中国主要水问题综合应对及关键科学问题

中国主要水问题综合应对及关键科学问题

一变化环境下中国水问题综合应对策略（一）实施以流域为基本单元的管理方式，统筹协调发展流域水资源的管理需要多主体的利益相关方、多目标的环境介质、多决策的优化方案作为支撑，按照流域的自然属性进行水资源管理是科学有效的流域管理方式。而我国的水资源管理实质上仍以区域管理为主，虽然大江大河成立了流域管理机构，但仍存在“多龙治水”的局面，流域上下游、左右岸、干支流的利益关系得不到根本协调。我国地广人多的大背景更加决定了我国水问题的复杂性，其解决需以“自然—人工”二元水循环为基础，利用经济、资源、生态等多领域的知识，实施地表—地下—生态的一体化管理，开展政府—行业—公众不同利益相关方之间的公平对话与合作，综合考虑社会—经济—生态环境系统的可持续发展，在管理的不同水平、不同层级上开展工作，同时也需统筹不同区域之间的自然社会经济条件差异，实现流域的可持续发展。实施城乡水务一体化是实现我国统一的可持续水管理的重要举措，其将流域管理与行政区管理相结合，更好地发挥社会主义制度的优越性，并适当引入经济杠杆进行调节，资源价格、供水成本价格、生态环境价格是水资源价格的三个组成部分，在水价制定中不能忽略生态环境和资源机制，且资源水价应按“同质同价”的原则来确定，下游给予上游水土保持地区一定的经济补偿，上游还下游一个良好的水生态环境。（二）合理配置水资源，落实最严格的水资源管理，加大总量控制力度由于不同区域之间的自然条件和社会经济竞争能力存在差异，需水、用水、耗水、排水的量和质也各不相同，从而引起社会负外部性转移的问题。我国的国情和水情决定了建立水权制度的必要性和紧迫性，水权初始分配应遵循公平、以现状为基础协商调整、效率性、供水优先序、总量控制、保护弱势群体、权利和义务统一等原则。在初始水权分配的基础上，加强面向生态的区域水质水量的二次优化配置，统筹安排生态、生产、生活用水，消除社会用水不公平问题。在水资源配置过程中，需尽量减少水资源的无效、低效蒸发，建立节水型可持续发展社会。我国已进行水资源管理很多年，但仍存在很多问题。我国水环境问题产生的根源在于经济增长方式粗放，且我国水资源分布与人口、土地、社会经济格局不匹配，将我国主要耗水指标与发达国家对比表明，我国产业结构决定整体上耗水量大，工业用水重复利用率不高，用水效益不高。部分区域盲目开发水资源，经济的发展规模与水资源承载力不匹配，产业布局与水资源条件不相符，这在一定程度上严重制约了经济发展的质量和水资源的安全。水资源管理没有考虑资源和环境的承载能力是我国水资源管理出现问题的根本原因。因此我国水资源问题的根治必须从调整产业结构入手，落实最严格的水资源管理，立足于源头减排和需求控制，采取清洁生产、节约用水等综合措施，减少单个项目的环境污染；并以承载能力为基础，实施八大总量控制，优化空间布局，充分利用区域环境容量，实现经济、社会、生态效益最大化。（三）优先保障生态和生活用水，应对生态系统退化我国水生态退化严重，但致灾因子南北方有所差异。北方地区主要是由于天然降雨量不足和国民经济取耗水量大，从而侵占了维持生态系统健康的基本生态用水，引起生态缺水、水生态系统退化；南方地区，主要是由于非理性的人为活动扰动天然来水、输水、排水过程，侵占生态空间，造成生境斑块的破碎化，破坏生态系统的完整性。对于北方地区，需从调整产业结构入手，逐步禁止和取缔高水耗高能耗产业的发展，向低水耗低能耗产业结构转型，同时鼓励和发展节水灌溉、节水工业、节水生活，提高用水效率，减少工农业生产需水，逐步提高生态供水量；对于南方地区，需改变非理性的人类作业方式，还河流、湖泊以活动空间。这两者都需要以基本生态用水的保障措施作为辅助手段，将实施水土保持作为长期方略，在遏制退化的基础上逐步恢复良好的生态环境。