水文水资源研究的前沿和热点问题.ppt

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1、题目：XXXXXXXXXXXXXXXX学科专业：学科专业：XXXXXXXXX指导教师：指导教师：XXX 教授教授研研 究究 生：生：XXX天津大学XX毕业答辩水文水资源研究发展及前沿和热点问题中国水利水电科学研究院 China Institute of Water Resources&Hydropower Researchxxxxxxxxx2报 告 提 纲国内外水文水资源研究进展我国水文水资源研究前沿和热点问题我国水问题及综合应对中的核心科技主题l 总体研究体系l 前沿和热点问题l“十二五”水文水资源研究关键技术方向l主要水问题及发展新情势l水问题综合应对的主要任务l水问题综合应对的核心科技主

2、题l水文学研究及发展概况l水资源学研究及发展概况l水文水资源研究的总体发展趋势l国际水文水资源研究重点关注领域及关键问题31.1 我国主要水问题及发展新情势我国主要水问题及发展新情势水资源供需形势更趋紧张现状总体用水效率和效益较低，缺水与用水浪费并存点源污染不断增加，非点源污染日渐突出洪涝与干旱发生频率增加，干旱影响及危害凸现突发性水污染事件频繁发生，水生态安全受到威胁水问题叠加和累积影响越来越严重水循环与水资源系统呈现出“自然-人工”二元驱动特征4水资源供需形势更趋紧张近20年来，由于气候变化和人类活动对下垫面条件的影响，我国水资源情势发生了显著变化比较19561979年与19802000年

3、两个时段水文系列，全国平均降水总量变化不大，但北方黄淮海辽4个水资源一级区降水量平均偏少6%，其地表水资源量减小了18%，水资源总量减小了13%在以增温为基本特征全球气候变化影响下，我国“北旱南涝”的降水态势将予维持，水资源需求呈增加趋势，水资源供需形势将更趋紧张1.1 我国主要水问题及发展新情势（我国主要水问题及发展新情势（1 1）5洪涝与干旱发生频率增加，干旱影响及危害凸现以以增增暖暖为为主主要要特特征征的的全全球球气气候候变变化化，大气系统能量增加，水循环速率增加，干旱、洪涝等极值天气过程发生频率越来越大，对国民经济的影响程度越来越深我我国国干干旱旱和和洪洪涝涝危危害害呈呈“双双上上升升

4、”趋趋势势，并并由由年年际际交交替替演演变变为为年年内内交交替替。1990-1999年间和2000-2006年间年均干旱受灾面积较1951-2006年间分别增加了13.5%和17.2%；1991年和1998年我国洪涝受灾面积分别达到2460万公顷和2229万公顷；今年，西南春旱与夏洪同时出现干干旱旱在在我我国国每每年年都都会会发发生生，但但干干旱旱问问题题越越来来越越突突出出。近年来平均23年就会发生一次严重的干旱灾害；1951-2006年我国年均干旱受灾面积为2194.3万公顷，是同期年均雨涝受灾面积的2.25倍。2009年，全国耕地面积受旱达到1826.6万公顷；今年，西南5省面临世纪大旱

5、，5000多万同胞受灾，农作物面积受灾面积近500万公顷 1.1 我国主要水问题及发展新情势（我国主要水问题及发展新情势（2 2）6点源污染不断增加，非点源污染日渐突出全国现状城镇生活和一般工业废污水排放量达740亿m3，是1980年的3倍多。其中海河区、辽河流域和太湖流域现状污径比分别高达50%、38%和44%同期工业废水排放达标率仅为1/3左右，城市的污水处理率仅为34左右，城镇更低改革开放以来，我国农业生产、畜禽养殖、农村生活水平及其居民点，城市数量与规模均有很大的发展，由农田径流、畜禽养殖、农村居民、水土流失和城市径流等形成的非点源污染大幅度增加。以上5类主要非点源污染的COD、氨氮、

6、总氮、总磷的负荷产生量已相当于点源污染物排放量的49倍，其COD、氨氮、总氮、总磷的现状入河比例已分别达41%、41%、68%和65%1.1 我国主要水问题及发展新情势（我国主要水问题及发展新情势（3 3）7突发性水污染事件频繁发生，水生态安全受到威胁从2001年到2004年，全国水污染突发性事故3988起，每年近1000起。2005年水污染事故693起，占环境污染事故的50%。2005年以来松花江、广东北江、四川沱江、太湖蓝藻水华暴发、吉林二甲基苯酚水污染事件等近28起重大水环境污染事故水环境污染造成了巨大的经济损失，据统计2004年因水污染造成的损失为2862.8亿元，占当年GDP的1.7

