中国水文预报技术发展的回顾与思考

Review and reflection on China′s hydrological forecasting techniques

张建云

(南京水利科学研究院,水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京 210029)

摘要：回顾了中国水文预报技术的发展历程，阐述了中国水文预报技术从经验相关法、流域水文模型，到预报系统发展的整个过程。较详细地介绍了中国常用的水文预报方法、模型和预报系统，及其各自特点和应用条件等，客观评价了中国水文预报技术的水平，深入分析了高强度人类活动引起的下垫面变化和以全球变暖为主要特征的气候变化对流域产流和汇流机制的影响，分析了变化环境下水文预报面临的问题和挑战。展望了中国水文预报技术的发展方向，指出了中国未来水文预报技术的研究重点。

关键词：水文预报；技术；发展；展望

流域水文与地貌特征关系研究的回顾与展望

Review of research of hydro-geomorphological processes interaction

芮孝芳^1,2，蒋成煜^2,3

（1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京 210098；2.河海大学水文水资源学院，南京 210098；3.南京市规划设计研究院有限责任公司，南京 210005）

摘要：揭示水文过程与地貌过程相互作用的定量关系是水文学家长期追求的目标，也是新国际水文10年PUB计划的重要内容之一。论述了建立这两者定量关系的统计综合途径和具有物理基础途径的思路方法与主要特点，述评一个多世纪以来，尤其是近30年来国外学者在这方面所作的研究，介绍了作者近年来在这方面所做的工作。

关键词：水文过程；地貌特征；流域汇流；洪水演算；统计综合；物理基础

水文科学研究进展的回顾与展望

Progress in hydrological sciences: Past, present and future

徐宗学¹，李景玉²

（1.北京师范大学水科学研究院，水沙科学教育部重点实验室，北京 100875；2.国土资源部中国土地勘测规划院，北京100035）

摘要：对水文科学的研究现状、主要进展和发展趋势进行了系统深入的总结和分析，其结果表明，社会需求是水文科学发展的根本动力，技术进步是水文科学发展的源泉。水文科学不仅要研究地表水文过程，还要研究各圈层界面上水分和能量交换过程，不仅要研究水在运动转化过程中的物理过程，还要研究水中各种化学成分的化学过程，特别需要加强水在水文循环和运动中生物过程的研究，从而使水文学向生态水文学的方向迈进。目前，生态水文学、全球气候变化影响是水文学研究的热点领域之一。今后除了进一步继续完善和深化水文科学的理论体系，还要不断丰富水文科学的社会服务功能，为经济建设和社会发展提供科技支撑。

关键词：水文循环；水资源；地表水；地下水

中国水文站网

China gauging station network

何惠

（水利部水文局，北京 100053）

摘要：简要回顾了中国水文站网和观测技术的发展过程。根据2005年全国水文站网普查数据，分析了中国水文站网测报自动化水平和水文站网密度与布局现状，结合500km²以上河流水文站网设立情况调查，客观评价了水文站网对江河的水文控制程度。在评估中，与有关国家情况做了对比，以进一步认识中国水文站网现况。

关键词：水文站网；测验技术；中国

水文频率分布模型的异同性与参数估计问题

Similarities and differences of hydrologic frequency distribution models and their parameter estimation problems

金光炎

（安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院，蚌埠 233000）

摘要：回顾了20世纪50年代对水文频率分布模型异同性的认识，分析了分布模型在统计特征上的相异性与共通性。在分布的几何形态相同的条件下，目前所用的分布模型中，仅3个参数的模型基本上是相异的。通过观察与实例分析，初步发现，取4个参数，有可能使模型有统一的求解结果。用数学方法能得到参数的唯一解，但多数方法是先计算出不确定性较大的CS值，继而据此算得其它一个或两个参数，故这种结果是一种初值，有待通过合理性分析，才能得到最终取用值。