由于湿地具有“大自然之肾”的独特作用，在面向生态的水资源配置中，需对湿地进行生态优先保护。（四）制定应急用水预案，实施“风险管理”与“常态管理”相结合随着全球气候变化和人类非理性活动的影响，极端事件发生的频率及其不确定性、危害性增大，这不断考验我国的应急管理能力。旱涝灾害、突发性污染事故等具有明显的突发性和灾害性，对区域用水安全造成冲击。对极端事件的应对需建立在快速准确掌握雨情、水情、灾情的信息之上，这需要流域一体化监测网络、可靠的预警预报技术以及信息共享的合作机制的完善；同时需要事前必备的应急预案，以协调利益相关方之间的职责，为及时解决突发事件做好准备；还需要不断创新机制、完善法制、改革体制，使保障措施到位。在应急管理能力建设中，最重要的是要树立风险管理的意识，从“危机管理”向“风险管理”与“常态管理”转变，并构建物理机制统一的水资源模拟平台和旱涝风险评价指标体系，建立以防洪减灾、抗旱减灾、应突减灾为基础的区域安全战略。（五）加强国际交流与合作，共同应对变化环境中的水问题国际上有很多流域管理方面的成功案例，以欧洲的水资源管理模式最为先进，且取得了良好的效果。欧洲的水资源管理以《欧盟水框架指令》为基本法律依据，以流域为基本管理单元，实施统一的流域规划，政府之间以及政府与公众之间交流、互补和合作。其水环境管理遵循预防为主的原则，采取多种措施解决污染问题，水质保护程度较高，在水资源管理方面创新了防洪理念，制定了洪水管理行动计划，进行旱洪的风险管理。其中，作为跨国性河流管理最成功的典型代表，莱茵河管理的成功源于以下措施的共同效果：以流域为基本单元的管理思想是其治理的核心，正确的防洪理念是关键，利益相关方之间的互补与合作是重要保障，全面综合的管理措施是管理的重要组成部分，快速有效统一的监测网络是补充。二干旱综合应对若干关键科学问题基于我国干旱综合应对中“长—中—短”不同时间尺度的干旱应对体系，和“长—中—短”不同历时相结合的管理模式，下文对我国干旱管理提出了以下三个方面的技术需求。其一，风险管理能力——居安思危与源头风险规避。需要科学核算区域水资源承载能力，据此优化产业结构，全面建设节水型社会；加强水资源保护，实行最严格的水资源管理；识别干旱成因，划定干旱类型；结合区域供需水及其变化特征，绘制并及时修订干旱风险图；结合干旱风险等级和各业用水需求，优化产业布局和水利工程布局。其二，干旱监测评估及预警预报能力。加强天地一体化监测与多源数据的快速同化能力、旱情及其影响客观表征与快速评估能力、又准又快的旱情预警预报能力；实现长—中—短期相结合的干旱预报，提高预见期。其三，工程措施和调度技术相结合的应急调度管理能力。加强基础设施建设，提高抗旱的硬件支撑能力；编制应急预案，加强应急水源建设；加强多水源的联合应急调度能力；完善应急保障机制。为支撑我国的干旱综合应对体系，需从规划层、监测层、评价层、预警预报层、管理层和评估层出发，完善对应层次的关键支撑技术，包括基于风险管理模式的抗旱规划技术、基于水循环过程及“天地一体化”模式的干旱监测技术、基于水资源供需态势的干旱评价技术、基于遥感和气—陆耦合模式的干旱预警预报技术、面向干旱的多水源综合应急调度管理技术、面向区域协调发展的干旱影响实时与综合评估技术（见图6-1）。图6-1我国干旱综合应对的总体技术框架1.基于风险管理模式的抗旱规划技术在美国，将风险管理理论融入抗旱规划与管理中，在干旱风险评价的基础上，提出干旱综合管理对策及风险预案。这一规划模式逐渐被推广和应用。其中，干旱风险图绘制、面向极值过程的水资源配置等是其关键支撑技术。从演变规律、表征技术、管理系统、应对方案等四个方面建立干旱风险评价及风险分区的理论与技术体系具有重要的社会和经济效益，如优化区域产业结构、优化区域水利工程布局、提高人畜饮水安全水平、减少局部地区社会经济用水对生态与环境用水的需求、合理配置水资源等。