摘要：華北缺水及其日趨嚴重的生態(tài)環(huán)境變化是中國首要解決的問(wèn)題之一。目前，由于山區與平原徑流明顯減少和過(guò)量開(kāi)發(fā)水資源，業(yè)已造成了地下水漏斗、平原區河道干涸、湖泊濕地萎縮、地表和地下水污染等生態(tài)環(huán)境惡化問(wèn)題，嚴重影響到華北地區水資源安全，業(yè)已引起黨和國家的高度重視。本文以海河流域為重點(diǎn)對象，通過(guò)國內外學(xué)科前沿進(jìn)展綜述，指出華北地區缺水及其導致的生態(tài)環(huán)境惡化問(wèn)題背后的自然和人文因素作用與發(fā)展演化的背景，強調高強度人類(lèi)活動(dòng)作用下的水循環(huán)基礎研究的重要性，提出華北地區水資源安全的水循環(huán)基礎與應用問(wèn)題研究的若干建議與思考。研究自然和人類(lèi)活動(dòng)雙重作用下的華北地區水循環(huán)過(guò)程，水體運動(dòng)與污染物質(zhì)輸移及其與生態(tài)環(huán)境演變耦合機制，闡明華北地區“河道斷流，水體污染，濕地消失，地下水枯竭”的成因規律，特別是人類(lèi)活動(dòng)的驅動(dòng)分量，提出生態(tài)環(huán)境修復的理論基礎，不僅對變化環(huán)境下流域水環(huán)境演變的地學(xué)基礎科學(xué)前沿研究有重大的學(xué)術(shù)價(jià)值，而且對中國可持續發(fā)展和社會(huì )進(jìn)步具有重要的戰略意義。

　　關(guān)鍵詞：華北地區 水循環(huán) 水資源 安全

　　Perspective on Hydrological Base of Water Security Problem and its Application study in North China

　　Abstract：The issue of water shortage and related eco-environmental degradation in the North China is one of the major emergency problems in China. As runoff generated from mountain area is significant decreased and over developing water resources， it result in serious water and eco-environmental problems，such as drying-up of river system， ground water decline， lake & wetland degradation， and water pollution in plain area etc.It was shown in the case of Haihe River Basin that among the total rivers of 10，000 km， the rivers of 4，000 km have been turned to be seasonal rivers. Comparing with the beginning of 1950s， the wetland area within the Basin decreased from 10，000 km² to 1，000 km² at present. Over-extraction of groundwater， this area covers nearly 90，000 km²， 70% of the plain areas. Comparing with that of the end of 1950s， the accumulated over-extracted groundwater is 90 billion m³. Water and soil loss area in mountainous region：110，000 km²， rating two thirds of the mountainous area.The sandstorms induced by desertification endangering Beijing and other cities. Thus， the problems of water shortage and related eco-environmental issues in North China have become the most significant issue to impact sustainable development in this very important region that are political， cultural and economic center of China. This paper addresses these emergent issues by the case study of Haihe River Basin in North China. The new advantage on water international study and background of causing these problems from natural change and particular human activity are analyzed.Key points are addressed as four aspects：（a） the study of the water cycle process impacted by high intensity human activity， that is quite different from that in natural water cycle， （b） water utilization related to new economic partner change， such as saving water model， （c） study on eco-hydrology， and interaction of water and ecology impacted by climate change and human activity， （d） reasonable water allocation that including Water Diversion from South to North and saving water issue in local areas. Several suggestions of both study on the water cycle， which is a very important base of water security in North China， and application study of water resources and eco-environmental rehabilitation are proposed. These key issues will benefit to both advantage of water science and sustainable developing in China.

　　Key words：water cycle， water resources， water security， North China， ecological change

　　1. 華北地區嚴重的水問(wèn)題

　　華北地區是我國政治、經(jīng)濟和文化的中心。華北平原2000年人口4.37億，占全國34.8%；GDP3.13萬(wàn)億元，占全國32.3%；農業(yè)灌溉面積3.46億畝，占全國42%.但是，它也是我國水資源供需矛盾十分突出的地區[1-4].海河流域多年平均水資源總量約為419億m³，人均水資源占有量?jì)H為335 m³，不足全國1/6，世界的1/24.