关键词：水文频率计算；频率分布模型；参数估计；异同性

天然实验流域降雨径流现象发生的悖论

Rainfall-runoff paradox from a natural experimental catchment

顾慰祖¹, 尚熳廷¹, 翟劭燚¹ , 陆家驹¹, Frentress Jason², Jeffrey McDonnell^1,2, Carol Kendall³

（1.南京水利科学研究院，南京210029；2.Oregon State University, Corvallis, OR 97331, USA；3.United States Geological Survey, Menlo Park, CA 94025, USA）

摘要：作为滁州水文实验系统一部分的1号天然实验流域，面积7 897m²，以安山岩为基底，上覆平均厚度2.46m的第四系沉积物。实测了包括地面径流和地面下径流的各种降雨径流响应，后者包括来自非饱和带的壤中流和饱和带的地下水径流。表明这些径流成分有着复杂的组合类型，主要是以地面径流为主的SR型和以地面下径流为主的SSR型，以及中间的和演化的类型。SR型实例中的地面径流量可占总径流的65%，而SSR实例中的地面下径流量可有90%。主要降水的7月，地面下贡献占54.5%，其中地下水径流即占33%。大部分地面径流与降水的¹⁸O组成有不小的差异，比较了同时进行测验的3个实验流域，在1 400min的降水径流过程中，降水的平均d¹⁸O为-1.210%，而同期地面径流的平均d¹⁸O，2号水文山流域（512m²）为-1.132%，1号南大洼天然流域为-1.065%， 3号只有薄层风化碎屑的牵牛花流域（4 573m²）为-0.801%。这质疑了现行同位素流量过程线划分方法8个假定中的两个：地面径流的同位素组成不同于降水，天然流域尤其如此；各种水源在汇集过程中的同位素分馏影响并非都可忽略不计。实验流域因降水而产生径流，但所产生的径流却有着非本次降水的组分，这一降水径流悖论发生于各个实验流域。SR型和SSR型总的非本次降水组分分别达16%和64%。

关键词：水文实验; 环境同位素; 径流组成; 降雨径流关系; 流量过程线划分

现代水文水资源学科体系及研究前沿和热点问题

Subject system of modern hydrology and water resources and research frontiers and hot issues

王浩¹，严登华¹，贾仰文¹, 胡东来¹，王凌河^1,2

（1.中国水利水电科学研究院水资源研究所，北京 100044；2.大连理工大学土木水利学院，大连 116023

摘要：在对国内外水问题进行科学识别的基础上，分析了水循环的“自然-人工”二元演变模式，明晰了水循环及伴生水化学、水生态和水沙过程的相互关系，初步阐述了现代水文水资源学科体系的构成。在对国际水文水资源研究发展趋势及热点和前沿问题进行阐释的基础上，结合中国水文水资源研究现状及水问题解决的实践需求，论述了中国水文水资源研究的学科体系的构成，并分析其重大研究方向。在变化环境和高强度人类活动影响下，水循环在驱动力、结构及参数等方面已呈现出显著“自然-人工”二元特征。现代水文水资源研究正由传统“还原细化”研究向综合交叉方向发展，并由传统基于单个水文环节的研究过渡到基于二元水循环过程的研究上来，原型观测与数学模拟的结合已成为其关键研究手段。中国水文水资源研究需要进一步强化水循环及伴生过程演变机理识别与定量模拟方面的基础研究，完善水资源评价、配置、调度、水权分配、水价定价理论和技术等方面的应用基础研究，服务于节水型社会建设、水环境保护与水生态修复、水资源综合管理、防灾减灾与应急管理、民生水利及现代水利建设与管理等实践需求。

关键词：水文水资源学；自然-人工二元模式；发展趋势；热点问题；研究体系 

中国防洪若干重大问题的思考

Strategic thinking on major issues in China flood control

李原园¹，郦建强¹，石海峰²，沈褔新¹，文康³，李琪³，李蝶娟³，李福绥³，雷Wen⁴

（1.水利部水利水电规划设计总院，北京 100120；2.水利部规划计划司，北京 100053；3.南京水利科学研究院，南京 210029；4.McGill University, Montreal H3A 2K6, Canada）