其中，干旱风险图是干旱风险评价及风险分区的直观表现形式之一。干旱风险图是编制抗旱预案的一项重要内容，能直观反映不同干旱等级受旱范围、受旱面积、人口、旱情发展态势、干旱造成的损失以及抗旱工程分布等，能为抗旱决策提供必要的依据，是指导抗旱工作的一个重要手段。根据现有的地图、工程图、规划图和遥感影像图，以及各类有关文件、调查报告、统计数据如经济数据、气象资料、水文数据和社会数据等，绘制干旱风险图，包括农田受旱面积分布图、人畜饮水困难分布图、水利工程抗旱能力分布图、干旱对生态的影响分布图和城市供水分布图等。当前，干旱风险图主要根据历史时期干旱发生情况，通过概率分析后绘制而成。然而区域水资源的供需状况及未来水文情势演变特征深刻影响区域干旱风险。该项技术要结合历史时期干旱事件发生情况，充分考虑水利工程、未来水文情势及供需水态势的变化，在GIS技术的支持下完成（见图6-2）。图6-2干旱风险图绘制过程传统的水资源配置是指在流域或特定的区域范围内，遵循有效性、公平性和可持续性的原则，利用各种工程与非工程措施，按照市场经济的规律和资源配置准则，通过合理抑制需求、保障有效供给、维护和改善生态环境质量等手段和措施，对多种可利用水源在区域间和各用水部门间进行的配置。而面向极值过程的水资源合理配置是把极端干旱和洪涝从应急管理层面纳入区域水资源配置规划中，进行未来可能极端干旱或极端洪涝情境下水资源的供给与需求分析，是充分考虑水文和气候变化的极端事件、适用区域极端干旱情境下的水资源承载能力、优化区域产业和工程布局、丰富水资源管理的内涵、完善常规的仅仅考虑常态水资源情景的配置思路。2.基于水循环过程及“天地一体化”模式的干旱监测技术本项技术基于客观性、整体性、共享性、信息化、经济性五大优化原则，以气象与水文监测发展规划，行业规划与标准，水文、气象及生态监测研究新成果为优化依据，在垂直方向上，对水循环的大气过程、地表过程、土壤过程、地下过程以及水资源的开发利用状况进行综合监测；在水平方向上，布设与区域大气水汽场相吻合的站点。在充分考虑来水、需水和水资源配置的基础上，将遥感技术（包括卫星遥感、探空等）与地面监测技术相结合，进行干旱的“天地一体化”监测，为综合应对干旱提供支撑。3.基于水资源供需态势的干旱评价技术国内外根据干旱的成因及影响特征，将干旱划分为气象干旱、水文干旱、农业干旱和社会经济干旱。气象干旱的表征因子主要有降水、温度、蒸发等，干旱指数有降水量和降水量距平百分率、连续无有效降水日数、降水量分位数、标准化降水指数SPI和Z指数、湿润度和干燥度指标、Palmer旱度指数、火险干旱指数KBDI、干旱综合指数CI等。水文干旱的表征因子主要有地下水位、径流、水库蓄水量、土壤湿度、积雪量等，干旱指数有水文干旱指数、地表水供给指标、Palmer水文干旱强度指数等。农业干旱的表征因子有土壤含水量、地区的农作物类型等，干旱指数有土壤水分指标、作物水分指数、Palmer水分距平指数、利用卫星监测反演要素场资料而制定的旱涝指数等。社会经济干旱的表征因子有社会环境和经济环境、经济社会发展对水的需求等，干旱指标有干旱经济损失指数、农村干旱饮水困难百分率、城市干旱指数等。作为干旱指数，应满足五个基本条件：①合适的时间尺度；②可定量评估大范围、长时间持续的干旱情况；③应用性强；④具有可用的或可以计算的过去较长时间的准确的指数系列；⑤指数应当能够适用于近期的状况。当前，需结合区域降水、供水、需水及水利工程特征，进行旱情的滚动评价。4.基于遥感和气—陆耦合模式的干旱预警预报技术在统一的物理模式下，将遥感技术、大气预测预报、水文预测预报、生态模拟与作物模拟等相关技术融入干旱的预警预报中，以延长干旱的预见期和提高预警预报精度。此外，在预警预报中，还进一步加强了滚动修正与集合预报技术。