　　從自然背景看，華北地區十年九旱，尤其1972、1999、2000年華北大旱，出現了嚴峻的缺水局面，不得不采取“棄農、壓工、保生活”的供水措施。從人文背景看，華北地區尤其是海河流域，人類(lèi)活動(dòng)強度之大、水資源開(kāi)發(fā)利用程度之高為舉世矚目。20世紀60年代，大力開(kāi)展水利工程建設，開(kāi)發(fā)利用地表水資源；70年代后尤其1972年大旱，流域地表水不足，開(kāi)始爭奪地下水。90年代，隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展人口的增加，水資源嚴重不足導致超采地下水、爭奪雨水。按照國際標準，合理的水資源開(kāi)發(fā)利用程度一般為40%左右。然而，目前海河流域的水資源開(kāi)發(fā)利用程度已經(jīng)超過(guò)了90%.高強度的水資源開(kāi)發(fā)利用導致該地區水資源供需嚴重失衡。目前，海河流域河川徑流衰減十分嚴重。地下水虧空接近900億m³.現狀年缺水80多億m³，主要靠超采地下水和利用不合標準的廢污水來(lái)解決。

　　水資源的短缺不僅影響國民經(jīng)濟發(fā)展，而且還導致華北地區尤其是海河流域嚴重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[3].突出表現在：

　　1.1 山區來(lái)水大量減少，水資源量衰減嚴重

　　以首都北京市供水水源地的密云、官廳水庫為例，官廳水庫1955-1984年期間平均來(lái)水量11.3億m³，但到1985-1995年期間平均來(lái)水量已衰減到2.7 億m³，僅為前者1/4.兩個(gè)時(shí)期的流域平均降水量卻相當（407.5mm）。密云水庫來(lái)水減少的趨勢也十分嚴重，相比1960-1979年段，1980-1997年的平均來(lái)水量已減少了4億m³.山區水源地來(lái)水量的大量減少，給城市和中下游地區的生態(tài)環(huán)境和社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展帶來(lái)極大的危害。

　　1.2 地下水過(guò)量開(kāi)采，部分地區已經(jīng)枯竭

　　到目前，華北城市化地區地下水超采嚴重，范圍已近9萬(wàn)km²，占平原面積的70%.已分別形成了以北京、石家莊、保定、邢臺、邯鄲、唐山為中心，總面積達4.1萬(wàn)km²的淺層地下水漏斗區，其中1萬(wàn)km²范圍的含水層已疏干；形成了以天津、衡水、滄州、廊坊等多個(gè)城市為中心、面積達5.6萬(wàn)km²整體連片的深層地下水漏斗區。地下水枯竭直接威脅華北城市平原地區的安全用水儲備，同時(shí)引起嚴重的地面沉降、海水入侵，情況十分危急。

　　1.3 河道斷流，功能喪失

　　目前華北地區多數中下游河道枯竭斷流，失去了地下水補給、輸沙、排鹽等作用。土地退化、濕地萎縮等生態(tài)問(wèn)題十分嚴重。據統計，總長(cháng)1萬(wàn)km的河長(cháng)中，有4000km河道干涸。海河流域內194個(gè)萬(wàn)畝以上天然湖泊、洼淀現在大多已經(jīng)干涸。入海水量由20世紀50年代的年均240億m³銳減為2001年的10多億m³.海河流域的生態(tài)系統已由開(kāi)放型向封閉型和內陸型方向轉化，造成河口泥沙淤積和鹽分積累，河口自然生態(tài)遭到破壞，河口海洋生物大量滅絕。

　　1.4 水污染嚴重

　　目前，水污染已由20年前的局部河段發(fā)展到現在的全流域，由下游蔓延到中上游，由城市擴散到農村，由地表侵入地下。據統計，近年來(lái)海河流域的廢污水排放量每年高達60億噸。官廳水庫因水質(zhì)惡化，被迫于1997年開(kāi)始退出生活供水。流域內每年還引用20多億m³污水進(jìn)行灌溉，對淺層地下水、土壤和農作物造成污染。