摘要：为配合中国水利部组织编制全国主要江河防洪规划工作，对与编制防洪规划有关的若干重大问题进行了研究。提出用20世纪发生过的大洪水淹没范围作为界定防洪区的基础；风险管理最重要的是规避风险和应对风险, 而规避风险的核心是约束人类不合理的经济社会活动，降低洪水灾害造成的风险；当防洪区受到两种洪水风险威胁时，应当采用二维概率分布核查防洪区的标准；合理提高城市防洪标准，是城市防洪的首要任务；要协调城市防洪与城市建设的关系，充分发挥城市拦蓄雨洪的作用（如保留必要的水面率、雨水利用等），蓄排兼顾，而不宜过分强调城市排水；建议根据淹没水深、淹没历时和洪水频率组成的洪水风险度因子划分蓄滞洪区风险区，并结合蓄滞洪区自然地理条件比选安全建设模式。

关键词：防洪；风险管理；防洪规划；防洪标准；中国

水库群联合优化调度研究进展与展望

State-of-the-art review of joint operation for multi-reservoir systems

郭生练，陈炯宏，刘攀，李雨

（武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072）

摘要：系统阐述了线性规划、非线性规划、网络流、大系统、动态规划、启发式算法等主要的水库群联合优化调度方法，对近年来国内外水库群优化调度理论及应用进展进行综述；重点分析了库群联合调度的基本原则、目标函数、优化算法及在防洪调度、兴利调度和多目标调度中的应用；展望了水库群联合优化调度的多目标技术，决策支持系统和效益分配等研究的方向。

关键词：水库群；联合调度；优化算法；防洪兴利；水资源管理；研究；评述

气候模式应用中的不确定性分析

Uncertainty analysis in the application of climate models

张世法¹，顾颖^1,2，林锦^1,2

（1.南京水利科学研究院，南京 210029；2.水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京 210029）

摘要：为了分析和评价气候变化对水文水资源的影响，根据中国东部地区1956~2000年实测年降水量系列数据，采用多年均值、系列趋势变化指标和反映系列可持续特性的Hurst系数等3项指标，对CGCMA3、MPIECHAM5和平均GCM等3种气候模式模拟的同期年降水系列数据进行了检验。检验结果表明,3种气候模式模拟结果与实测值之间，以及不同模式模拟结果之间，不仅定量方面差异很大，而且在定性方面甚至出现相悖的结果，不确定性十分显著。同样，根据3种气候模式预测的未来2001~2050年年降水量和季平均气温推得的未来年径流量系列数据，其多年均值、系列趋势变化指标和干旱年年径流量多项指标也存在明显的不确定性。据此对气候模式及其应用提出了相应的建议。

关键词：气候模式；模式检验; 趋势指标；Hurst系数；不确定性

不平衡输沙含沙量垂线分布研究

On the vertical distribution of sediment concentration in non-equilibrium transportation

韩其为¹，陈绪坚¹，薛晓春²

(1.中国水利水电科学研究院泥沙研究所，北京 100048；2.北京航空航天大学，北京 100191)

摘要：采用理论推导和数值计算的方法，进一步研究了不平衡输沙条件下的含沙量垂线分布，首次提出了非饱和泥沙通量的概念及其表达式，推导了不平衡输沙含沙量垂线分布的理论解，包括不平衡输沙含沙量垂线分布指数公式和幂函数公式，以及相应的底部含沙量确定方法。同时利用差分法求解剖面二维扩散方程，得到了不同参数的不平衡输沙含沙量垂线分布。其结果除少数误差稍大外，两种途径得出的含沙量垂线分布彼此符合良好。

关键词：不平衡输沙；含沙量；垂线分布；非饱和泥沙；扩散方程；数值解

中国江河水沙变化趋势与主要影响因素

Variation tendency of runoff and sediment load in China major rivers and its causes