7、1%自上世纪50年代以来，全国天然湖泊面积萎缩15%左右，天然陆域湿地面积共减少了26%，海河流域天然湖泊湿地面积更是减少了5/6。全国现状水土流失总面积356万km2，超过国土总面积的1/3，因水土流失每年流失土壤达到50亿t1.1 我国主要水问题及发展新情势（我国主要水问题及发展新情势（4 4）8水问题叠加和累积影响越来越严重目前各大流域均出现了不同程度的水危机，其中：西北、海河、辽河流域缺水严重，河流生态系统退化和地下水超采问题极为突出黄河流域水资源总量不足，河道泥沙淤积导致河流生态系统萎缩淮河流域水环境污染问题久治不愈，旱涝灾害并存长江源头生态退化问题不容忽视，中下游太湖地区水体污染十

8、分严重珠江流域中下游地区污染严重，河口咸潮上溯此外，在同一流域或区域，各类水问题并存，叠加和累积影响越来越严重。1.1 我国主要水问题及发展新情势（我国主要水问题及发展新情势（5 5）91.2 我国水问题综合应对的主要任务我国水问题综合应对的主要任务101.3 我国水问题综合应对的核心科技主题（我国水问题综合应对的核心科技主题（1 1）“自然-人工”二元水循环模拟与调控111.3 我国水问题综合应对的核心科技主题（我国水问题综合应对的核心科技主题（2 2）“自然-人工”二元水循环模拟与调控研究范式121.3 我国水问题综合应对的核心科技问题（我国水问题综合应对的核心科技问题（3 3）“自然-人

9、工”二元水循环研究学科地位现代水文水资源集成研究2.1 2.1 水文学水文学发展概况发展概况历史及里程碑事件历史及里程碑事件(1)(1)奠基时期奠基时期(十七世纪十七世纪)发展时期发展时期(十八、十九世纪十八、十九世纪)崛起时期崛起时期(二十世纪二十世纪)主要研究内容1.水力学基础理论2.水文循环机理3.基础水文测量4.基础水文实验1.地表水水文学2.地下水水文学3.水文测量仪器的改进4.河川径流的系统观测5.已有成果的整理总结1.水文循环机理2.水文统计方法3.水文模拟技术4.水文学交叉领域研究方法1.实地观测（测量）2.实验3.简单的定量计算1.实地考察2.水文实验3.公式化描述1.多学科

10、的交叉与渗透2.计算机数值模拟方法3.确定性与随机性相结合4.信息技术的应用里程碑事件1.流速仪问世2.雨量计出现3.水量平衡的提出4.定量观测蒸发5.水文循环的概念1.谢才公式的提出2.伯努利方程的提出3.“全面汇流”的概念4.达西定理5.曼宁公式1.皮尔逊-III型频率曲线2.单位线概念的提出3.DEM提出与应用4.分布式水文模型5.生态水文学6.发现“蒸发悖反”现象发展阶段及其基本特征发展阶段及其基本特征13水文学理论的发展水文学理论的发展应用水文学的发展应用水文学的发展地表水土壤水与地下水下渗蒸发流域水文循环洪水监测及预报流域水文模型与预测农业灌溉生态保护水资源演变19001911 T

11、hiessien1911 Thiessien多边形法多边形法1924 1924 皮尔逊皮尔逊-3-3型曲线型曲线1935 Theis1935 Theis井方程井方程1935 1935 马斯京根法马斯京根法1945 Horton1945 Horton河流定律河流定律1948 Nash1948 Nash汇流模型汇流模型1960 1960 斯坦福模型斯坦福模型1961 1961 水箱模型水箱模型1967 1967 森林水文学森林水文学1968 1968 河道水河道水力演算模型力演算模型1971 1971 萨克拉门托模型萨克拉门托模型1972 1972 地下水模型地下水模型1974 1974 地下水水

12、质模型地下水水质模型1985 SHE1985 SHE模型模型1990s 1990s 陆面过程模型陆面过程模型1970s 1970s 遥感技术应用遥感技术应用1970s 1970s 数字高程模型数字高程模型2000s 2000s 流域生态水文学流域生态水文学19001911 Green-1911 Green-AmptAmpt下渗模型下渗模型1921 Taylor1921 Taylor紊紊流扩散理论流扩散理论1931 Richard1931 Richard方程方程1932 Sherman1932 Sherman单位线单位线1940 Horton1940 Horton入渗曲线入渗曲线1948 Pen

13、man1948 Penman方程方程1955 Jacob1955 Jacob非非稳定流方程稳定流方程1963 Bouchet1963 Bouchet蒸蒸发互补理论发互补理论1969 1969 分布式分布式模型的概念模型的概念1972 Priestley-Taylor1972 Priestley-Taylor蒸发方程蒸发方程1973 1973 水文线水文线性系统理论性系统理论1974 Budyko1974 Budyko水热水热耦合平衡假设耦合平衡假设1975 Dunne1975 Dunne提出地提出地面饱和径流概念面饱和径流概念1978 1978 蓄满产流蓄满产流概念提出概念提出1979 197

