地球科学进展 第21卷 河研究已经成为国际学术界的一个热点,具有前沿14水资源全要素层次化动态评价方法 性。本项目立项开展研究以来已取得了比较丰富的 在分析水资源内涵及其特征的基础上,提出了 成果,其水平与国外同行业研究水平相比,至少在水水资源评价的三大基本准则,以及基于准则的水资 问题的复杂性和难度上应高于同类研究。黄河水问源的层次化评价口径,从而对不同赋存形态有效水 题的研究,在一定意义上讲,国内的首次研究成果也分在资源层面进行了有效界定与统一。评价方法以 是国际之创新 流域水循环为基础,通过对循环过程中水分有效和 1基础性研究方面的主要进展 无效的判断来评价水分是否具有资源属性,同时依 据与社会经济系统密切程度进行分级评价,进行广 11气候变化与人类活动对径流的影响鉴别 义水资源狭义水资源和国民经济可利用量的界定 水循环的变化受控于自然和人类活动两组向并给出了一套有效的计算方法,其评价结果不仅 量。如何区分两种不同驱动因子的影响,为流域水可以客观体现全部“真实资源量,而且有益于人工 循环调控提供科学依据是当前相关领域硏究的热点调控,是对传统水资源评价方法的革命性发展。 和难点。本研究根据实测资料,综合应用各种技术15黄河河道水污染机理与多泥沙河流水质评价 和方法,定量分析了气候变化和人类活动对黄河流 方法 域水循环变化的影响,得出了一些创新性的认识黄 查明了近半个世纪来黄河水中主要离子组分的 河上游实际来水量减少,主要是气候变化的影响 演化特征(水质浓化趋势—轻度咸趋势)及其与 州以上气候的影响作用占75%;黄河中游人类活动黄河流域灌溉农业发展的关系;论述了黄河下游河 的影响明显加大,约占57%,已大于气候因素的影段水质恶化程度与河道断流频度的关系;研究了径 响。黄河花园口以下,主要是人类活动影响导致年流变化、溶质变化与污染控制的关系;从机理上揭示 径流量的减少,21 了水一沙相互作用对黄河耗氧有机物水质参数 12水资源可再生性概念的提出 (①OD、高锰酸盐指数和BOD)的影响,研究提出了 对水资源可再生性的内涵、基本特征、概念模适应多泥沙河流特点的耗氧有机物污染程度的 型、理论框架等进行了深入细致的探讨,认为水资源BOD监测方法和COD评价方法,填补了黄河水 可再生是由自然再生、社会再生、水质恢复和水量再资源研究中的空白。 生四种类型构成的复杂耦合系统。构建了水资源可16资源水-灾害水ˉ生态水“水裝转化结构及 再生性评价指标体系。对水资源可再生性综合评价 其优化 的理论依据、运用条件和过程,做了较深入的研究 针对水资源在河流系统中的不同服务目标,结 提出了水资源可再生性维持阈值的概念,形成了较合研究区域的实际情况,将水量划分为生态环境水、 完整的水资源可再生性的理论体系母。 资源水和灾害水3个组成部分,提出了水资源转化 13黄河下游功能性断流和河流健康 结构的概念和确定方法,以反映河流系统功能的 提出了以年内断流天数、年最大断流河长和年动态变化。其中资源水包括潜在资源水和消耗资源 总断流河长等指标来综合判定断流严重程度的定量水两个亚组分。计算了黄河下游1950-2001年逐 方法和功能性断流的概念及其量化判定方法。以不年的三类水量,探讨了50多年来黄河下游水资源转 同的时间尺度,详尽地分析了20世纪50年代以来化结构的变化规律,揭示出生态环境水不足是黄河 黄河功能性断流情况,揭示了黄河功能性断流与零下游河流系统功能以及河流健康状况呈现不利变化 流量断流之间的关系,揭示了河流功能性断流的特的重要原因。以优化水资源转化结构为目标,建立 征与机理。同时按流量分级统计的结果,结合功了多目标优化模型,突破了以往水资源优化研究中 能性断流表征因子,构建了反映黄河下游河流健康只进行总量优化的传统做法,并从理论上针对不同 状况的指标。功能性断流概念和研究方法的提出,情景水文年下水资源的优化配置及相应水资源转化 使得黄河断流的硏究能够从维持河流系统健康的角结构的变化规律进行了研究 度出发,科学地考虑河流系统的功能要求,在黄河断17萎缩性河道演变机理和“水大灾斆应 流的认识水平上取得了突破,也使得缓减断流的对 河道萎缩是河道排洪输沙功能衰退的一种河床 策更加切实可行 演变过程,其主要反映是河槽过流能力降低、同流量 下水位不断抬升,形成“小水大灾”等灾害效应。实 91994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net河研究已经成为国际学术界的一个热点 ,具有前沿 性。本项目立项开展研究以来已取得了比较丰富的 成果 ,其水平与国外同行业研究水平相比 ,至少在水 问题的复杂性和难度上应高于同类研究。