传统的气象气候学、水文学、农学和水文地质学的关注焦点分别是大气过程、地表过程、土壤过程以及地下过程，将自然水循环和自然—社会水循环的整体性割裂，资料难以共享、相互校验和补充，难以客观识别变化环境下干旱的成因及演变机理，对干旱预测预报能力较弱，预见期短，精度低，干旱评价口径狭窄，不能满足实时调度所需，难以满足全球变化适应性对策的需求，缺资料地区干旱模拟预测能力较弱，因此，应建立物理机制统一（模拟要素过程统一、过程表达统一、参数统一、时间尺度统一、空间尺度统一）的水循环气—陆耦合模拟与预报模型。为对干旱所造成的影响进行快速评估，需要在气—陆耦合模式中加入生态和环境模拟预测功能，其中，生态模拟预测包括面向天然生态系统的模拟模型和面向人工生态系统的作物模拟模型。卫星遥感技术具有快速、宏观、准确、客观、及时、动态等特点，在监测土壤水分、地表温度、能量通量等方面具有得天独厚的优势，但遥感监测常常受卫星遥感数据空间分辨率、时间分辨率等因素的影响，且遥感信息大多反映的是瞬间物理状况。气—陆耦合模式能对能量流动、水文过程和生态过程进行数学描述，是一种物理机制统一的面向过程、机理的动态模型，但目前的气—陆耦合模式仍存在时空尺度匹配、次网格非均匀性、参数不确定性等方面的问题。把不同来源、不同分辨率、直接和间接的遥感数据与气—陆耦合模式模拟结果集成为具有时间一致性、空间一致性和物理一致性的各种气候和地表状态的多源数据集，可以解决水循环过程中的一系列问题，也可以为旱情预警预报提供技术支撑。本项技术基于区域尺度，综合干旱灾害形成时间、孕灾环境、致灾因子、承灾体的特征，以及减灾技术和救灾方式等要求，通过物理机制统一的气—陆耦合模式建立干旱预测预警平台，进行水资源来水和需水预报，根据来水和需水的供需平衡关系进行水资源调度，得到分区土壤墒情，结合警级划分方案，提出干旱预警预报方案（见图6-3），科学预测评价干旱严重程度和所处阶段，制作并发布干旱监测、干旱评估、预测预警、旱灾评估等各类干旱预测产品。图6-3干旱预警预报技术5.面向干旱的多水源综合应急调度管理技术结合干旱预警预报及干旱影响，对地表水、地下水等常规水资源与中水、再生水等非常规水资源及应急水源进行综合调度（见图6-4），并提出综合性的保障措施。图6-4面向干旱的多水源综合应急调度管理技术传统水资源调度大多针对常规水资源进行跨区域或者跨流域的调度，但是，当发生重、特大干旱时，在区域内整个水资源异常短缺，而相邻地区或流域可供调剂水量也不富余的情况下，应考虑实行多水源综合应急调度，特别是应急水源。各地根据不同地区经济社会发展水平和水资源承载能力，针对抗旱等级标准和规划目标，在充分考虑常规水资源、非常规水资源和应急水源的前提下，首先对已有的水源工程进行配套、维修改造，对以优化配置抗旱水源为目的的多库串联、水系联网、地表水与地下水联调等工程，进一步规划相关配套设施，在此基础上经规划认证，合理确定多水源综合应急调度的类型和规模，在保证水源和水质的基础，提出综合性的保障措施。6.面向区域协调发展的干旱影响实时与综合评估技术在干旱发生前，先进行事前预测评估，根据区域经济发展模式和产业布局提出整体应对方案，以备干旱发生时能够快速准确地启动应急预案；在干旱发生过程中，进行事中影响评估，对事前提出的应对方案即时修正；抗旱结束后，受灾群众需要恢复生产和灾后自救，在此过程中，还需进行事后整体评估，完成灾后重建和应急预案修正工作。从干旱发生到结束，均需评估干旱对自然、社会、经济、生态和环境的影响，实现干旱影响实时与综合评估。此外，许多地区在确定经济布局、产业结构和发展规模时不考虑干旱缺水因素和影响，未做到因水制宜、量水而行，即使在水资源极度贫乏、开发难度大或开发利用不利甚至破坏环境的地区，也不考虑调整产业结构和经济发展模式，照样盲目发展灌溉农业，兴建高耗水企业，因此，干旱评估需面向区域协调发展，对干旱所造成的社会经济及生态环境影响进行实时评估，为抗旱对策的滚动修正提供依据；同时，对每次干旱所造成的综合影响进行整体评估，以便为干旱后期建设及干旱规划与管理的修正提供依据。