综合治水高效用水

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随着人口增长和经济发展，水资源短缺，水旱灾害频繁、生态环境恶化等与水有关的问题和冲突日益突出，传统的以经济发展为中心的水资源开发也正在向以追求人和自然和谐发展为目标的现代水资源综合管理转变。

面对我国在水资源利用中的各种问题，清华大学水文水资源研究所，改革开放以来，先后承担国家科技攻关、国家自然基金、国家“973”、 “863”等国家和省部级项目近百项，逐渐形成了以应用水文学、水资源规划与水战略、灌溉与排水、水生态环境，防洪减灾、数字水利等为主要研究方向的学科体系，并结合国内外学科动态和国民经济重大需求，开展与宏观经济、生态环境信息科学技术和公共政策等学科的交叉研究。其中，该研究所水文水资源方向研究团队，也在干旱半干旱区的流域水循环机理、水资源高效利用机理，以及水资源规划理论与实践等领域取得了突出的成绩。

流域水文循环机理研究

可以说，流域水文循环机理研究是当今水文学最具希望的前沿领域。针对现有的水文分析方法，清华大学水文水资源研究所利用地面观测与卫星遥感相结合、流域宏观规律与微观机理相结合的方法积极探讨和建立这一新的水文学理论。

2004年起，他们开始在山东省位山引黄灌区筹建生态水文综合试验站，并于2005年3月正式开始观测。该试验站采用了国际水一能量观测计划(GEWEX)中的通量观测设备和观测项目，同时还增设了土壤物理、作物生理、地下水监测。另外，还定期和不定期对土壤水分、地下水水质、作物长势等进行强化观测。通过田间直接观测研究地下水一土壤一作物一大气耦合系统中的水热循环机理及田间蒸散发规律；结合田间观测、卫星遥感建立灌溉条件下区域分布式水文模拟模型，分析和评价我国北方大型灌区水资源消耗的时空变化规律。在长期观察的基础上，他们参考我国其他干旱半干旱地区的实地观测与试验，将水文数据分析方法和水动力学理论相结合，在水文学的基础理论方面进行了探讨，从水能量(热)耦合平衡概念出发，统一了关于蒸发的三个假设即Penman假设、Bouchet假设和Budyko假设，一经刊出即获得国际学界的高度评价。此外，他们还重新推导了流域的水热耦合平衡方程，并建立了基于水热耦合平衡假设的流域蒸散发模型，为预测气候变化的区域水循环响应提供了理论依据。

水热循环基础理论研究之外，水沙科学与水利水电工程国家重点实验室还是国内较早开始流域分布式水文模型研究的单位之一，甚至多位成员早在上世纪90年代于国外留学期间就开始对其进行研究。近年来，又陆续推出了GBHM模型、基于代表性单元的分布式水文模型以及散耗性分布式水文模型。

其中，基于地貌特征的分布式水文模型《GBHM》充分考虑了流域的地形地貌特征，以Gls为工具，利用分形理论对分布在不同气候条件的流域进行了地形地貌特征分析。在此基础上，独立提出了一套有别于常用的方形网格和三角形网格的离散单元划分方法，将流域宏观水文特性与水动力学过程结合描述流域水文过程，既提高了计算效率又保证了精度，从而有效地解决了特大流域分布式水文模拟的瓶颈问题。在GBHM模型的基础上，耦合了土壤侵蚀和泥沙输移，污染物的地表径流冲刷及在土壤中的迁移转化等过程，构建了分布式的流域水量水质耦合模型。

他们提出的“基于代表性单元的分布式水文模型”，不仅总结了流域水文本构关系建立的方法，提出了具有较强适应性的基于蒙特卡罗模拟的数值法，构建了适用于一般流域水文模拟的完整的本构关系，与基本方程一起构成的闭合常微分方程组，还采用先进的数值计算方法，大大提高了模型求解的计算效率、稳定性和鲁棒性，已在中国和美国的近10个不同类型的流域进行应用和模型结构与参数的诊断研究。

