华北地区水循环与水资源安全----问题与挑战(1)(3)

3.华北水资源研究的几点反思

尽管华北水资源已经有了相当的工作，但是目前华北缺水问题还没有真正解决，水生态环境问题愈来愈严重。究其原因，除了华北地区社会经济增长、人口压力大和环境发生了新的变化之外，有许多水循环与生态环境交叉的关键性基础科学问题研究不够。国家在解决华北缺水和遏制严重的生态环境退化措施和对策方面，迫切需要深层次的基础研究的科学依据。这些问题不得不引起人们的反思。

目前，华北水资源研究亟待解决的关键问题有[16-32]：

3.1华北山区来水减少的成因问题

近30年华北山区来水及水资源量严重衰减，其变化究竟是气候影响还是人类活动所为？华北山区人类活动用（耗）水究竟是个什么情况？山区土地利用/覆被变化与流域水循环有什么影响关系？山区业已修建大量的水利工程和水保工程，它们究竟在山区来水大量减少的变化过程中起到什么样的角色？如何认识它们的作用和水源地保护的关系？这些问题过去研究较少，其中内在的原因和机制不太清楚。

3.2华北城市化地区水循环与地下水大漏斗问题

以人类活动为主要特征的华北城市化水循环机理研究十分薄弱，严重滞后城市化经济发展、人口流动面临的集中供水、水污染、地下水大漏斗等带来的城市生态环境问题。华北地区的地下水大漏斗主要集中在城市，这无不与城市持续性超采的用水特性有关。但是，浅层地下水与深层地下水的可再生能力有很大的不同。如何认识城市地区浅层与深层地下水的变化机制？如何认识城市集中供水、补水和浅层与深层地下水的水量水质变化以及它们之间的相互作用关系？如何合理修复城市化地区深层地下水漏斗、防止地下水污染? 等是急需研究的问题。

3.3平原农业区大埋深条件下“土壤水-地下水”作用机理

相比80年代，目前华北平原农业区处在与过去不同的大埋深地下水条件，土壤层水资源的作用更加突出。但是，大埋深条件下的“土壤水-地下水”作用机理以及地下水参数的变化问题研究还比较欠缺，直接影响农业节水和水资源评价的基础问题。

3.4 对华北地区水生态环境演变过程认识不足

人类活动包括60年代在海河流域建设的大型水利工程对华北持续干旱面临的水生态环境退化过程究竟起到什么样的作用？如何看待防洪、缺水和生态环境保护的矛盾与统一的对策措施问题，存在相当大的争议。

3.5 缺乏社会经济转型过程中的“生活-生产-生态用水”规律研究，尤其生态需水研究比较薄弱

关键问题是：华北地区现状条件相适宜的节水型“生活-生产-生态用水”应该是什么样的结构与布局？在社会经济转型过程中华北地区的“生活-生产-生态”的用（耗）水会将发生什么的变化？如何估算华北地区的“生活-生产-生态”的用（耗）水，尤其是华北地区生态需水问题？

3.6 华北地区生态环境变化的多维调控阈值与修复目标是个新的问题

华北缺水及其联系的生态环境恶化已是现实。如何从可持续发展的高度和与水相关的生态景观过程与格局，确定有利于地下水补给、控制地面沉降、防止海水入侵的地下水位、河道生态需水等多维调控阈值？如何确定适当的生态修复目标？是过去没有研究的问题。

3.7 缺乏定量描述人类活动高强度作用下的流域水循环模型及综合集成系统

在考虑人类活动影响的流域水循环方面，陈家琦最先提出“人工侧支水循环”问题（陈家琦，1986），后来王浩提出“自然-人工”水循环二元模式的概念。但是，到目前为止，描述人类活动高强度作用下流域分布式模型研制，仍然是一个空白。在解决区域缺水与修复生态环境的决策支持问题方面，也缺乏将水循环变化和水生态环境演化耦合的综合集成仿真系统。

3.8 针对南水北调工程实施后如何合理调配“地表水-地下水-外调水”的问题，其科学基础研究有待进一步加强。

由于供水系统是由当地的地表水、地下水和外调水以及处理的回用污水等多水源组成，在地表水调节水库不足情况下，如何合理调配各种资源，充分发挥多种水源的综合效益，是迫切需要研究的难题。其科学问题的难点是：解决华北缺水以及生态环境修复决策中合理调配的科学依据和准则是什么？如何将自然科学问题与社会科学问题统一到区域可持续发展层面，提出华北地区经济结构调整等重大决策的支持？

4. 问题与挑战

从华北地区水资源安全问题的国家需求的水循环基础科学问题看，最为突出的挑战有下列几个方面：

4.1 流域水循环及生态环境变化中的人为影响因素的确定与量化方法

华北地区人口密度大，社会经济发达。1980年以来华北地区的流域产流和地下水补给条件发生了明显变化，导致了华北山区径流明显减少、城市化地区地下水大漏斗问题严重、区域水资源评价还原估算等困难。这些变化的原因是什么？如何识别流域水循环中人工侧支水循环的贡献，科学估算水资源量？如何量化华北地区水生态环境变化中的人类活动的贡献，剖析近五十年海河流域生态环境的演变过程？是揭示海河流域生态环境恶化根本原因的关键。

4.2 华北地区社会经济转型中的用水规律

由于华北地区特殊的地位和水资源限制矛盾，其用水结构正在不断发生变化。在经济全球化进程中华北地区经济结构将面临重组与优势产业发展模式新的格局挑战。因此，社会经济转型过程中华北地区的“生活-生产-生态”的用水变化规律尤其是生态需水量估算，成为关键的科学问题。这需要借鉴国外发达国家和发展中国家经验，开展经济学、地理学、生态学与水资源的交叉研究。

4.3 流域水循环与生态环境变化的耦合机理

华北地区缺水问题与目前生态环境恶化有直接的关系，涉及到地理、水文、社会经济多个方面。如何将高强度人类活动影响的流域水循环变化过程与所制约的水生态环境变化过程实质地联系？它们的耦合机制是什么？如何建立高强度人类活动影响下的流域水文-生态模型，定量复演变化环境中的流域水循环过程以及水文-生态变化过程？是拟解决的关键问题。

4.4 可持续发展与地区经济结构调整的“节水-调水-用水”效益配置

南水北调工程实施后，如何合理调配各种资源，充分发挥多种水源的综合效益，是问题的关键。目前，在多水源如何配置的效益评价问题上有相当多的争议。焦点是：如何确定华北地区未来的经济系统在生态系统中的地位？如何协调华北地区缺水背景下，社会经济发展和修复生态环境之间的用水矛盾问题？如何通过华北地区用水大户的农业经济结构的调整提高农业用水的效益？因此，从可持续发展基本准则出发，在前面四个关键问题（流域水循环、生态演化、社会经济用水以及它们综合集成的系统规律）基础上，进一步研究华北地区未来经济结构调整的“节水-调水-用水”配置的综合效益，是解决国家需求应用问题的关键。

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