14、9 地貌单位地貌单位线概念提出线概念提出里程碑事件里程碑事件2.1 2.1 水文学水文学发展概况发展概况历史及里程碑事件历史及里程碑事件(2)(2)141717世纪以前世纪以前1818世纪到世纪到1919世纪上半叶世纪上半叶2020世纪下半叶至今世纪下半叶至今1919世纪下半叶到世纪下半叶到2020世纪上半叶世纪上半叶以定性观测为主由观测者的经验主导为重大工程、重大灾害服务留存的资料多为比较散碎的描述性文献大量测量仪器出现出现了萌芽状态的水文观测 从观测中发现了水文循环规律第一批有科学意义的观测数据，为科学水文学的产生奠定了基础水文仪器实用化水文测量向业务化发展水文测量主要为水利工程服务工程性

15、大于科学性反思原有观测方法，提出质疑军用技术民用化，带来水文量测技术的“第二次创业”新技术促进了水文科学的发展科学性大于工程性水文测量：各阶段概述水文测量：各阶段概述2.1 2.1 水文学水文学发展概况发展概况关键科技问题历史演变关键科技问题历史演变(1)(1)15常规量测技术常规量测技术新技术的应用新技术的应用未来发展趋势未来发展趋势水位、流量1.水位计2.水尺3.流速仪1.水文自动测报技术数据：1.数据一致性的保持2.面观测取代点观测3.实时观测取代日观测降水1.雨量器2.雪量计1.雷达测雨2.卫星测雨3.多种传感器估测雨量方法：1.测量与计算联系紧密2.参数的反演3.测量与水文模型结合4

16、.数据同化蒸发1.蒸发皿2.蒸发池3.蒸渗仪1.涡度相关法2.大孔径闪烁仪3.遥感蒸发土壤水地下水1.土壤湿度仪2.中子仪3.入渗仪1.同位素测量2.卫星遥感测量理论、模型：1.陆-气耦合模型2.全球水量、能量平衡水文测量：总结及展望水文测量：总结及展望2.1 2.1 水文学水文学发展概况发展概况关键科技问题历史演变关键科技问题历史演变(2)(2)16单项要素实验单项要素实验流域水文实验流域水文实验室内水文实验室内水文实验兴起时间19世纪初19世纪90年代20世纪40年代研究内容1.观察水文现象2.完善水文理论3.总结计算公式1.研究水文过程机理2.人类活动的影响3.水质和生态的研究4.气候变

17、化的影响1.地表水与地下水转换2.水文过程实验3.水文参数测定4.水土保持、环境保护研究方法1.工程实践（观测）2.归纳总结3.简单定量计算1.模型实验2.观测与水文模型结合3.观测与卫星遥感结合1.比尺模型实验2.原型系统实验里程碑事件1.道尔顿蒸发实验2.地表水流实验3.地下水渗透实验4.霍顿下渗实验1.瑞士艾蒙达流域森林水文效应对比研究2.科威塔水文实验站3.中国岔巴沟实验流域4.国际同期观测实验1.坡面出流公式2.室内土柱实验3.坡面降雨径流模型实验4.原型系统实验方法提出水文实验：各阶段概述水文实验：各阶段概述2.1 2.1 水文学水文学发展概况发展概况关键科技问题历史演变关键科技问

18、题历史演变(3)(3)17地表水地表水TEXTTEXTTEXTTEXTTEXTTEXT地表水地下水水质研究气候变化及人类活动对水循环影响洪水作用、频率和影响因素研究水文的尺度特性确保河流的观测精度降雨入渗过程的研究多孔非均匀介质特征的研究气候变化、人口增长对地下水的影响数值模拟污染源的研究污染物质的转化土壤侵蚀过程水质监测和评价环境风险评估水质和气候变化的关系TEXTTEXTTEXTTEXT新技术遥感技术示踪技术水文实验：各学科中水文实验技术的应用水文实验：各学科中水文实验技术的应用2.1 2.1 水文学水文学发展概况发展概况关键科技问题历史演变关键科技问题历史演变(4)(4)18下渗与土壤水

19、运动下渗与土壤水运动蒸发蒸发地下水运动地下水运动分析方法1.实验或原型观测2.数据分析基于水、热平衡、空气动力学等原理的理论推导流体力学方法研究机理1.经验或半经验公式2.土壤水运动方程1.Penman原理2.互补关系理论1.水动力学原理2.含水层结构研究里程碑事件1.Horton入渗实验2.Green-Ampt模型3.入渗过程的物理模拟4.Richards方程5.Philip入渗方程6.Brooks-Corey土壤水特性模型7.任意雨强入渗公式8.入渗概念性模型1.Dalton蒸发定律2.波文比能量平衡法3.空气动力学法4.Penman公式5.P-T蒸发方程6.互补蒸发理论7.SPAC概念的

