地表水文研究及其应用探析

(1)河流水文研究。在近五年来中国河流学的研究中,汤奇诚、熊怡等编著的《中国河流水文》于1998年出版。该书在分析中国河流形成的地理环境基础上,给出了中国河流区划;在总结了近30年来中国河流学研究的基础上,论述了中国不同气候区河流水文特性,尤其对青藏高原河流水文的论述,增进了关于这一地区河流水文的知识。

黄河依然是我国河流研究中最受关注的河流。近年来研究重点是黄河河口延伸与下游纵剖面变化规律的研究(李泽刚等,人民黄河,1997)。此外,对龙门—三门峡河段河漫滩组成物质粒度特征、山东河段糙率、壶口瀑布变迁及水位流量关系变化等方面也做了大量工作。

关于长江的研究,对长江三峡工程建成后的河势变化和南水北调工程对长江口泥沙和水流的影响(陈西庆等,水科学进展,1997)的研究取得新进展。此外,对河流学的一般问题,例如河流断面形态问题,河流垂线流速和含沙量分布规律问题(惠遇甲等,水利学报,1996)也开展了积极研究。

在河流泥沙研究方面,河流平面二维泥沙数学模型(万兆惠等,水科学进展,1997)、非均匀悬移质二维不平衡输沙方程(韩其为等,水利学报,1997)、泥沙数学模型边界条件(曹志先等,水利学报,1997)等方面取得了理论与方法上的进展。在高浓度输沙、异重流(姚鹏等,水利学报,1996)、挟沙水流特征(陈德明等,长江科学院院报,1996)、流域产沙长系列径流泥沙模拟(汤立群等,水利学报,1997)等方面也作了大量工作。齐璞等在黄河水沙变化与下游河道减淤措施方面也提出了重要成果(齐璞等,泥沙研究,1999)。

为了预测黄河小浪底水库建成后黄河下游河道演变和长江三峡水库建成后长江中下游河道演变,推动了关于河道演变的研究。黄河下游河道演变的研究进一步揭示了黄河下游河道基本特征,即断面极为宽浅,纵比降不稳定和河道严重淤积,这些特点与各种来水来沙情况的搭配,是黄河下游河道演变的基本原因(尹学良,水利学报,1998)。关于对这些特点的认识,黄河下游河道平面形态模拟研究和河床演变预测取得了有应用价值的进展(黄金池,水利学报,1999)。

在长江三峡水库不同应用条件下,长江中下游河床演变的研究虽然取得一定进展,但尚没有形成明显的结论。

此外,由于北方水资源严重短缺,使许多北方河流处于断流状态,给河流发育和流域生态环境带来许多不利影响,但这一方面系统且成熟的研究尚不多见。

(2)湖泊与沼泽水文研究。湖泊水文研究。20世纪90年代以前,中国湖泊学研究主要进行了全国湖泊调查和湖泊水文、湖泊物理、湖泊化学及湖盆结构等方面的研究,1998年以来先后出版的《中国湖泊志》、《中国湖泊概论》、《洞庭湖》等专著,全面系统地总结了20世纪90年代以前中国湖泊研究的成果(王苏民等,中国湖泊志,科学出版社,1998;窦鸿射等,洞庭湖,中国科学技术出版社,2000)。

在国际地圈生物圈计划(IGBP)等国际科学推动下,近年来中国积极开展了湖泊与气候变化的研究。这项研究既讨论气候变化对湖泊的影响,也通过湖泊沉积学等重建古气候,进而为研究现代气候提供依据。这一方面代表性的成果有:蔡永立进行的“孢粉-气候对应分析重建上海西部地区8.5ka B.P.以来的气候”(蔡永立等,湖泊科学,2001);王乃昂等进行的“河西走廊东段湖泊旋回及其古气候意义”(王乃昂等,湖泊科学,1999)等。

