水文水资源研究的前沿和热点问题(101022_西安理工大学)PPT推荐.ppt
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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旱在我国每年都会发生,但干旱问题越来越突出。
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,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
(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、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(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1.71%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t,1.1我国主要水问题及发展新情势(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(5),水循环及伴生过程识别与综合调控,9,1.2我国水问题综合应对的主要任务,10,1.3我国水问题综合应对的核心科技主题
(1),识别水问题和维系水安全的关键,“自然-人工”二元水循环模拟与调控,11,1.3我国水问题综合应对的核心科技主题
(2),“自然-人工”二元水循环模拟与调控研究范式,12,1.3我国水问题综合应对的核心科技问题(3),“自然-人工”二元水循环研究学科地位现代水文水资源集成研究,2.1水文学发展概况历史及里程碑事件
(1),发展阶段及其基本特征,13,水文学理论的发展,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,里程碑事件,2.1水文学发展概况历史及里程碑事件
(2),14,17世纪以前,18世纪到19世纪上半叶,20世纪下半叶至今,19世纪下半叶到20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,2.1水文学发展概况关键科技问题历史演变
(1),15,水文测量:
总结及展望,2.1水文学发展概况关键科技问题历史演变
(2),16,水文实验:
各阶段概述,2.1水文学发展概况关键科技问题历史演变(3),17,地表水,TEXT,TEXT,TEXT,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,TEXT,TEXT,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,2.1水文学发展概况关键科技问题历史演变(4),18,水文过程研究:
分析方法及机理认识,2.1水文学发展概况关键科技问题历史演变(5),19,水文过程研究:
产汇流基本理论,2.1水文学发展概况关键科技问题历史演变(6),20,水文模拟:
发展历程,2.1水文学发展概况关键科技问题历史演变(7),21,水文模拟:
分类,2.1水文学发展概况关键科技问题历史演变(8),22,分布式模型,代表性单元模型(REW),水文模拟:
水循环认识演变,2.1水文学发展概况关键科技问题历史演变(9),23,水文模型取得突破的可能性,2.1水文学发展概况关键科技问题历史演变(10),24,地表水,TEXT,TEXT,TEXT,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。
TEXT,TEXT,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,2.1水文学发展概况关键科技问题历史演变(11),25,20世纪中期之前:
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水资源研究发展概况
(1),27,2.2水资源研究发展概况
(2),近10年来水资源研究备受关注,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。
28,2.2水资源研究发展概况(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。
近10年来水资源研究备受关注,29,2.2水资源研究发展概况(4),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。
近10年来水资源研究备受关注,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,2.3水文水资源研究方法及发展哲学方法,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,水文学研究中归纳逻辑运用最为广泛,演绎逻辑次之,类比逻辑和溯源(假说)逻辑应用较少。
2.3水文水资源研究方法及发展思维方法,描述方法,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、多点观测水文调查:
暴雨调查、洪水调查、枯水与干旱调查、水生态与水环境调查水文实验:
典型流域实验、野外田间实验;
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,2.3水文水资源研究方法发展描述方法
(1),描述方法,统计与分类:
河流分类、水文区划、暴雨区划分析与综合:
单位线水文统计:
频率分析/相关与回归分析/随机水文学内插与外延:
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、水文预报运筹学方法:
预报调度、统计调度、多目标优化,2.3水文水资源研究方法发展描述方法
(2),描述方法,流体力学方法:
圣维南方程、流体有限元计算,河流不稳定流计算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、泥沙输送模型数字方法:
GIS、RS、数字化,2.3水文水资源研究方法发展描述方法(3),2.4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源向现代水文水资源的蜕变。
35,36,2.4.1从还原分析向系统集成方向发展
(1),还原论整体论融贯论,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;
水文学研究融贯论的实现主要通过向下和向上尺度化相
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