　　產(chǎn)生華北地區水生態(tài)環(huán)境變化有多方面原因，但核心問(wèn)題是“水”，即在自然和人類(lèi)活動(dòng)作用下的華北地區水循環(huán)系統發(fā)生了“不健全”的問(wèn)題。例如，華北地區持續干旱引起降水（廣義水資源量）的減少；土地利用/覆被變化正在改變“陸-氣水循環(huán)”的響應關(guān)系；城市化過(guò)程加速了深層地下水的消耗和水污染問(wèn)題；流域中眾多的水庫、排洪工程建設改變了河流自然系統水循環(huán)的流路，減少了中下游地下水的補水與蓄水功能；社會(huì )經(jīng)濟活動(dòng)的各種用水行為加劇了人工側支水循環(huán)中的“耗水”強度[17]，人類(lèi)活動(dòng)大量超采地下水大大降低了區域水資源的可再生性。

　　為了緩解華北缺水問(wèn)題，人們通過(guò)各種資源轉化技術(shù)和管理措施節水、通過(guò)跨流域調水增加本地的來(lái)水。與自然水循環(huán)系統相比較，現代水文水資源學(xué)科面對的高強度人類(lèi)活動(dòng)作用下的“人工”側支水循環(huán)作用也愈來(lái)愈突出。因此，開(kāi)展變化環(huán)境中的華北地區水循環(huán)機理研究，認識“不健全”的水循環(huán)過(guò)程導致華北地區缺水、水生態(tài)環(huán)境退化的成因，提出可持續發(fā)展理念下解決華北水資源安全、改善生態(tài)環(huán)境的科學(xué)對策，是21世紀國家資源環(huán)境領(lǐng)域急待解決的重大國家需求中的水科學(xué)基礎問(wèn)題[4-6].

　　2. 水科學(xué)研究的發(fā)展前沿

　　水文循環(huán)是聯(lián)系地球系統地圈~生物圈~大氣圈的紐帶，是全球變化碳循環(huán)、水循環(huán)和食物纖維中的核心問(wèn)題之一，它與自然變化和人類(lèi)活動(dòng)有關(guān)，決定地球水資源形成和環(huán)境的演變規律[5-9].水資源安全是國際水資源研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，它不僅與水循環(huán)有直接的聯(lián)系，而且關(guān)系到人類(lèi)及其生存環(huán)境對水資源的基本需求、生態(tài)環(huán)境需水要求、國家糧食安全、水的價(jià)值以及水的科學(xué)管理問(wèn)題[10-11]. 因此，人類(lèi)活動(dòng)開(kāi)發(fā)和影響劇烈地區的水循環(huán)與水資源安全研究，是21世紀國際國內資源環(huán)境學(xué)科領(lǐng)域一個(gè)十分重要的方向性問(wèn)題。

　　在國際上，特別是90年代以后國際有關(guān)組織實(shí)施了一系列國際水科學(xué)計劃，如國際水文計劃（IHP）、世界氣候研究計劃（WCRP）、國際地圈生物圈計劃（IGBP）等。目的是從全球、區域和流域不同尺度和交叉學(xué)科途徑，探討環(huán)境變化下的水循環(huán)及其聯(lián)系的資源與環(huán)境問(wèn)題[5-7].

　　國際地圈生物圈計劃（IGBP）代表國際地球科學(xué)發(fā)展前沿，水文循環(huán)的生物圈方面 （Biosphere Aspects of Hydrological Cycle，簡(jiǎn)稱(chēng)BAHC）是IGBP的核心之一。進(jìn)入90年代末，變化環(huán)境（即全球變化與人類(lèi)活動(dòng)影響）中的水文循環(huán)與水資源的脆弱性研究成為熱點(diǎn)。前沿問(wèn)題突出反映在：水文循環(huán)的生物圈方面，人類(lèi)活動(dòng)影響下的水資源演變規律，水與土地利用/覆被變化、社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展之間的相互作用影響，水資源可持續利用與水安全等。變化環(huán)境下的水文循環(huán)及其生態(tài)環(huán)境演化過(guò)程、人-地關(guān)系的影響研究，是國際地球科學(xué)積極鼓勵的創(chuàng )新前沿領(lǐng)域。