20世纪90年代以来中国水环境趋向恶化,推动了湖泊水环境的研究。其中,在湖泊富营养化、湖泊水化学、湖水运动与污染扩散等方面取得了较好的科学成果(陈永灿等,密云水库富营养化分析与预测,水利学报,1998;陈凯麒等,水利学报,1999;王惠中等,湖泊科学,2001)湖泊污染预测与防治的研究将会继续成为中国湖泊研究的重要课题之一。

湖泊是气候的产物,其变化作为对气候变化的一种识别,近年来在气候变化研究中受到重视。例如,“鄱阳湖湖口地区4500年来孢粉组合及古气候变迁研究(吴艳宏等,湖泊科学,1997)”、“大布苏湖沉积剖面碳酸盐含量和同位素特征的古气候意义(沈吉,湖泊科学,1997)”等皆是有代表性的成果。中国科学院自然资源综合考察委员会在1997年公布的研究结果表明,青海湖水位近10年来下降4m 是由于西北气候暖干化变化的结果,这是近年中国在气候变化对湖泊影响方面主要的成果。

湖泊水文的研究,在湖泊水流数值模拟方面取得一定进展。“湖泊三维风生流隐式差分模型研究(黄平等,湖泊科学,1997)”、“洪泽湖吞吐流二维数值模型(姜加虎等,湖泊科学,1997)”等是该方面有价值的成果。

湖泊环境和湖泊生物研究是近年来湖泊研究的最大特点。在湖泊环境研究中,关于湖水中物质迁移的研究,例如江苏鬲湖磷迁移过程研究(黄文钰等,湖泊科学,1997),阿哈湖Fe、Mn沉积后再迁移的生物地球化学机理研究(万曦等,湖泊科学,1997)、风对藻类在太湖中迁移影响动力学研究等,均是有代表性的成果。在湖泊生物研究方面,如“浅水湖泊生态系统的多稳态理论及其应用(李文朝,湖泊科学,1997)”、“武汉东海水生植被的恢复试验研究(邱东茹等,武汉植物学研究,1997)”、“富营养化浅水湖泊沉底水生植被的衰退与恢复(邱东茹、吴振斌等,湖泊科学,1997)”是近年来较重要的进展。此外,湿地生态系统的研究重新受到重视。例如香浦、灯心草人工湿地研究(成水平等,湖泊科学,1997)等成果为污水净化找到新的途径。

沼泽水文研究。近五年来,中国在沼泽生物多样性和沼泽保护方面作了卓有成效的研究,在利用沼泽进行古气候研究和湿地污水处理研究方面也作了有意义的探索。

牟长城等研究了长白山森林沼泽交错区的植物多样性。他的研究成果指出,森林沼泽交错区的植物多样性具有沿交错区环境梯度逐渐增高的趋势,发育成熟的交错区群落具有最高的植物多样性,交错区中一些优势物种的种群数是森林中的5倍,从而突显了保护森林沼泽交错区生态环境在保护结构多样性方面的重要作用(牟长城等,生物多样性,1998;应用生态学报,2001)。(www.xing528.com)

杨永兴等研究了若尔盖高原沼泽退化及其原因。他分析了沼泽区生态环境恶化、沼泽退化与人类干扰和自然因素作用的关系,指出人类活动干扰是引起沼泽区生态环境恶化、沼泽退化的主要原因,并提出了对策建议(杨永兴等,山地学报,1999)。

关于沼泽湿地的污水处理功能近年来也有较多的研究并提出了一些有价值的成果。例如,刘振乾等的研究指出,三江平原沼泽生态系统对污水中N 和P的净化能力随时间延长呈指数规律下降。他的研究同时指出,沼泽中植物的种类和数量、泥炭土厚度等都对净化效应有不同的影响,其中毛果苔草系统的净化作用高于其他植物,而毛果苔草不同部分的净化效率也不同。例如毛果苔草对氮(N)的净化效率排序分别为茎叶>泥炭>根系>植落物,而对磷(P)的净化效率排序分别为根系>泥炭>茎叶>植落物。这些研究为沼泽保护和沼泽利用提供了科学的依据。