20、提出8.涡度相关理论9.遥感蒸发模型10.大孔径闪烁仪1.达西定律2.裘皮依公式3.稳定渗流微分方程4.不稳定流微分方程5.Theis井公式6.潜水运动微分方程7.不稳定承压井流的微分方程水文过程研究：分析方法及机理认识水文过程研究：分析方法及机理认识2.1 2.1 水文学水文学发展概况发展概况关键科技问题历史演变关键科技问题历史演变(5)(5)19产流过程产流过程产流过程产流过程汇流过程汇流过程汇流过程汇流过程研究内容降雨转化为净雨的过程净雨汇集到流域出口断面的过程研究方法1.水文测量，模型实验，实验流域2.理论分析，数值方法里程碑事件1.Horton超渗产流理论 2.饱和地面产流机制3.D

21、unne提出蓄满产流概念4.回归流（次生径流）1.圣维南方程建立2.流域单位线提出3.Nash单位线提出4.地貌单位线提出应用1.流域水文模型的建立、流域洪水预报2.城市雨水利用、防洪等研究展望1.空间变异性及非线性问题2.不同尺度产汇流机制问题3.确定性与随机性相结合4.超渗和蓄满产流机制之外是什么？水文过程研究：产汇流基本理论水文过程研究：产汇流基本理论2.1 2.1 水文学水文学发展概况发展概况关键科技问题历史演变关键科技问题历史演变(6)(6)20经验性模型 槽蓄关系 单位线概念性模型 斯坦福模型 新安江模型 水箱模型水文统计方法集总式模型分布式模型综合性模型典型模型发展历程需 求水文

22、模拟：发展历程水文模拟：发展历程2 2.1.1 水文学水文学发展概况发展概况关键科技问题历史演变关键科技问题历史演变(7)(7)21模型假定流域下垫面特征分布均匀流域下垫面特征分布不均匀优点结构简单、实用性强模型参数物理意义明确缺点不能反映真实的流域空间变异性模型复杂、参数多分类标准描述流域下垫面的方法描述流域下垫面的方法集总式模型分布式模型系统性模型系统性模型概念性模型概念性模型物理性模型物理性模型分类标准描述流域水文过程的方法描述流域水文过程的方法研究方法回归分析方法物理概念&经验公式物理定律&流域特性模型特性黑箱模型灰箱模型白箱模型代表模型1.谢曼单位线模型2.线性扰动模型3.非线性系统

23、模型4.神经网络模型1.水箱模型2.斯坦福模型3.萨克拉门托模型4.新安江模型1.SHE模型2.DBSIN模型3.GBHM模型4.SWAT模型水文模拟：分类水文模拟：分类2.1 2.1 水文学水文学发展概况发展概况关键科技问题历史演变关键科技问题历史演变(8)(8)22黑箱模型黑箱模型概念性模型概念性模型分布式模型分布式模型代表性单元模型代表性单元模型（REWREW）水文模拟：水循环认识演变水文模拟：水循环认识演变2 2.1.1 水文学水文学发展概况发展概况关键科技问题历史演变关键科技问题历史演变(9)(9)23水文模型取得突破的可能性数字流域技术、卫星遥感技术l数字高程、流域自动识别和河网编

24、码，基于数字流域的空间变异性识别与描述；提供流域水文模型所需的信息技术支撑水文过程的动力学机理l土壤水动力学l产汇流机理l蒸散发机理新的水文学理论和分析方法l生态最优性假设lTop-down与Bottom-up分析相结合识别模型参数降低模型的自由度理论基础2 2.1.1 水文学水文学发展概况发展概况关键科技问题历史演变关键科技问题历史演变(10)(10)24基本假设研究目标 洪水预报；可能最大降水量估算；蒸发量估算；气候变化条件下的降水和蒸发。推算可能最大洪水；暴雨监视和预测；陆面蒸发量的估算；气候变化对水文循环的影响。存在问题 GCMs预测的不确定性；GCMs的降尺度问题；如何识别人类活动及

25、气候变化对水文循环的影响。水文事件服从特定的概率分布，单个水文事件独立同分布。对水文现象未来可能的长期变化作出概率意义下的定量预估，以满足工程的需要。气候变化和人类活动改变了水文时间序列的一致性；较少考虑水文现象的物理联系。理解土壤对水文过程与流域水文特征的控制机理；水文过程对土壤形成、变化和功能的影响。土壤结构的定量化描述及其对土壤水分和溶质运移的影响；流域系统中土壤过程与水文过程功能模式识别与预测；空间非均匀性与尺度问题；人类活动对土壤与水文过程的影响。在一定的气候和土壤环境下，植被生态系统趋向于最优状态。理解生态系统和水循环系统之间的相互作用机理，建立数学物理描述和模拟模型。生态的最优状