　　國際知名的英國水文研究所在80年代末開(kāi)始了生態(tài)水文學(xué)方面的科學(xué)研究。A.J.Baird等針對水循環(huán)與生態(tài)環(huán)境退化問(wèn)題，出版了“生態(tài)水文學(xué)：陸生環(huán)境、水生環(huán)境與水分的關(guān)系”專(zhuān)著(zhù)[13].90年代末，英國水文研究所正式改名為“生態(tài)水文學(xué)研究中心”。

　　20世紀末，不滿(mǎn)足可持續水資源利用的模式和環(huán)境問(wèn)題導致嚴重的水資源安全問(wèn)題，業(yè)已引起國際各國政府的高度重視。90年代后，日本十分重視稱(chēng)之為“健全的水循環(huán)系統”研究，即“以流域為整體，以自然變化加健全方式的人類(lèi)調控的水循環(huán)方式，將用水、防洪、治污目標統一協(xié)調，使的水能夠達到最佳利用的水循環(huán)系統”，例如，日本東京等都市化變化過(guò)程中所謂 “健全的水循環(huán)系統”被定義為：需要統一考慮“洪水發(fā)生時(shí)”、“平時(shí)水需求利用”、“自然環(huán)境保護的生態(tài)用水”、“發(fā)生地震火災緊急用水”和“水道的旅游利用”的水循環(huán)最佳的途徑，包括修建必要水工程措施對水循環(huán)的調控。

　　2000年3月，在荷蘭海牙（Hague）召開(kāi)了“第二屆世界水論壇及部長(cháng)級會(huì )議”。會(huì )議主題是：水的安全：從洞察到行動(dòng)。全世界140多個(gè)國家首腦或部長(cháng)，3000名科學(xué)家出席會(huì )議。21世紀水安全面臨7個(gè)主要挑戰：滿(mǎn)足基本需求（meeting basic needs），保護生態(tài)（protecting ecosystems），食品安全（securing the food supply），水資源共享（sharing water resources），處理災害（dealing with hazards），水的價(jià)值（valuing water），科學(xué)管水（governing water wisely）。因此，水資源安全已經(jīng)成為水資源研究的國家前沿熱點(diǎn)，受到世界范圍的注目。

　　2001年7月在荷蘭舉辦了兩個(gè)大型國際會(huì )議[5].一個(gè)是由IGBP、WCRP和國際人文計劃（IHDP）聯(lián)合舉辦的“全球變化科學(xué)大會(huì )”。兩大主專(zhuān)題是：（1）一個(gè)不斷變化的地球的挑戰：對全球變化的科學(xué)理解；（2）展望未來(lái)：地球系統科學(xué)與全球可持續性。另一個(gè)是第6屆國際水文科學(xué)大會(huì )。主題是：一個(gè)干旱地球新的水文學(xué)。熱點(diǎn)問(wèn)題有：（1）環(huán)境變化與水文循環(huán)問(wèn)題。例如，環(huán)境變化作用下的水循環(huán)規律是什么？如何認識氣圈-水圈-生物圈的相互作用關(guān)系？生態(tài)環(huán)境退化的主要驅動(dòng)力是什么？（2）人類(lèi)活動(dòng)對水循環(huán)水資源演變的影響。它需要研究：人類(lèi)經(jīng)濟活動(dòng)產(chǎn)生的各種“用（耗）水”和“調水”行為是如何作用和影響水循環(huán)的自然規律？它們的作用對水資源產(chǎn)生那些主要影響？有什么地區、區域特征規律？如何量化人類(lèi)活動(dòng)對水文水資源變化的影響？

　　2002年7月11-18日，在瑞典的斯德哥爾莫召開(kāi)了每年一度的世界水周（World Water Week）。主題是：平衡競爭的水資源使用。它是可持續發(fā)展基本的需求。大會(huì )舉辦了涉及流域中水競爭的優(yōu)先原則、工業(yè)水污染、水價(jià)、水與能源的綜合公里、都市動(dòng)力學(xué)、可居住城市與水的7個(gè)研討會(huì )。