同样地，“干旱区散耗型水文模型”的提出也是他们不断积累与创新的结果。在对干旱区绿洲水文过程的长期研究之上，他们突破传统的流域概念，根据干旱区绿洲的水文过程以径流的散耗为主的特点，提出了水文模型。该模型描述了干旱区完整的水文过程，包括出山口以上的径流产汇和出山口以下的径流散耗，将流域相应地可划分为径流产汇区和径流散耗区，对干旱区绿洲内水分转化过程建立各种计算方程和转化关系，从而可对整个绿洲的水资源的转化和消耗进行计算和分析，并可为其他地区的水文模拟提供新的思路。四水转化与水资源高效利用机理

“四水”是指大气水、地表水，土壤水和地下水，其转化规律及水热耦合迁移和转化机理是SPAC(土壤植物一大气连续体)研究中的重点，是农田水循环研究的基础。

上世纪80年代初，当时的水文教研组就开始了土壤水领域的研究，在土壤水分运动机理、土壤水分运动参数测定，植被蒸发蒸腾原理、降雨入渗机制等方面取得了一系列研究成果，他们编著出版的《土壤水动力学》已是国内该领域的权威著作。建立新疆叶尔羌灌区地下水和土壤水，盐观测基地在国内较早地开展了SPAC相关研究，形成了SPAC机理、模型与应用的一系列成果。微观机理方面，包括陆面蒸发和腾发的机理、饱和一非饱和土壤中的水分运动机理、田间土壤一植物一大气系统中水热的耦合运移机理、伴随水循环的作物生态过程机理。宏观区域水循环方面，他们又应用“3S”技术将微观(田间)水循环机理应用到灌区或区域，用以研究区域水资源消耗，特别是蒸散发的时空变化规律并评价农业节水潜力。

由于长期在新疆塔里木河流域开展四水转化与水资源高效利用研究，他们提出干旱区绿洲四水转化模型，并进一步提出了以耗水平衡为基础的干旱半干旱地区水资源高效利用理论，为新疆叶尔羌、山东位山、宁夏青铜峡等大型灌区的节水改造及水资源的合理高效利用提供支撑，为干旱区水土资源的可持续利用提供了理论支撑。此外，结合遥感技术的发展，他们还开发了遥感腾发模型PT-VITT，为大尺度非均匀区域的腾发研究提供了新途径。

水资源规划理论与实践

在不断的探索中，他们逐渐寻找出水资源研究的突破口，将研究重点从水资源系统本身的规律，扩展到对水资源系统与社会经济系统及生态环境系统的耦合问题的研究，研究尺度也从单个水利工程向覆盖全流域和相关区域的范围发展，研究成果主要集中在流域尺度的宏观经济水资源理论，面向生态环境的宏观经济水资源合理配置理论与方法上。

针对流域生态用水管理与调度评估关键技术，他们结合塔里木河流域生态用水问题，建立了干流地表水、地下水、土壤水监测系统，取得了系统的监测资料建立了干流上中游，干流下游水均衡模型，测算了不同根系深度、不同地下水埋深对应的潜水蒸发量，确定了自然植被的年耗水量，计算了塔里木河干流生态需水量。一系列成果在干流下游水资源配置和工程规划以及应急输水的效果评估等工作中发挥了重要价值。

针对水权理论框架和实施关键技术，以及基于水权的水资源管理理论与方法的研究，他们在全国水资源综合规划，石羊河流域近期综合治理、中澳水权项目、中日水权项目中

得到体现，提出了我国初始水权分配的理论、原则和模型方法。相关成果已成功应用于石羊河流域综合治理规划中，该规划于2007年12月国务院正式批准实施。

针对流域人与自然用水冲突协调关键技术，他们又提出了以耗水为中心的，社会经济发展与自然生态保护相协调的，干旱区绿洲水资源配置规划的思路和方法，应用于叶尔羌河流域规划修编及水资源合理配置研究，提出干旱区社会经济用水比例，适宜灌溉面积，合理地下水位，自然生活耗水量等指标，为干旱半干旱区水资源高效利用以及人与自然用水冲突协调提供了理论支撑。