黄河水问 题的研究 ,在一定意义上讲 ,国内的首次研究成果也 是国际之创新。 1 基础性研究方面的主要进展 1. 1 气候变化与人类活动对径流的影响鉴别 水循环的变化受控于自然和人类活动两组向 量。如何区分两种不同驱动因子的影响 ,为流域水 循环调控提供科学依据是当前相关领域研究的热点 和难点。本研究根据实测资料 ,综合应用各种技术 和方法 ,定量分析了气候变化和人类活动对黄河流 域水循环变化的影响 ,得出了一些创新性的认识 :黄 河上游实际来水量减少 ,主要是气候变化的影响 ,兰 州以上气候的影响作用占 75% ;黄河中游人类活动 的影响明显加大 ,约占 57% ,已大于气候因素的影 响。黄河花园口以下 ,主要是人类活动影响导致年 径流量的减少 [ 1, 2 ]。 1. 2 水资源可再生性概念的提出 对水资源可再生性的内涵、基本特征、概念模 型、理论框架等进行了深入细致的探讨 ,认为水资源 可再生是由自然再生、社会再生、水质恢复和水量再 生四种类型构成的复杂耦合系统。构建了水资源可 再生性评价指标体系。对水资源可再生性综合评价 的理论依据、运用条件和过程 ,做了较深入的研究 , 提出了水资源可再生性维持阈值的概念 ,形成了较 完整的水资源可再生性的理论体系 [ 3 ]。 1. 3 黄河下游功能性断流和河流健康 提出了以年内断流天数、年最大断流河长和年 总断流河长等指标来综合判定断流严重程度的定量 方法和功能性断流的概念及其量化判定方法。以不 同的时间尺度 ,详尽地分析了 20世纪 50年代以来 黄河功能性断流情况 ,揭示了黄河功能性断流与零 流量断流之间的关系 ,揭示了河流功能性断流的特 征与机理 [ 4 ]。同时按流量分级统计的结果 ,结合功 能性断流表征因子 ,构建了反映黄河下游河流健康 状况的指标。功能性断流概念和研究方法的提出 , 使得黄河断流的研究能够从维持河流系统健康的角 度出发 ,科学地考虑河流系统的功能要求 ,在黄河断 流的认识水平上取得了突破 ,也使得缓减断流的对 策更加切实可行。 1. 4 水资源全要素、层次化动态评价方法 在分析水资源内涵及其特征的基础上 ,提出了 水资源评价的三大基本准则 ,以及基于准则的水资 源的层次化评价口径 ,从而对不同赋存形态有效水 分在资源层面进行了有效界定与统一。评价方法以 流域水循环为基础 ,通过对循环过程中水分有效和 无效的判断来评价水分是否具有资源属性 ,同时依 据与社会经济系统密切程度进行分级评价 ,进行广 义水资源、狭义水资源和国民经济可利用量的界定 , 并给出了一套有效的计算方法 [ 5 ] ,其评价结果不仅 可以客观体现全部“真实 ”资源量 ,而且有益于人工 调控 ,是对传统水资源评价方法的革命性发展。 1. 5 黄河河道水污染机理与多泥沙河流水质评价 方法 查明了近半个世纪来黄河水中主要离子组分的 演化特征 (水质浓化趋势 ———轻度咸趋势 )及其与 黄河流域灌溉农业发展的关系 ;论述了黄河下游河 段水质恶化程度与河道断流频度的关系 ;研究了径 流变化、溶质变化与污染控制的关系 ;从机理上揭示 了水 —沙相互作用对黄河耗氧有机物水质参数 (COD、高锰酸盐指数和 BOD )的影响 ,研究提出了 适应多泥沙河流特点的耗氧有机物污染程度的 BOD监测方法和 COD 评价方法 [ 6 ] ,填补了黄河水 资源研究中的空白。 1. 6 资源水 —灾害水 —生态水“三水 ”转化结构及 其优化 针对水资源在河流系统中的不同服务目标 ,结 合研究区域的实际情况 ,将水量划分为生态环境水、 资源水和灾害水 3个组成部分 ,提出了水资源转化 结构的概念和确定方法 [ 7 ] ,以反映河流系统功能的 动态变化。其中资源水包括潜在资源水和消耗资源 水两个亚组分。计算了黄河下游 1950—2001年逐 年的三类水量 ,探讨了 50多年来黄河下游水资源转 化结构的变化规律 ,揭示出生态环境水不足是黄河 下游河流系统功能以及河流健康状况呈现不利变化 的重要原因。以优化水资源转化结构为目标 ,建立 了多目标优化模型 ,突破了以往水资源优化研究中 只进行总量优化的传统做法 ,并从理论上针对不同 情景水文年下水资源的优化配置及相应水资源转化 结构的变化规律进行了研究。 1. 7 萎缩性河道演变机理和“小水大灾 ”效应 河道萎缩是河道排洪输沙功能衰退的一种河床 演变过程 ,其主要反映是河槽过流能力降低、同流量 下水位不断抬升 ,形成“小水大灾 ”等灾害效应。实 299 地球科学进展 第 21卷