三洪涝综合应对若干关键科学问题应对洪水风险，需要流域的统筹规划，具备一定抵御洪水灾害的工程措施，高精度的洪水预报手段，具备法律和行政基础的流域管理，以及科学规范的防灾减灾措施和补偿手段，其中若干关键的科学问题如下。第一，洪水管理与减灾对策。包括洪水管理法规与规划、洪水应急与风险区管理、山洪管理、蓄滞洪区管理、洪水资源化与对策管理、洪水风险区划评估与风险图管理、防洪技术的标准体系。第二，防洪决策支持技术。包括防洪决策支持系统、洪水风险图、洪水预报与调度、三维决策支持系统、冰凌洪水决策支持系统、防洪规划等。第三，防洪减灾工程技术。包括防洪工程基础、河流生态修复与规划、防洪工程安全评价、防洪工程隐患探测与缺陷检测技术、低坝抢护技术等。第四，洪水灾害应急技术。包括洪水灾害应急管理预案、极端天气事件预警预报技术、水库工程在洪水灾害中应急管理的作用与风险评估、与洪水相关的计算机技术、网络技术、GIS技术及高新技术应用。四城市水问题综合应对若干关键科学问题我国在快速城市化过程中出现城市水资源短缺和城市洪涝灾害频发等问题。城市水资源短缺已经成为制约城市经济社会可持续发展的重要因素。据2006年统计，我国661个建制市中缺水城市占2/3以上，其中100多个城市严重缺水。2010年初云南大旱导致许多城市供水困难，造成重大损失。同时，在全球气候变化的大背景下，城市建设中土地利用类型的变化也导致城市洪涝灾害频发。目前，在639个有防洪任务的城市中，达到国家防洪标准的只有236个，还有63%的城市没有达标。2010年4～6月我国南方许多城市发生洪涝灾害，损失惨重。在借鉴国外城市缺水和洪涝灾害问题应对实践经验基础上，下文提出我国城市水问题综合应对中的关键问题。（一）城市水资源短缺综合应对关键问题1.城市水资源短缺风险评价和应对机制研究在全球气候变化背景和区域水资源规划条件下，要研究城市水资源风险评价方法和评价体系，针对重点城市开展水资源风险评价。针对风险较高的城市研究应对机制（包括长期如跨流域调水工程和短期如地下水应急水源建设机制）等。2.城市水资源综合管理体系研究对于缺水城市，基于水足迹，研究水资源开源节流管理模式。借鉴国外在雨水利用、中水回用、虚拟水贸易、水利用经济杠杆和涉水法规政策等方面的技术和管理手段，优化水资源管理体系，并选择典型城市进行实验。（二）城市洪涝灾害综合应对关键问题1.城市洪涝灾害风险评估与洪涝风险图研究，以及城市洪涝灾害预警系统开发针对洪涝灾害严重的城市，要基于区域极端气候条件，进行城市洪涝灾害风险评价。基于GIS技术和城市土地利用类型、建筑物及其三维地理信息，建立数字城市模型，结合城市不同区域社会经济情况，提出不同城市的防洪涝标准，制定洪涝风险图。在此基础上，基于实时气象监测数据给出实时预警信息。2.城市防洪涝工程体系优化技术研究根据不同城市发展情况，综合利用城市湖泊、河流、地下水道、地下蓄水井以及低洼地以及排涝泵站等建立与城市景观相结合的城市防洪涝工程体系，尤其是城市复杂防洪涝工程网络的优化配套技术，以及新老城区不同防洪标准工程的衔接与改造技术等。3.城市洪涝灾害综合管理机制研究针对典型城市的洪涝灾害，开展集法规、保险、工程调度、应急预案于一体的综合管理机制研究。五流域综合管理若干关键科学问题流域综合管理涉及水资源、水利工程、地理、气象、社会、经济、生态、环境、管理、系统工程等多个交叉领域，需要深层次的学科交叉（学科间的大跨度综合与交叉）、综合的团队研究以及集成创新。应该重视对宏观战略问题的探索，在更大的时空尺度上研究水、生态系统、社会经济之间的关系，重视自然科学、工程技术，以及社会、人文科学的交叉、融合与渗透，综合性地解决水问题。