而针对干旱半干旱地区的地面地下水联合调度关键技术，他们在大比例尺水文地质条件勘查、流域地下水监测网络、大型水均衡试验场等试验观测的基础上，建立了基于Gls平台的灌区地表水一土壤水一地下水，溶质垂向运移与二维水平扩散耦合的模型体系，运用数量化理论进行了区域水文地质参数的评估，应用于疏勒河流域的水土资源综合规划，对世行项目规划的移民方案提出了重要的修正意见并得到采纳。

流域水量统一调度

不唯如此，在水沙科学与水利水电工程国家重点实验室平台上，他们整合水文水资源的研究成果并应用于流域水量统一调度。以黄河流域和塔里木河流域水量统一调度工作为背景，他们提出了系统流域水量调控的理论方法和模型体系，建立适用于流域水量统一调度的管理系统和情景模拟平台，应用于两个流域的水量统一调度实际工作中，对防止河道断流和提高水量统一调度的科学性具有重要作用。在理论方法层面，提出了水量统一调度的两个理论基础，即水流演进与水量调控机理和水资源与社会经济系统耦合作用机理；在模型层面，提出了流域水量调控的自适应模型和基于复杂适应系统理论的整体优化模型；在应用层面，更是开发了黄河流域水量调度决策支持系统和塔里木河流域水量调度决策支持系统，并投入使用。

理论方法与模型暂且不论，仅是应用层面的工作就大大值得称道。经过反复的实践，他们将现行水量调度方法方案编制由原来的人工计算变为计算机控制，而且应用自适应理论和基于复杂适应理论的水资源优化配置理论，建立了水量自适应分配模型和优化调度模型，克服了以往调度中存在的多项缺点，不仅能根据国务院分水指标，实时跟踪动态目标，快速精确地将水量分配给各用水单位，也能对全流域年水量调度分配指标进行优化，并通过三维仿真对调度方案进行模拟仿真。应用实践表明，所建立的模型系统，克服了实际调度中存在的关键技术难题，增强了水量统一调度的科学性和预见性，提高方案编制的效率和调度精度，为黄河和塔里木河流域水量统一，科学调度提供了操作平台和决策环境。两个流域水量调度系统的建立，产生了巨大的经济效益和社会效益。

桩桩件件，不一而足，在水文水资源研究所师生的共同努力下，该研究所在水文学方向上先后荣获多项国家级、省部级科技奖励；编写出版了一批优秀的科研成果专著，在国内外著名学术期刊发表了大量具有影响力的学术论文。

然而在水文水资源研究所师生们的心底，最重要的位置永远都是留给“治水”。水利是国家发展的一个支柱，“人与自然，并不是谁一定要战胜谁，和谐发展才是关键。治水是一项很复杂的系统工程，极具挑战性。在自然界，水往低处流；在市场机制下，水需要往财富的高处流，面对社会，水又应该公平地流向大众。治水需要自然科学、工程科学，社会科学、经济学和法学等多学科的知识和智慧。“水利又是他们毕生以求的一门学问，”水利科学的发展需要长期的基础积累，也需要面对实际问题踏踏实实地工作。这个‘工作’不是闭门造车，那种。秀才不出门全知天下事。的观点在水利上是不对的。不去现场观察，就没有第一手的资料和数据，想象中的状态和现实其实有着很大的差距。现代人只知道大禹治水的成功，知道成功修建了都江堰的李冰父子，但你无法想象多少代人的努力才能累积出他们的成功。”

“踏实”、“积累”，是水文水资源研究所几代人不断重复强调的两个词汇。在他们冷静沉着的话语中，能够窥见的是怀抱家国天下的心胸与情怀，而他们中的每一个人，都是这条道路上一个勤恳前行的“治水者”。