海模型的影响机理，研究海水入侵影响预测评估模型的建模方法，增进对海水入侵规律的认识，预报预测海水入侵的发展趋势，为制定防范海水入侵措施提供科学依据。
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