受全球气候变化和高强度人类活动的影响，我国水问题在尚未得到彻底解决的同时，又呈现新的发展态势，当前水利科技体系尚不能满足流域综合管理的需求。围绕流域综合管理这条主线，下文从应对气候变化、水生态、水环境、水资源调配等方面提出了9个重大的前沿科学问题。（一）水文气象耦合模拟关键技术为克服传统水循环研究中人为割裂各水循环过程的有机联系和整体性的不足，延长水文分析模拟的预见期和提高模拟精度，自20世纪以来，国内外开展了大量水文气象耦合模拟研究。水文气象耦合模拟研究有助于解决下述水文问题：①缺乏观测资料流域的水文预测。②建立洪水干旱预警系统。③研究气候与水文要素的相互反馈，模拟大尺度流域的水文气候过程，认识流域尺度水文循环，进行流域水资源综合评价和水资源管理。④水文模式模拟的径流和土壤湿度分布有利于改进和提高大气模式预报精度。当前水文气象耦合模拟研究包括单向数据传递、部分双向耦合以及基于物理机制的紧密双向耦合三种研究方式，但多数研究属于单向耦合或部分耦合，即利用含有陆面过程的大气模式的输出（主要是降水和蒸发）驱动水文模式，而水文模式输出的径流、土壤湿度等未对大气模式形成反馈。自20世纪90年代以来，国内外大气水文学界加强了模式耦合研究。在此基础上，Pietroniro归纳提出了大气水文模式耦合理论的概念性框架：利用一个共同的陆面模式耦合大气模式和水文模式，加强大气模式对陆面过程的描述，改善水文模式预报能力，为大气模式提供更精确的水分能量输入；并利用不同层次多级嵌套，实现大气模式和水文模式的双向耦合，然后对两个模式分别进行率定。本领域研究是探寻变化环境下水循环演变的有效技术途径之一，受到水文水资源研究领域和气象研究领域的共同重视，但相关理论和技术手段尚不成熟，具有很大的发展空间。（二）应对气候变化关键技术全球气候变化对自然生态系统和人类社会可持续发展已经构成严重威胁，积极有效地应对气候变化是当前人类社会面临的共同挑战。我国人多水少，水资源时空分布不均，水利基础设施建设仍相对滞后，水资源利用方式还比较粗放，防汛抗旱减灾综合体系还不完善，水资源领域应对气候变化能力相对较弱。全球气候变化导致气温升高，蒸发增加，降雨及径流时空分布更加不均匀，给防洪安全、水资源安全、生态安全带来了严重影响。例如：高纬度地区和某些热带地区年平均河流径流量和可用水量将因气候变化而增加，而在中纬度区域和热带干旱地区则减少；储存在冰川和积雪中的水的供应将会下降；降水强度和变率的增加将加大许多地区发生洪水和干旱的风险；较高的水温和极端事件（包括洪水和干旱）将会影响水质并使水污染形势加重；气候变化引起的水量和水质的变化将会影响粮食的供给、稳定获取和使用；气候变化影响了现有用水基础设施的功能和运行——包括水力发电、防洪、排涝和灌溉系统，以及影响水管理措施。全球气候变化也对水资源开发利用提出了新的要求。为增加能源供应、改善能源结构、保护生态环境、减少温室气体排放，减缓气候变化，需要在低碳发展模式下开发利用水资源，增加水电能源的供应。而与此同时，随着人口增长，各类用水需求还在持续增加。气候变化对水资源支撑我国经济社会可持续发展的能力提出了新的挑战。为有效应对气候变化，努力提高水资源领域应对气候变化的能力，应加强对下述几个科学问题的研究。（1）气候变化与水循环、水资源开发利用的相互影响关系研究。应在现有气候变化影响评估模型基础上，根据我国区域影响评估的特点和需求，深入研究我国气候变化—陆地水循环—人类活动之间的相互影响机理，研制具有自主知识产权的区域气候—陆地水文—人类活动三向耦合模型，并从防洪、水资源、生态安全等角度出发，预估气候变化与水资源开发利用相互影响的发展趋势。（2）气候变化的减缓对策与关键技术研究。