(3)冰川积雪和冻土研究。中国是世界上山地冰川最发育的国家之一,近年来,在气候变化和西部大开发的推动下,冰川积雪和冻土研究取得了新进展。在冰川测量方面,中国于2000年完成中国冰川编目——根据中国冰川目录11卷21册的统计,中国境内共有冰川46298条,总面积5490km2,冰储量5590km3。这对于西部山区水资源开发利用和冰雪灾害防治有重要意义(刘潮海、施雅凤等,冰川冻土,2000)。

在冰川与气候变化研究方面,以下是具有代表性的研究成果:

康世昌等研究了近200年来珠穆朗玛峰北坡运东绒布冰芯气候记录,他利用一支41m 长的冰芯分析成果重建了珠穆朗玛峰北坡地区近200年来的气候序列,发现其间有5次冷期和5次暖期,且总趋势在变暖中,这与20世纪北半球气候变暖趋势相一致(康世昌等,冰川冻土,2000)。

苏珍、施雅凤研究了小冰期以来中国季风温冰川对全球变暖的响应。中国季风温冰川主要分布在青藏高原东南部,研究表明此类冰川对气候变化的响应极为敏感。研究指出,自小冰期以来温冰川区平均温度升高了0.8℃,冰川面积缩小了30%,预计到2010年沿冰川区温度将上升2.1℃,届时冰川面积将缩小75%,为9900km2 左右,冰川退缩比例在80%以内,这将对该地区资源环境产生重大影响(苏珍、施雅凤,冰川冻土,2000)。

何元庆、姚檀栋等利用玉龙山冰川10m 浅冰芯和78m 冰芯获取的气候环境记录,分析了该地区的气候波动特征(何元庆、姚檀栋等,冰川冻土,2000),丁永建等分析了祁连山中部地区40年来气候变化及其对径流的影响,均取得了有科学意义和实用价值的成果(丁永建等,冰川冻土,2000)。

中国西部大开发的实施将在西部高寒冻土地区兴建许多道路、桥涵等工程,这些工程的地基和建成后的运行安全提出了许多冻土工程问题,从而推动了冻土工程问题研究。例如,大坂山隧道围岩冻融分析等(赖永明等,冰川冻土,2000)是近期有代表性的成果。

中国在该领域的研究涉及冰冻圈与全球变化,冰、雪、冻土的基本性质、过程和控制,寒区工程和减灾、防灾等方面。近年来在以下几方面取得了显著进展。

冰冻圈作为古气候、古环境变化的重要信息库,冰冻圈作为气候变化的灵敏指示器,冰冻圈对气候变化的响应和反馈以及冰冻圈变化对环境的影响等研究,均取得了长足的进展。青藏高原海拔7000m 冰芯的钻取及其意义被列为中国1997年十大科技进展之一。

冰、雪、冻土的基本性质、过程及其控制是寒区科学研究的基础。近年来随着仪器设备的更新,已从静态到动态,从宏观到细观、微观,从现象到本质,上了一个新的台阶。过程的研究也从单一物理力学过程,扩展到化学、生物过程的研究。

寒区工程的研究工作正从纯粹的工程冻土学转向冻土工程研究,走出描述、评价的窄缝,增加工程技术的含量,冰雪灾害的防治研究也已在大量实践的基础上,进入了预报、预测的阶段。

中国高寒山区丰富的降水和大量的冰雪储存及其“高山固体水库”的调节作用是内陆干旱、半干旱区生存和发展的基本保证。在气候变化、经济发展的情况下,干旱区水资源的承载力大小是制约这一地区经济发展的重要因素。因此,干、寒区水资源的研究关系到寒区可持续发展,受到更多的关注。