应用领域和技术原理

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1、简要技术说明及主要技术性能指标1、应用领域和技术原理(1)应用领域:水资源管理、环境保护。(2)技术原理:以多源原型观测信息为基础,辅以相关实验与试验,通过专业系统分析实现不同尺度规律和演变机理的科学认知;通过流域二元水循环内涵研究和自然要素/人工干扰驱动力的分离耦合,形成现代环境下的二元水循环理论框架;基于二元水循环理论与模拟技术、模型方法的创新,提出二元水循环模式及其模型系统;通过典型区实例应用,响应国家实践需求。2、性能指标(1)首次系统阐释了海河流域二元水循环的演变历程;原创性地提出了流域二元水循环的科学内涵

2、;创建了地下水功能评价理论;建立了区域目标ET的理论及其计算方法;提出了海陆、流域、城市、农业等五类二元水循环相关模式;系统开展了土壤水、地下水等方面的一系列原型观测试验,在数据、成果和实验方法上对流域水循环研究做出了重要贡献。(2)在研究过程中,共发表论文109篇,其中SCI检索18篇,EI检索26篇,出版专著4部。国际特邀报告9次,其中合作承办EGU(欧洲地学联盟)分会场1次,国内特邀报告4次。(3)人才培养情况:累计有2名研究人员晋升教授(研究员),5名研究人员晋升副高级职称,3名研究人员晋升中级职称。课题累计

3、培养博士后3名,博士生19名,硕士生26名。此外,还为中组部培养西部之光学者6人,其中前5人已完成培养,返回单位后均担任要职。1内容简介1、任务来源缺水、水污染和水生态退化等三大水问题是影响国家资源与环境安全的主要制约因素,全国十一个一级流域中海河流域最为严重和典型。三大问题之间存在密切的内在联系,相互作用与影响的统一基础是流域水循环,科学问题是高强度人类活动干扰下的流域水循环与水资源演变的内在机理及其规律。2006年经科技部批准,本课题作为国家重点基础研究(973)发展规划项目《海河流域水循环演变机理与水资源高效利

4、用》的第1课题予以立项并开展研究,本次申请鉴定成果即为该课题的核心技术。2、与国内外同类技术比较随着人类活动影响的加剧,变化环境下的流域水循环与水资源可持续利用已成为现代水文水资源与地球科学研究的核心命题和前沿领域。从国际整体研究现状来看,经过水文科学长期的发展,天然状态下的自然水循环的要素、过程与系统研究比较系统成熟,而人类活动对于水文循环和水资源形成与演化过程的干扰,尽管已引起了广泛的关注、成为现代水文科学和水资源科学的前沿领域,但人类活动对于流域水循环系统的作用机制和水资源演变机理研究,以及天然水循环与社会水循

5、环的耦合研究仍处于起步阶段,基础理论与模型方法体系尚未真正形成。在国内,变化环境下的水循环和水资源演变基础研究尽管起步稍晚,但近年来引起学术界的广泛重视,国家和地方部门在相关的科研计划中也设置了一些与此相关的研究项目。如“七五”期间国家科技部设立专项研究流域“大气水-地表水-土壤水-地下水”转化规律,2004年完成的国家973项目“黄河流域水资源演变规律与可再生性维持机理”,中国科学院知识创新项目“华北水循环与水资源安全”等,但强烈人类活动影响下的流域水循环与水资源演变基础理论仍处于初始探索阶段。本课题以高强度人类活

6、动干扰下的流域水循环与水资源演变机理作为核心科学问题开展研究工作,同时以我国乃至全世界人类活动对于流域水循环扰动强度最大、程度最深、类型最复杂的地区--海河流域作为课题的研究目标区,从而保证了课题研究成果的集中性、系统性、代表性和先进性。课题在二元水循环理论研究方面、二元水循环模式研究方面、海河流域不同尺度水循环演化规律、区域目标ET理论与方法,地下水功能评价理论与体系、地下水循环路径与更新能力研究、地下水/土壤水基础试验等多个方面与国内外同类技术相比均有领先之处,很多内容为首创。23、成果的创造性、先进性(一)流域

7、二元水循环理论研究方面流域水循环演变至今,其二元特性已十分显著,二元水循环的概念逐渐深入人心,但到底什么是二元水循环,其科学内涵是什么,如何描述流域水循环的二元演化,截止本项目研究前,依然没有一个系统完整的解释。本课题在对流域二元水循环演进历程的深刻把握的基础上,原创性地提出了水循环发生二元演化的本质,即四个二元化:服务功能的二元化、驱动力的二元化、结构和参数的二元化、循环路径的二元化。可以辩证地认识人类经济社会系统发展和生态环境系统持续发展的相互关系,为协调人类社会用水和生态环境系统用水提供科学依据,为水资源的开发

8、利用提供理论基础。目前国内外尚无同等深入和系统的研究成果。(二)二元水循环模式研究方面课题在深入研究和剖析流域二元化趋势的基础上,对流域二元水循环模式进行了构建和整合,提出了海陆模式、流域模式、城市模式、农村模式以及其他受扰天然模式等五类相关模式,分别研究了不同模式中的自然驱动力和人工驱动力及其数学表达。并根据不同子模式的嵌套耦合关系提出了海河

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