　　我國對華北缺水的水資源問(wèn)題十分重視。在“六五”期間設立了“華北地區水資源評價(jià)”項目；在“七五”期間，設立了“華北地區及山西能源基地水資源研究”項目；在“八五”期間，設立了“黃河治理與水資源研究”項目[14].在“九五”期間，設立了“西北地區水資源合理開(kāi)發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護研究”和“黃河中下游水資源開(kāi)發(fā)利用及河道清淤關(guān)鍵技術(shù)研究”項目，進(jìn)一步將水資源開(kāi)發(fā)利用與區域經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護結合起來(lái)。國家重大基礎科學(xué)研究計劃也設立了“黃河流域水資源演化與可再生性維持機理”項目。

　　在中國科學(xué)院系統，自60年代以來(lái)，不斷加強以禹城綜合農業(yè)實(shí)驗站、欒城農業(yè)生態(tài)實(shí)驗站等為代表的華北水資源農業(yè)生態(tài)實(shí)驗基地建設[15].在“九五”期間開(kāi)展了中國科學(xué)院重大項目“中國華北水資源變化與調配”。2001年，在中國科學(xué)院知識創(chuàng )新方向性項目中，支持了“華北水循環(huán)與水資源安全”研究。

　　國家“十五”計劃《建議》中強調了水的問(wèn)題和水利在國民經(jīng)濟發(fā)展的地位和作用。為了緩解北方缺水的嚴重問(wèn)題， 在“水利建設”方面，指出要加緊南水北調工程的前期工作，適時(shí)建設跨流域調水工程，采取多種方式緩解北方地區缺水矛盾。同時(shí)，強調了“重視水資源可持續利用”和“加強生態(tài)建設”以及“保護和治理環(huán)境”的問(wèn)題。國務(wù)院總理朱镕基強調，必須正確認識和處理實(shí)施南水北調工程同節水、治理水污染和保護生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，務(wù)必做到“先節水后調水、先治污后通水、先環(huán)保后用水” 的“三先三后”的基本原則。

　　2001年初，水利部、國家海洋局、國家氣象局和國家環(huán)保局等四個(gè)部委聯(lián)合在國家科技部立項，擬開(kāi)展“中國水資源安全保障系統的關(guān)鍵技術(shù)研究”，其關(guān)鍵技術(shù)指：海水利用技術(shù)，污水利用途徑、洪水利用途徑（通過(guò)水庫調度行為等）以及人工降雨利用技術(shù)�，F在國家科技部已經(jīng)批準立項。

　　總之，從發(fā)展趨勢看，變化環(huán)境的水循環(huán)規律是當今國際水科學(xué)前沿問(wèn)題，是人類(lèi)社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展活動(dòng)對水資源需求所面臨的新的基礎科學(xué)問(wèn)題，而水資源供需平衡破壞帶來(lái)的用水基本需求得不到滿(mǎn)足、生態(tài)用水被擠占、工農業(yè)城市發(fā)展水的需求矛盾，使得水資源安全成為資源與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域國內外突出的研究課題[16].

　　3.華北水資源研究的幾點(diǎn)反思

　　盡管華北水資源已經(jīng)有了相當的工作，但是目前華北缺水問(wèn)題還沒(méi)有真正解決，水生態(tài)環(huán)境問(wèn)題愈來(lái)愈嚴重。究其原因，除了華北地區社會(huì )經(jīng)濟增長(cháng)、人口壓力大和環(huán)境發(fā)生了新的變化之外，有許多水循環(huán)與生態(tài)環(huán)境交叉的關(guān)鍵性基礎科學(xué)問(wèn)題研究不夠。國家在解決華北缺水和遏制嚴重的生態(tài)環(huán)境退化措施和對策方面，迫切需要深層次的基礎研究的科學(xué)依據。這些問(wèn)題不得不引起人們的反思。

　　目前，華北水資源研究亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題有[16-32]：

　　3.1華北山區來(lái)水減少的成因問(wèn)題

　　近30年華北山區來(lái)水及水資源量嚴重衰減，其變化究竟是氣候影響還是人類(lèi)活動(dòng)所為？華北山區人類(lèi)活動(dòng)用（耗）水究竟是個(gè)什么情況？山區土地利用/覆被變化與流域水循環(huán)有什么影響關(guān)系？山區業(yè)已修建大量的水利工程和水保工程，它們究竟在山區來(lái)水大量減少的變化過(guò)程中起到什么樣的角色？如何認識它們的作用和水源地保護的關(guān)系？這些問(wèn)題過(guò)去研究較少，其中內在的原因和機制不太清楚。

