国际水资源研究：热点和难点

(1)水资源研究的水循环问题。从实践的角度来说,水循环存在许多问题,如:干旱半干旱地区的缺水问题如何解决?流域水资源如何调控?空中水资源如何利用?而从学科角度和基础理论角度也可以提出许多问题,但其必须更好地来解决实践中的问题,同时要分析其解决的可行性。

1)水循环的实况。这个问题带有基础性。如果我们不只局限于局部区域,而是从全球看,不搞清楚水循环的实况,那么讨论水循环的变化、趋势,确定全球水是否在加速循环以及人类活动对其影响程度等就没有牢靠的基础。水循环实况是指蒸发、降水、通过陆地河流含水水层流入海洋的水量、大气的水汽含量等时空变化情况。蒸发、降水的时空分布很不均匀。在某一点、某一瞬间的蒸发和降水不过是数学上理想化的量,实际总是一个有限区域和有限时段的值。最先考虑的可以是时间为月、空间为百千米的大尺度范围,即从宏观的角度上掌握全球水循环。

2)区域和时段的降水及其水汽的来源。在地球表面(主要是海洋)蒸发进入大气中的水汽随着气流输送到达到凝结的地方,然后以降水的形式落到地面。反过来,在某地凝结下落的降水的水汽是以前某个时候、某个地方蒸发进入大气的。所以对我国的某个区域、某个时段的降水的水汽的来源的诊断,将揭示出该地水汽来源是逐年变化很大,还是变化很小的?源地的蒸发量与降水量关系怎样?这些问题既有理论意义、也有实用价值。

3)地表状况的改变和人类活动对陆地水文过程的影响程度。对长江流域而言,1998年的降水若发生在1954年会是什么情况?1954年的降水若发生在1998年又会是什么情况呢?对黄河流域不同的植被状况和用水情况导致水文过程(蒸发、流量)的差别怎样?在其他条件都不变的情况下,三峡水库、南水北调工程对水循环变化影响到什么程度?黄河流域的最佳植被状况和工农业、生活用水的最佳调控是怎样的?

4)全球变暖和海平面升高对我国的水循环过程可能引起的变化和如何量化。根据气候模式的预测,全球变暖最显著的表现就是增进了全球的水循环,这将导致全球降水的增加、蒸发的加快、天气和水文环境的恶化等,至于区域的细微情况就不那么清楚了,而且有相当大的不确定性。另外,海平面升高将影响长江口的水文状况,从而成为上海市必须关注的问题。气温升高导致雪线上升、冰川消退,这些都不应只停留在定性描述上。在承认不确定性的前提下,给出在未来50～100年我国水循环可能变化的情境(不只限于一个),应包括在水循环研究计划中。(www.xing528.com)

(2)气候变化对水资源的影响。自1990年起,政府间气候变化工作委员会(IPCC)从以下三个方面对气候变化及其影响进行了科学评估:①评价已有的气候变化科学信息;②评价气候变化产生的环境及社会经济影响;③制定相应对策。委员会于1992年、1996年正式提出其第一次和第二次评价报告。第三次评价报告于2000年提出初稿,于2001年正式提出,其中对水文学和水资源学中的问题虽都提及,但多尚处于定性描述阶段,这是由于关于气候如何变化的问题也还在讨论之中,且用于描述气候活动的大气环流模型(GCMS)多反映大尺度情况,与流域水文和水资源的结合还有许多技术问题需要克服,且当前不同作者提出的大气环流模型在模拟不同区域的气候变化时,所得结果尚有一定差异,很难对某特定地区下比较确切的科学定论,因此需要在今后不断深入研究。

国际地圈生物圈计划的BAHC核心项目,在经过近10年的探索后,归纳并形成了8个关键性课题:地块尺度上的能量、水分和碳元素流研究;地下面过程的作用估计;陆面-大气互动作用的参数化;区域尺度的土地利用-气候互动作用;全球植被-气候互动作用;气候变化和人类活动对在河流系统中流动及输移的影响;山地水文和生态;建立全球资料库。此外,还有两个与其他有关项目交叉的课题:陆地系统统一实验的设计和实施;风险/脆弱性分析和方案制定。这些问题将是在21世纪研究气候变化对水资源影响的主要内容。

(3)环境变化对水文和水资源的影响。联合国教科文组织主持进行的国际水文计划(IHP)的第Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ三期计划中,IHP-Ⅳ(1990～1995)的总题目是:“变化环境中的水文学和水资源开发”,重点对大气、地面和水系统间的界面过程进行了研究,包括对大气-土壤-植被界面上水分、辐射能量和温度通量的观测研究、水分和化学物质在土壤中运动的模拟、植物生理现象与水分及化学物质的关系,以及在单点和流域尺度上的野外调查实例研究等。IHP-V(1996～2001)的主题是:“在脆弱环境中的水文学和水资源开发”,可以看作是IHP-Ⅳ的继续,重点探讨了最容易受气候变化影响的脆弱环境中的问题,包括8个课题,即:①全球水文学和地球化学过程;②地表环境生态水文过程;③地下水资源和风险;④在紧张和冲突中的水资源管理策略;⑤干旱半干旱地区的水资源综合管理;⑥湿润和热带的水文学和水资源管理;⑦城市水资源综合管理;⑧知识技术转让。这两期计划提出了一些基本的科学问题,例如认识到在了解土地-大气界面上的能量流和物质流的交换方面大气物理学、生物物理学和土壤物理学起关键作用,在研制水文模型时必须强调植被的作用,以及参数化和尺度的问题,并且必须加强科学研究,推广应用和教育的相互结合,强调基于环境的统一水资源规划和管理的作用。这些问题虽在上述两期计划中开了头,但仍有许多进一步的研究工作需要通过实践中的要求继续进行。

(4)水的互动作用。伴随社会经济的高速发展,不同用户间的争水,对水资源的管理不善导致供水不足、地下水位下降、内陆湖泊的萎缩、河川流量降到危及生态的程度、因人类活动造成的水污染等现象日益严重,人们逐渐认识到淡水对可持续发展和维持生命的重要性。水除了在水文循环中具有地理的、化学的和生物学的功能外,还有互相关联和相互支撑的社会、经济和环境价值。这就要求对包括水资源的科学和社会问题进行一体化的多学科的研究,即进一步弄清在地表水和地下水间、淡水和咸水间、全球和流域间、水量和水质间、科学和政策间以及水和人类文明间的互动作用。水的互动作用研究表明,不仅环境变化(包括气候变化)会影响水资源的形成、运动和分布,而且水资源的变化又反过来对环境变化产生影响,这种变化是互动的。这些问题的研究无疑将改善水资源的利用和管理,使有限的水资源在可持续的社会和经济发展中发挥最有效的功能,并能在维持水资源的可持续利用中起到一定的作用。为此在21世纪初期国际水文计划提出了第六期计划(IHP-Ⅵ),其主要课题为:①全球变化和水资源;②综合集成的流域动力学;③区域展望;④水与社会;⑤知识、信息和技术转让。IHP-Ⅵ仍是IHP-V 的继续,各课题相互关联,其中课题1、2、3是基本课题,课题4是课题1、2、3的综合,课题5则是上述课题1～4的成果转化。