26、态能否达到及其时间尺度；自然生态系统物种构成变化的描述；生物多样性与最优性之间的关系。地表水地表水TEXTTEXTTEXTTEXTTEXTTEXT统计水文学生态水文学气象水文学利用概率论与数理统计学研究分析水文事件，找出水文现象的统计规律。研究生态过程与水循环过程相互作用的机理。应用气象学的原理和方法，研究水文循环和水量平衡中同降水、蒸发有关的问题。TEXTTEXTTEXTTEXT水文土壤学研究土壤-水分之间的交互作用和地形-土壤-水文之间的时间-空间关系。水文交叉学科水文交叉学科2.1 2.1 水文学水文学发展概况发展概况关键科技问题历史演变关键科技问题历史演变(11)(11)2520世纪中

27、期之前：有关水资源的知识和经验常融汇在其他已建立的学科如水文学、水利学中，没有形成专门学科。20世纪中期以来：水资源问题日益突出，人们开始认识到水资源研究的重要性。正是如此，把水资源作为主体进行研究被提上全球的日程，并开展对水资源进行系统调查和评价活动，以作为实现合理开发利用水资源的根据。专门以水资源为对象的研究和实践在很大范围内有了发展和提高，并逐渐形成了与原有的有关水的学科内容有差别并自成体系的水资源学。国内外水资源学的主要研究内容包括水资源评价、水资源价值、水资源配置、水资源调度、水资源管理等。2 2.2.2 水水资源研究发展概况（资源研究发展概况（1 1）272.2 2.2 水水资源研

28、究发展概况（资源研究发展概况（2 2）水资源领域科技论文产出总体趋势（1910-2009年）最早的水资源研究SCI论文始于1910年，之后近80年的时间内水资源领域的研究论文数量有限，20世纪90年代初期水资源领域的研究逐渐活跃。282.2 2.2 水水资源研究发展概况（资源研究发展概况（3 3）水资源领域科技论文产出趋势（1980-2009年）尽管水资源相关的研究在个别年份（1994年，2002年）有减弱的现象，但整体呈现快速上升趋势。292.2 2.2 水水资源研究发展概况（资源研究发展概况（4 4）项目起止年代所用时间第一个6000篇论文1910199990年第二个6000篇论文2000

29、20055.5年第三个6000篇论文200620093年 水资源领域第一个6000篇论文的产生花费了90年的时间；第二个6000篇论文产生经历了5年半的时间；第三个6000篇论文的产生仅用了不到3年的时间。可见与水资源问题相关的研究正在受到前所未有的关注，是当前研究的热点科学领域。哲学方法：哲学方法：由早起的朴素整体论发展为还原论，目前整体论有一定的发展还原论朴素整体论整体论水文过程认知水文现象解释水文循环测量降水产流汇流入渗土壤水地下水界面过程输沙过程化学过程生态过程大气过程地表过程土壤过程地下过程流域水循环2 2.3.3 水文水资源研究方法及发展水文水资源研究方法及发展哲学方法哲学方法思维

30、方法思维方法归纳逻辑归纳-推理演绎逻辑推理-推理类比逻辑比较-推理溯源逻辑溯因-推理非逻辑思维区划：暴雨区划、水文区划；分类：产流分类、河流分类；流域的降雨径流响应函数；Budyko水热耦合平衡假设神经网络、遗传算法 水水文文学学研研究究中中归归纳纳逻逻辑辑运运用用最最为为广广泛泛，演演绎绎逻逻辑辑次次之之，类比逻辑和溯源（假说）逻辑应用较少。类比逻辑和溯源（假说）逻辑应用较少。2 2.3.3 水文水资源研究方法及发展水文水资源研究方法及发展思维方法思维方法描述方法描述方法l系统观测：对水文过程的各要素(水位、雨量、蒸发、泥沙、流速)、长系列、多点观测l水文调查：暴雨调查、洪水调查、枯水与干旱

31、调查、水生态与水环境调查l水文实验：典型流域实验、野外田间实验；l物理模型实验：室内降水产流模拟、河流模型原位试验观测基地2 2.3.3 水文水资源研究方法发展水文水资源研究方法发展描述方法描述方法（1 1）描述方法描述方法l统计与分类：河流分类、水文区划、暴雨区划l分析与综合：单位线l水文统计：频率分析/相关与回归分析/随机水文学l内插与外延：设计洪水、历史洪水、可能最大暴雨与可能最大洪水预测与预报、水文预报l运筹学方法：预报调度、统计调度、多目标优化2 2.3.3 水文水资源研究方法发展水文水资源研究方法发展描述方法（描述方法（2 2）描述方法描述方法l流体力学方法：圣维南方程、流体有限元