胡春宏^1,2，王延贵²，张燕菁²，史红玲²

（1.中国水利水电科学研究院，北京 100044；2.国际泥沙研究培训中心，北京 100044）

摘要：通过选定中国主要河流的代表水文站，分析了中国主要河流代表站总径流量和总输沙量的变化趋势。结果表明，全国主要河流代表站总径流量随时间没有明显的趋势性增加或减小，多年平均径流量为14 090亿m³；年总输沙量在1960年前变化不大，1960年后逐渐减小，从20世纪50年代的26.43亿t减小至2001~2008年间的5.95亿t；平均含沙量则从50年代的1.74kg/m³减至2001~2008年间的0.46kg/m³。中国南方主要河流和主要内陆河流的代表站径流量没有明显的增加或减少趋势，北方河流代表站径流量除淮河、松花江外，具有明显的减少趋势；中国各主要河流代表站年输沙量除塔里木河外，都有不同程度的减少，其中北方河流的减小幅度较大。影响中国主要河流水沙变化的主要因素分为自然和人类活动因素，其中自然因素包括流域降雨量变化和流域下垫面条件；人类活动因素包括水土保持措施、水库工程、流域调水调沙及引水引沙、河道采砂等。

关键词：主要河流；水沙变化；变化趋势；影响因素；中国

论河流的弯曲机理

Discussion on the mechanism of river meandering

姚文艺，郑艳爽，张敏

（黄河水利科学研究院，郑州 450003）

摘要：基于能量守恒原理，通过实体模型试验的方法，对河流发生弯曲的机理进行了探讨。研究认为，河流具有弯曲的自然属性，其弯曲程度主要取决于水流能量的大小，与流量、比降有很大关系；河流发生弯曲是水流为补偿能量损失得以保持运动而形成的一种自然造床过程，河流在运动过程中，通过弯曲形成上游壅水，增加势能，使下游比降相对增大，动能得以增加，从而保持河段内的水沙输移达到相对平衡，此即“动能自补偿”的弯曲机理；河流弯曲程度与需要补偿的动能多少有关，河段上下断面的动能差越大，河段弯曲系数就越大。“动能自补偿”的机理得到了实验室观测结果的验证和野外原型定位观测资料的佐证。

关键词：能耗；动能自补偿；河流弯曲机理；河床演变

堰塞湖应急处置实践与认识

Practice and cognition for emergency disposal of landslide lake

刘宁

（中华人民共和国水利部，北京 100053）

摘要：堰塞湖是由于山体滑坡、崩塌、泥石流等堵塞河道形成的没有经过专门设计、没有专门的泄水设施的湖泊，一旦溃决，容易给下游造成巨大的灾难。分析了堰塞湖的成因、溃决机理与风险判断，提出堰塞湖应急处置的原则、理念、阶段与处置方法，总结了堰塞湖应急处置中的一些经验和认识。以四川省汶川特大地震形成的堰塞湖应急处置为例，从可能溃决方式、溃坝洪水、应急除险总体方案、开渠引流方案和除险效果等方面，介绍了唐家山堰塞湖的应急处置实践,并简要介绍了其它一些堰塞湖应急处置。

关键词：堰塞湖；成因；机理；应急处置

河流生态系统结构功能整体性概念模型

Holistic conceptual model for the structure and function of river ecosystems

董哲仁，孙东亚，赵进勇，张晶

（中国水利水电科学研究院，北京 100038）

摘要：在完善与整合现有河流生态系统结构功能概念及模型的基础上，提出河流生态系统结构功能整体性概念模型。水文情势、水力条件和地貌景观格局是对河流生态系统结构与功能具有关键影响的3大生境要素，结构功能模型的核心是建立以3大生境要素为构架的生命支持系统与河流生命系统之间的相互作用和相互制约关系，同时考虑由于人类活动引起生境要素变化对于河流生态系统的影响。河流生态系统结构功能整体性概念模型由以下4种模型组成：河流四维连续体模型、水文情势-河流生态过程耦合模型、水力条件-生物生活史特征适宜模型以及地貌景观空间异质性-生物群落多样性关联模型，这4种模型的一体化整合，基本概括了河流生态系统结构功能的整体特征。