从水土保持与水生态修复、合理开发水电资源、低碳发展模式下的水资源开发利用、蒸发的监测与总量控制等方面着手，以增加能源供应、改善能源结构、保护生态环境、减少温室气体排放为目标，深入研究水资源领域气候变化的减缓对策与关键技术，为减缓气候变化作出水利行业的新贡献。（3）气候变化的适应对策与关键技术研究。研究气候变化条件下水资源评价及配置的适应对策及关键技术，使经济发展规划、水资源规划、跨流域调水规划都能适应气候变化的要求；从长期、短期、实时等多时间尺度，研究气候变化条件下流域的洪水预报技术与枯水预报技术，特别是加强极端天气气候事件与灾害的形成机理研究，提高预报预测能力；根据气候变化对洪水频率、强度以及时空分布的影响，深入研究气候变化条件下南方典型洪涝灾害高风险区水利工程群防洪调度关键技术；综合考虑发电、航运、灌溉、城市供水、生态等多种调度目标，深入研究气候变化条件下水资源脆弱地区水利工程群枯水期统一调度的关键技术；研究海平面上升条件下我国海岸防护工程运行调度的关键技术；深入研究气候变化条件下节水防污型社会建设、需水管理、水环境综合治理、气候变化影响敏感脆弱区风险管理的适应对策与关键技术。（三）缺乏观测资料流域的水文预测水文预报从经验公式、集总式模型走到分布式模型，已经取得了丰硕的成果。回顾水文预报研究，一个共同点是大部分研究均着眼于有资料流域。如何解决缺乏观测资料流域的水文预测预报问题，一直是困惑水文界的难题。国际水文科学协会（IAHS）于2003年7月在日本札幌召开第23届国际地球物理和大地测量大会暨第六届IAHS科学大会期间，正式启动了一个简称为PUB（PredictioninUngaugedBasins）的国际水文计划。PUB意译成中文的意思是缺乏观测资料流域的水文预测。PUB是一项挑战性水文科学研究计划，其主要研究任务是：在无观测资料或缺乏观测资料的流域，使用气象输入（包括观测、预报和其他方法推定）、土壤、植被和地形数据（包括对未来气象与土地利用变化的预测或预计），但无法使用过去的观测资料（即不可能或不允许进行模型调试或校正），预测或预报各种水文反应（如径流、水质和泥沙等）。IAHS的PUB10年科学与实施计划分为基础研究计划和目标性研究计划两部分。基础研究计划涉及6个科学问题：①不均匀性与预测不确定性之间的关联特征；②地形特征的获取和气象输入的不均匀性识别；③过程研究和世界范围性中尺度现场实验；④遥感和其他观测新技术的应用及观测数据同化；⑤优化水文过程的表述；⑥解释现存数据并同化观测及遥感数据。目标性研究计划的着重点是减小“预测的不确定性”。我国尚存在较大范围的无水文资料或缺乏资料区域。加强缺乏观测资料流域的水文预测研究，对解决我国目前面临的洪灾、干旱、水质状况恶化、生态环境退化等与水有关的紧迫问题具有重要意义。（四）基于气象因子的中长期水文预报水文要素变化的物理规律非常复杂，受气候气象、下垫面、人类活动等诸多因素的综合影响，流域的中长期径流过程本身具有一定的时空不确定性。特别是在全球气候变化和大规模经济开发双重因素的交织作用下，我国水资源情势正在发生新的变化。最新水资源评价成果显示，1980～2000年水文系列与1956～1979年水文系列相比，黄河、淮河、海河和辽河4个流域降水量平均减少6%，地表水资源量减少17%，海河流域地表水资源量更是减少了41%，北少南多的水资源格局更加明显。我国自20世纪50年代以来开展中长期水文预报工作。50多年来，中长期水文预报应用范围不断扩展，预报准确率明显提高，学科发展逐步深入，但总体而言，中长期水文预报技术还处于探索与发展阶段，生产实践中采用的预报方法还比较传统，预报成果的稳定性和可靠性不够。随着经济社会发展和科学技术水平提升，我国的水资源调度和调控能力明显提高，从而对中长期水文预报的精度也提出了更高的要求。