32、计算，河流不稳定流计算l数学分析与数值模拟：产流、汇流、下渗、蒸发、土壤水、地下水、污染物运移、泥沙输送模型l数字方法：GIS、RS、数字化2 2.3.3 水文水资源研究方法发展水文水资源研究方法发展描述方法（描述方法（3 3）2.4 2.4 水文水资源研究总体发展趋势水文水资源研究总体发展趋势气候学在将其研究领域拓展到地球五大圈层（大气、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈）后，取得了长足的进步。水文水资源学只有将其研究领域进一步拓展，革新传统方法体系，综合运用多学科方法，才能系统辨识全球变化和人类活动影响下水循环及伴生过程的演变机理，并进行高精度的预测预报，服务于人类的和谐发展；实现传统水文水水资

33、源向现代水文水资源的蜕变。3536大气过程地表过程土壤过程地下过程人工侧支水循环降水蒸发入渗产流汇流补给排泄取水供水用水耗水排水再生处理再生水利用2 2.4.1.4.1 从还原分析向系统集成方向发展（从还原分析向系统集成方向发展（1 1）还原论 整体论 融贯论l要在整体观指导下，将纯粹的分析思维和整体思维有机结合起来，吸收整体论从整体上看问题的长处和还原论深入分析的优点；l水文学研究融贯论的实现主要通过向下和向上尺度化相结合起来；l水文学研究融贯论实现的关键点在于水文循环动力学过程的系统表达。2 2.4.1.4.1 从还原分析向系统集成方向发展（从还原分析向系统集成方向发展（2 2）l归纳推理

34、和演绎推理相结合；l强化逻辑方法中的演绎推理、溯源推理和类比推理等思维方法的应用；l重视非逻辑方法运用；l重视分析-重构方法，研究分项过程耦合方法；l将物理机制认知与本构关系建立相结合；l“假设-建模-验证”思维模式中“证实”和“证伪”；l坚持“认识-实践-再认识-再实践”。2 2.4.1.4.1 从还原分析向系统集成方向发展（从还原分析向系统集成方向发展（3 3）392 2.4.2.4.2 从水文过程分析向水循环及伴生过程整体研究发展从水文过程分析向水循环及伴生过程整体研究发展从传统的单一自然水循环发展为自然-社会二元水循环自然水循环模拟调控发展到二元水循环模拟调控引入社会学和经济学的研究方

35、法水循环水文学水文学方法2 2.4.3.4.3 从局部过程分析向多时空尺度相结合从局部过程分析向多时空尺度相结合（1 1）412 2.4.3.4.3 从局部过程分析向多时空尺度相结合从局部过程分析向多时空尺度相结合（2 2）422 2.4.4.4.4 从现象描述向机理识别发展从现象描述向机理识别发展What?What?Why?How?影响因子、作用强度和作用方式识别下垫面条件人类活动全球变化综合作用分析水文描述机理辨识2 2.4.5.4.5从单学科分析向多学科方法综合应用发展从单学科分析向多学科方法综合应用发展(1)(1)自然系统 自然-社会系统 社会系统自然科学方法(数学、物理、化学和生物科

36、学等）+社会科学方法4344学科领域学科领域研究前沿的数研究前沿的数量（量（A）与水相关的研究前与水相关的研究前沿数量（沿数量（B）B/A（%）与水相关研究前沿所包含与水相关研究前沿所包含的高被引论文数的高被引论文数Environment/Ecology220156.82112Geosciences247135.2658Agricultural Sciences17695.1145Chemistry1098504.55282Engineering642274.21133Plant&Animal Science492132.6434Materials Science45192.0039Compu

37、ter Science32541.2314Mathematics24731.2133Physics57771.2115Pharmacology&Toxicology23120.875Economics&Business14010.716Neuroscience&Behavior32110.319Social Sciences,general36810.271Biology&Biochemistry55810.187Clinical Medicine142010.075与水相关的研究前沿及领域分布表（基于ESI数据）（数据获取时间是2009年7月）从表中可见，有16个传统学科领域的研究涉及到水。

38、其中，与水的关系最为密切的前5个传统学科领域依此为：生态/环境、地球科学、农业科学、化学以及工程。例如，环境/生态领域共有220个研究前沿，其中，与水相关的有15个，占到该领域研究前沿总数的6.82%，这15个研究前沿共包含了112篇高被引论文。2 2.4.5.4.5从单学科分析向多学科方法综合应用发展从单学科分析向多学科方法综合应用发展(2)(2)45基于研究主题的各国之间关联可视化图 水研究涉及到多个研究领域，与材料/化学、材料/工程、食品与水、环境/化学、地质/环境、物理化学、生物/化学等方向的研究相关。2 2.4.5.4.5从单学科分析向多学科方法综合应用发展从单学科分析向多学科方法综