关键词：河流生态系统；结构功能；连续体；水力条件；水文情势；洪水脉冲；景观格局；概念模型 

水工程规划设计关键生态指标体系

A key ecological indicator system for water project planning and design

朱党生¹，张建永¹，廖文根²，史晓新¹，程红光³，李扬¹

（1.水利部水利水电规划设计总院，北京 100120；2.中国水利水电科学研究院，北京 100044；3.北京师范大学环境学院，北京 100875）

摘要：从河流开发与保护的流域生态安全概念出发，基于驱动力-压力-状态-影响-响应（DPSIR）的模型方法，构建了水工程规划设计关键生态指标体系。在分析流域生态系统结构和功能的基础上，提出该指标体系包括5个生态属性层，即水文水资源、水环境、河流地貌、生物及栖息地和社会环境，分析各属性主要生态要素，并进一步细分为19个要素层。根据中国水工程规划设计类型和阶段划分，考虑不同的空间尺度效应，建立了该指标体系的结构框架，并采用专家咨询、频度分析方法，筛选确定了36个关键生态指标。该指标体系具有多维度、多层次的特点，可适用于不同空间尺度、不同规划设计阶段及水工程类型。

关键词：生态安全；水工程；规划设计；生态指标；标准

基于栖息地突变分析的春汛期生态需水阈值模型

Model for defining environmental flow thresholds of spring flood period using abrupt habitat change analysis

杨志峰，于世伟，陈 贺，佘敦先

(北京师范大学环境学院，水环境模拟国家重点实验室，北京 100875)

摘要：根据春汛期水生态系统的特点，应用河道内流量增量法，选用二维河流模型River2D，建立栖息地与流量变化的动态关系，进而应用Mann-Kendall方法，开发基于栖息地突变分析的生态需水阈值模型。以第二松花江支流辉发河五道沟断面附近河段为例，选择松花江流域分布较为广泛的鲤鱼作为对象物种，以流速和水深两个因素表征鱼类栖息地，利用1956~2000年45年的春汛期月径流资料，判定鱼类栖息地在1970年开始发生了突变。在突变前加权可用面积95%的置信区间范围为275.5～915.7m²/km，对应的流量范围为58.8～121.1m³/s，并将其作为研究区春汛期间的生态需水阈值。春汛发生在冰封期刚刚结束的时段，适宜的春汛期生态需水能够提高生态系统多样性，对于鱼类等水生生物乃至于整个生态系统都有重要的生态意义。

关键词：生态需水；栖息地；鲤鱼；River2D；Mann-Kendal；松花江

1998~2007年中国农业用水分析

Trends in China′s agricultural water use during recent decade using the green and blue water approach

李保国，黄峰

（中国农业大学资源与环境学院,农业部土壤和水重点开放实验室,北京 100193）

摘要：中国农业用水在未来将面临巨大的挑战。根据国际农业用水研究和政策领域近10年出现的范式变迁的核心内容，建立了基于“绿水”、“蓝水”的中国农业用水的新综合分析框架。并利用广义农业水资源量和广义农业水土资源匹配的概念和评估方法，分析了全国1998～2007年10年间4种主要粮食作物（水稻、 小麦、 玉米和大豆）的农业用水、 耗水以及水分生产力变化趋势和现状。结果表明：中国广义农业水资源量中57%来源于耕地有效降水的“绿水”，43%来源于耕地灌溉“蓝水”。主要粮食作物水分生产力水平已经接近或达到世界较高水平。未来继续提升水分生产力的任务将会更加艰巨。因此，为保证中国粮食安全，建议国家设立“粮食安全水资源红线”。同时，根据广义农业水资源量的分析计算，主要粮食作物用水安全红线应该划定在大约7800亿m³左右。

关键词：农业用水；蓝水；绿水；水分生产力；粮食安全水资源红线