　　3.2華北城市化地區水循環(huán)與地下水大漏斗問(wèn)題

　　以人類(lèi)活動(dòng)為主要特征的華北城市化水循環(huán)機理研究十分薄弱，嚴重滯后城市化經(jīng)濟發(fā)展、人口流動(dòng)面臨的集中供水、水污染、地下水大漏斗等帶來(lái)的城市生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。華北地區的地下水大漏斗主要集中在城市，這無(wú)不與城市持續性超采的用水特性有關(guān)。但是，淺層地下水與深層地下水的可再生能力有很大的不同。如何認識城市地區淺層與深層地下水的變化機制？如何認識城市集中供水、補水和淺層與深層地下水的水量水質(zhì)變化以及它們之間的相互作用關(guān)系？如何合理修復城市化地區深層地下水漏斗、防止地下水污染？ 等是急需研究的問(wèn)題。

　　3.3平原農業(yè)區大埋深條件下“土壤水-地下水”作用機理

　　相比80年代，目前華北平原農業(yè)區處在與過(guò)去不同的大埋深地下水條件，土壤層水資源的作用更加突出。但是，大埋深條件下的“土壤水-地下水”作用機理以及地下水參數的變化問(wèn)題研究還比較欠缺，直接影響農業(yè)節水和水資源評價(jià)的基礎問(wèn)題。

　　3.4 對華北地區水生態(tài)環(huán)境演變過(guò)程認識不足

　　人類(lèi)活動(dòng)包括60年代在海河流域建設的大型水利工程對華北持續干旱面臨的水生態(tài)環(huán)境退化過(guò)程究竟起到什么樣的作用？如何看待防洪、缺水和生態(tài)環(huán)境保護的矛盾與統一的對策措施問(wèn)題，存在相當大的爭議。

　　3.5 缺乏社會(huì )經(jīng)濟轉型過(guò)程中的“生活-生產(chǎn)-生態(tài)用水”規律研究，尤其生態(tài)需水研究比較薄弱

　　關(guān)鍵問(wèn)題是：華北地區現狀條件相適宜的節水型“生活-生產(chǎn)-生態(tài)用水”應該是什么樣的結構與布局？在社會(huì )經(jīng)濟轉型過(guò)程中華北地區的“生活-生產(chǎn)-生態(tài)”的用（耗）水會(huì )將發(fā)生什么的變化？如何估算華北地區的“生活-生產(chǎn)-生態(tài)”的用（耗）水，尤其是華北地區生態(tài)需水問(wèn)題？

　　3.6 華北地區生態(tài)環(huán)境變化的多維調控閾值與修復目標是個(gè)新的問(wèn)題

　　華北缺水及其聯(lián)系的生態(tài)環(huán)境惡化已是現實(shí)。如何從可持續發(fā)展的高度和與水相關(guān)的生態(tài)景觀(guān)過(guò)程與格局，確定有利于地下水補給、控制地面沉降、防止海水入侵的地下水位、河道生態(tài)需水等多維調控閾值？如何確定適當的生態(tài)修復目標？是過(guò)去沒(méi)有研究的問(wèn)題。

　　3.7 缺乏定量描述人類(lèi)活動(dòng)高強度作用下的流域水循環(huán)模型及綜合集成系統

　　在考慮人類(lèi)活動(dòng)影響的流域水循環(huán)方面，陳家琦最先提出“人工側支水循環(huán)”問(wèn)題（陳家琦，1986），后來(lái)王浩提出“自然-人工”水循環(huán)二元模式的概念。但是，到目前為止，描述人類(lèi)活動(dòng)高強度作用下流域分布式模型研制，仍然是一個(gè)空白。在解決區域缺水與修復生態(tài)環(huán)境的決策支持問(wèn)題方面，也缺乏將水循環(huán)變化和水生態(tài)環(huán)境演化耦合的綜合集成仿真系統。