39、合应用发展(3)(3)2 2.4.6.4.6 从传统水文测验向数字水文相结合转变从传统水文测验向数字水文相结合转变46472.4.7 2.4.7 从从“点点”、“面面”监测过渡到多圈层监测过渡到多圈层“立体立体”原型观测原型观测水资源、水安全的风险评价与管理制度和能力建设、经济和社会外部性、道德规范制定气候变化与水资源极端事件、数据不确定性、水文灾害及其对社会的影响可持续水资源与环境管理地下水管理、生态水文学、土地利用变化、水质2.52.5.1.1 IHPIHP国家委员会关注热点问题国家委员会关注热点问题（1 1）与其他全球计划相协调千年发展目标（MDGs），生命之水十年，可持续发展的教育48

40、1996-2001 IHP-V1996-2001 IHP-V脆弱环境中的水文学和水资源发展脆弱环境中的水文学和水资源发展2008-2013 IHP-VII(2008-2013 IHP-VII(建议建议)利益相关利益相关：压力和社会响应下的系统：压力和社会响应下的系统1990-1995 IHP IV1990-1995 IHP IV变化环境中的水文学和水资源可持续发展变化环境中的水文学和水资源可持续发展2002-2007 IHP-VI2002-2007 IHP-VI竞争性用水竞争性用水：风险和社会挑战中的系统：风险和社会挑战中的系统492.5.1 2.5.1 IHPIHP国家委员会关注热点问题国家

41、委员会关注热点问题（2 2）502.5.1 2.5.1 IHPIHP国家委员会关注热点问题国家委员会关注热点问题（3 3）主题1：流域和地下水系统应对全球变化影响全球变化和胁迫系统中水文过程的反馈机制气候变化对水文循环及水资源的影响水文灾害、水文极端事件和与水相关的灾难面向全球变化的地下水系统管理干旱/半干旱区应对全球变化和气候波动的响应主题2:加强水资源的持续管理水管理中的文化、社会和科学响应增强管理能力完善资金筹措战略共有责任的水剖析水和能量关系512.5.1 2.5.1 IHPIHP国家委员会关注热点问题国家委员会关注热点问题（4 4）主题3:面向可持续发展的生态水文学流域过程保护与改善

42、的生态措施采用建筑和生态生物技术，提高生态系统的质量和服务基于风险的环境管理和核算地下水支撑生态系统的识别、分析和评价。主题4:生命支持系统之水面向生命持续发展和缓解贫困的水质保护增加缺水特别是SIDS 的水资源实现可持续的城市水资源管理实现可持续的农村地区水资源管理主题5:面向可持续发展的水教育522.5.1 2.5.1 IHPIHP国家委员会关注热点问题国家委员会关注热点问题（5 5）532.5.2 2.5.2 国际水文水资源关注热点领域（国际水文水资源关注热点领域（1 1）19901992年之间频次最高的研究方向排名（前15名）2007-2009年之间频次最高的研究方向排名（前15名）5

43、4水资源领域研究主题的变迁（前15名）“生态环境”、“水资源管理”以及“地下水”的研究在两个时段均位于前4位之内，受到持续关注。与1990-1992年相比，“综合水资源管理”、“可持续”、“地理信息系统”以及“灌溉”成为2007-2009年新出现在前15位研究主题中。除了“农业”始终是受关注的研究主题外，“模型与模拟”、“水与土壤”排名上升较快，而“废水再利用”和“供水”的排名则下降较多。2.5.2 2.5.2 国际水文水资源关注热点领域（国际水文水资源关注热点领域（2 2）55 对水资源的研究论文数据基于论文产出国家进行统计排序，发现水资源领域的科研活动遍布全球近160多个国家和地区。发文量

44、排名前十的国家和地区为：美国、中国、英国、澳大利亚、德国、加拿大、法国、印度、意大利和南非。2.5.2 2.5.2 国际水文水资源关注热点领域（国际水文水资源关注热点领域（3 3）56 1990年，美国和中国没有水资源相关的研究论文。美国的水资源领域研究从1997年开始进入快速增长时期，并在2008年达到459篇的峰值；中国从2003年开始论文数量快速增加，在2007年达到319篇的峰值；而英国、澳大利亚和德国在水资源领域的论文数量相对美、中两国则增长缓慢。前五国家发文量随年份的变化情况（1990-2009年）2.52.5.2 2 国际水文水资源关注热点领域（国际水文水资源关注热点领域（4 4