目前，气象气候部门已经可以利用全球大气环流模式和持续的海温异常，进行月尺度的气候预测，预测产品包括月平均的地面温度、降水、海平面气压、环流特征量及其异常等。考虑气象因子与水文序列在物理成因上的密切联系，采取物理成因分析与数理统计分析相结合的思路，从年际变化、年内月和旬等多时间尺度研究中长期水文预报主要影响因子的识别方法，进而深入研究基于气象因子的中长期水文预报方法，是提高中长期水文预报成果稳定性和可靠性的关键。（五）水生态修复及生态补偿理论与关键技术生态用水和生态用地被挤占是导致区域水生态退化的关键因素，全球气候变化在一定时空域上又进一步加剧了水生态退化态势。在对水生态服务功能进行识别和客观评价的基础上，有效保障生态用水和生态用地，是流域水生态修复的关键；与此同时，开展生态补偿是水生态修复及维系流域（或区域）生态健康的重要保障。当前，我国在基于生命科学的单项水生态修复技术方面已取得了长足的进步，但在水生态服务功能评价及生态补偿方面，尚缺乏成套技术，这已成为我国水生态修复的首要障碍性因素；目前亟待开展面向流域整体生态安全维系的水生态修复与生态补偿理论与关键支撑技术研究，如图6-5所示。图6-5水生态修复及生态补偿理论与关键技术示意（六）节水型社会建设与需水管理理论与支撑技术我国水资源短缺、开发潜力有限，用水效率不高，环境问题突出，不能走传统的以需定供的老路，必须加快推进从供水管理向需水管理转变，在水资源规划、配置、节约和保护等各个环节都要体现需水管理的理念，实施用水总量控制，遏制不合理用水需求，提高用水效率和效益，走内涵式发展道路。从传统供水管理模式向需水管理模式转变、建设节水型社会是流域水资源综合管理的重要问题。当前，我国已在全国范围开展节水型社会建设，并已取得重大成效。但我国节水型社会建设有效管理体制与机制尚不健全，节水效率与效益实时评价能力较弱，管理缺位的问题也较为突出。目前亟待结合高强度人类活动影响的现实国情及全球气候变化的区域响应，系统识别经济社会发展过程中水循环特别是社会水循环的演变特征和驱动机制，有效预测预报并压缩水需求，构建适合流域情况的节水型社会建设理论与技术体系，如图6-6所示。图6-6节水型社会建设与需水管理理论与支撑技术示意（七）基于“自然—人工”二元模式的水环境综合治理理论与技术全球气候变化和高强度人类水土资源综合开发，使得我国部分流域水环境呈现整体恶化态势，并具有复杂性、复合型、累积性和突发性等多种特征。结合水循环和污染物在水环境中的迁移转化，以源头减排为核心、以污染物排放总量控制为关键、源—汇结合进行全过程治理是流域水环境保护的基本途径。然而，尽管在单一环节和针对单一污染物的综合治理理论与技术方面取得了长足的进步；但单一满足变化环境下复合型污染综合治理和整体遏制水环境恶化的实践需求，且“源头分散控制”与“末端集中治理”的模式尚未得到转变。此外，水环境管理体制尚不健全，排放标准也与区域地理条件和社会经济发展布局不相适应，亟待结合全球气候变化和高强度人类活动影响的现实国情，开展以流域整体水环境与生态安全为核心、基于“自然—人工”二元模式的水环境综合治理理论与技术研究，如图6-7所示。图6-7水环境综合治理理论与技术示意（八）流域水资源配置与调度关键技术研究近年来，我国按照可持续发展治水思路的要求，成功实施了以黄河、黑河和塔里木河为代表的多项流域水量统一调度，在维护经济社会可持续发展、生态修复和保护、发展民生水利等方面发挥了显著作用。在流域水量调度蓬勃开展的同时，跨流域调水也成为缓解缺水流域水资源供需矛盾、支撑缺水流域可持续发展的必然选择。目前，我国已经规划选定了南水北调工程东线、中线、西线的调水水源、调水线路和供水范围，与长江、黄河、淮河和海河四大江河相互连接，形成了“四横三纵”的工程总体布局，东线、中线的工程已经开始建设。国内著名的调水工程还包括江苏省的“江水北调”、广东省的“东深供水