流域水循环演变机理与水资源高效利用

受人口规模、经济社会发展和水资源本底条件的影响，我国是世界上水循环演变最剧烈、水资源问题最突出的国家之一。通过建立人类活动密集缺水区流域水循环及其伴生的水化学与生态过程演化的基础理论，揭示变化环境下的流域水资源、水生态与水环境演变的客观规律，继而在科学评价流域资源利用效率和生态环境状况的基础上，提出城市和农业水资源高效利用与流域水循环整体调控的标准与模式，可为人类活动严重缺水流域的水循环调控奠定科学基础，增强我国缺水流域水安全保障的基础科学支持能力。

海河流域人均水资源居全国十大一级流域之末，流域内人口稠密、生产发达，行业用水竞争激烈，水环境容量与排污量矛盾尖锐，加上近30年来流域水资源衰减的影响，水资源短缺、水环境污染和水生态退化问题极其严重，选择海河流域为研究对象具有很好的典型性与代表性。2006年国家重点基础发展计划（973），批准设立了“海河流域水循环演变机理与水资源高效利用”项目（编号：2006CB403400）。该项目是水利部牵头组织的第一个国家973计划项目，该项目以流域水循环演变机理为基础，构建了水循环各环节的效率解析工具，形成了水资源“数量—质量—效率”三位一体的评价管理技术，提出了水分利用从低效到高效转化的调控方法和实现途径，增强了我国缺水流域水安全保障的基础科学支持能力。本项成果共发表论文633篇，其中SCI收录167篇、他引910次，EI收录158篇；出版专著26部；获发明专利授权9项；软件著作权14项。项目成果引起了国际广泛关注，国际水文十年将变化中的“自然—社会”水循环定为今后十年的唯一发展方向，提升了我国水科学研究的国际地位。

主要技术创新

项目针对我国北方缺水流域存在的水资源衰减、水环境污染、生态退化、供需失衡等突出的水问题，以海河流域为背景，开展了流域水循环及其伴生过程的演变机理与水资源高效利用研究，项目取得的主要创新成果如下：

（1）揭示了强人类活动影响下流域水循环演变机理与水资源演变规律，并进行了科学的定量归因分析，形成了对海河流域万年、千年、百年尺度气温、降水、地表水系及地下水分层演化规律的统一认识。

（2）创建了超大流域水循环及其伴生过程的综合模拟工具NADUWA3E，定量预估了海河流域水循环及其伴生的水环境、生态的演变趋势，为流域水分利用效率解析、水资源综合调控提供了定量工具。

（3）提出了“数量—质量—效率”全口径多尺度水资源利用综合评价方法，提出了海河流域农业和城市高效用水标准和模式，为“最严格水资源管理”制度的提出和“三条红线”的现实操作提供了理论依据。

（4）将水循环与社会经济和生态环境作为整体系统，创建了流域水循环多维临界整体调控理论与模式，评价了调控措施对水资源利用从低效到高效的转化效果，对人类活动密集缺水地区的涉水决策具有重要的指导意义。

推广应用情况

本项成果已应用于水利部、环境保护部、国务院南水北调工程建设委员会办公室、国家林业局、全国节约用水办公室、国家防汛抗旱总指挥部办公室等部门和北京、天津、河北、山西等省（直辖市）人民政府，有力支撑了水利发展规划、水资源综合规划、最严格水资源管理制度、节水型社会建设、水资源信息系统、水污染防治规划、国家林业重点生态工程等有关规划和管理工作，推动了海河流域引黄工程、双峰寺水库等一批重大水资源配置工程和供水网络的建设，支撑了《南水北调东中线一期工程受水区地下水压采总体方案》的编制和《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》的制订，并促进了海河流域及我国其他缺水地区再生水回用、水利投融资体制改革、节水型产业结构的优化调整和用水定额标准修订等工作的完成，为破解我国水资源短缺、水环境污染和水生态退化等问题起到了关键的科技支撑作用。

代表性图片

完成单位：中国水利水电科学研究院、清华大学、中国农业大学、水利部海河水利委员会

主要完成人员：王浩、贾仰文、康绍忠、陈吉宁、王建华、曹寅白、陆垂裕、汪林、周祖昊、刘家宏、甘泓、仇亚琴、游进军、牛存稳、雷晓辉

联系人：牛存稳　联系电话：010-68785606

邮箱地址：niucw@iwhr.com

任务来源：“十一五”国家科技支撑计划项目

完成时间：2005—2015年

获奖情况：2015年度国家科学技术进步一等奖