45、）57 美国、中国、英国、澳大利亚、德国和加拿大等6个国家的研究有较大的影响，并且研究主题之间亦有较强的关联度。其中，美国同中心区域的其他5个国家都有较强的主题关联，显示美国的研究相对广泛；而中国只相对与美国的研究内容关联程度较大，与其他国家关联较弱；英国、澳大利亚、德国和加拿大等国的研究除与美国关联性强外，彼此也有关联。基于研究主题的各国之间关联可视化图2.5.2 2.5.2 国际水文水资源关注热点领域（国际水文水资源关注热点领域（5 5）58发文量前5位的国家研究方向优先度排名排名美国中国英国澳大利亚德国1生态环境生态环境生态环境生态环境综合水资源管理2水资源管理可持续发展气候变化水资源管

46、理水资源管理3模型模拟水与土壤水文学模型模拟生态环境4供水地理信息系统模型模拟地下水气候变化5气候变化地下水水资源管理灌溉地下水6水与土壤水资源管理地下水水与土壤模型模拟7综合水资源管理黄河供水综合水资源管理地理信息系统8地下水气候变化水与土壤水文学水资源9水文学模型模拟可持续可持续供水10地理信息系统土地利用灌溉干旱可持续 “生态环境”、“模型与模拟”、“可持续”、“地理信息系统”、“地下水”等是各国共同关注的方向。同时，对于新出现的研究方向“综合水资源管理”，各国的关注程度也不尽一致：德国、美国、澳大利亚比较关注该方向，而中国和英国则在前10位的关注方向中没有出现“综合水资源管理”，这反映

47、出不同国家水资源问题的发展阶段和侧重点不同。2.5.2 2.5.2 国际水文水资源关注热点领域（国际水文水资源关注热点领域（6 6）3.1 总体研究体系593.2.1 水循环及伴生过程模拟(2)水循环气-陆耦合模拟缺资料流域水循环多时空尺度模拟流域自然-社会水循环整体模拟流域分布式产沙模拟流域分布式水分-生态耦合模拟流域分布式多源复合水污染模拟流域水循环及伴生过程整体模拟流域水循环及伴生过程多源数据同化水循环过程模拟伴生过程模拟整体模拟与数据同化60水循环的气陆耦合模拟613.2.1 水循环及伴生过程模拟(3)自然水循环+社会水循环623.2.1 水循环及伴生过程模拟(4)633.2.1 水循

48、环及伴生过程模拟(5)天然生态系统演变模拟3.2.1 水循环及伴生过程模拟(5)人工生态系统演变模拟653.2.1 水循环及伴生过程模拟(5)气候-水文-生态耦合模拟水水化化学学过过程程模模拟拟663.2.1 水循环及伴生过程模拟(6)水沙过程模拟水沙过程模拟重力侵蚀3.2.1 水循环及伴生过程模拟(7)整体模拟与多源数据同化整体模拟与多源数据同化683.2.1 水循环及伴生过程模拟(8)3.2.2 水循环演变规律及驱动机制(1)水循环各要素过程（降水、蒸发、土壤水、地下水等）演变规律降水-产流特征变化流域产沙过程的时空分异全球变化和人类活动对水循环演变的定量影响流域污染演化机理（社会水循环与

49、点源排放、天然水循环与面源污染）流域生态演变机理。69703.2.2 水循环演变规律及驱动机制(2)713.2.2 水循环演变规律及驱动机制(3)3.2.3 新一代水资源评价方法(1)广义水资源评价水质水量联合评价水资源利用效率/效益评价水质、水量、效率/效益三位一体评价区域缺水识别。72新一代水资源评价谱系图大气降水大气降水无效降水无效降水广义水资源广义水资源狭义水资源狭义水资源土壤水土壤水生态水生态水经济水经济水生产生产生活生活直接直接间接间接大气水汽通量大气水汽通量空中水资源地表水资源大气降水大气降水无效降水无效降水广义水资源广义水资源狭义水资源狭义水资源土壤水土壤水生态水生态水经济水经

50、济水生产生产生活生活直接直接间接间接大气水汽通量大气水汽通量大气降水大气降水无效降水无效降水广义水资源广义水资源狭义水资源狭义水资源土壤水土壤水生态水生态水经济水经济水生产生产生活生活直接直接间接间接大气水汽通量大气水汽通量空中水资源地表水资源非生产性水分733.2.3 新一代水资源评价方法(2)743.2.3 新一代水资源评价方法(3)753.2.3 新一代水资源评价方法(4)水质水量联合评价763.2.3 新一代水资源评价方法(5)发展约束3.2.4 水生态服务功能及生态需水(1)水生态服务功能评价区域/流域生态目标的科学确定河流、湖泊、湿地、城市、河口生态需水核算流域/区域生态需水整合基