　　3.8 針對南水北調工程實(shí)施后如何合理調配“地表水-地下水-外調水”的問(wèn)題，其科學(xué)基礎研究有待進(jìn)一步加強。

　　由于供水系統是由當地的地表水、地下水和外調水以及處理的回用污水等多水源組成，在地表水調節水庫不足情況下，如何合理調配各種資源，充分發(fā)揮多種水源的綜合效益，是迫切需要研究的難題。其科學(xué)問(wèn)題的難點(diǎn)是：解決華北缺水以及生態(tài)環(huán)境修復決策中合理調配的科學(xué)依據和準則是什么？如何將自然科學(xué)問(wèn)題與社會(huì )科學(xué)問(wèn)題統一到區域可持續發(fā)展層面，提出華北地區經(jīng)濟結構調整等重大決策的支持？

　　4. 問(wèn)題與挑戰

　　從華北地區水資源安全問(wèn)題的國家需求的水循環(huán)基礎科學(xué)問(wèn)題看，最為突出的挑戰有下列幾個(gè)方面：

　　4.1 流域水循環(huán)及生態(tài)環(huán)境變化中的人為影響因素的確定與量化方法

　　華北地區人口密度大，社會(huì )經(jīng)濟發(fā)達。1980年以來(lái)華北地區的流域產(chǎn)流和地下水補給條件發(fā)生了明顯變化，導致了華北山區徑流明顯減少、城市化地區地下水大漏斗問(wèn)題嚴重、區域水資源評價(jià)還原估算等困難。這些變化的原因是什么？如何識別流域水循環(huán)中人工側支水循環(huán)的貢獻，科學(xué)估算水資源量？如何量化華北地區水生態(tài)環(huán)境變化中的人類(lèi)活動(dòng)的貢獻，剖析近五十年海河流域生態(tài)環(huán)境的演變過(guò)程？是揭示海河流域生態(tài)環(huán)境惡化根本原因的關(guān)鍵。

　　4.2 華北地區社會(huì )經(jīng)濟轉型中的用水規律

　　由于華北地區特殊的地位和水資源限制矛盾，其用水結構正在不斷發(fā)生變化。在經(jīng)濟全球化進(jìn)程中華北地區經(jīng)濟結構將面臨重組與優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式新的格局挑戰。因此，社會(huì )經(jīng)濟轉型過(guò)程中華北地區的“生活-生產(chǎn)-生態(tài)”的用水變化規律尤其是生態(tài)需水量估算，成為關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題。這需要借鑒國外發(fā)達國家和發(fā)展中國家經(jīng)驗，開(kāi)展經(jīng)濟學(xué)、地理學(xué)、生態(tài)學(xué)與水資源的交叉研究。

　　4.3 流域水循環(huán)與生態(tài)環(huán)境變化的耦合機理

　　華北地區缺水問(wèn)題與目前生態(tài)環(huán)境惡化有直接的關(guān)系，涉及到地理、水文、社會(huì )經(jīng)濟多個(gè)方面。如何將高強度人類(lèi)活動(dòng)影響的流域水循環(huán)變化過(guò)程與所制約的水生態(tài)環(huán)境變化過(guò)程實(shí)質(zhì)地聯(lián)系？它們的耦合機制是什么？如何建立高強度人類(lèi)活動(dòng)影響下的流域水文-生態(tài)模型，定量復演變化環(huán)境中的流域水循環(huán)過(guò)程以及水文-生態(tài)變化過(guò)程？是擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

　　4.4 可持續發(fā)展與地區經(jīng)濟結構調整的“節水-調水-用水”效益配置

　　南水北調工程實(shí)施后，如何合理調配各種資源，充分發(fā)揮多種水源的綜合效益，是問(wèn)題的關(guān)鍵。目前，在多水源如何配置的效益評價(jià)問(wèn)題上有相當多的爭議。焦點(diǎn)是：如何確定華北地區未來(lái)的經(jīng)濟系統在生態(tài)系統中的地位？如何協(xié)調華北地區缺水背景下，社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展和修復生態(tài)環(huán)境之間的用水矛盾問(wèn)題？如何通過(guò)華北地區用水大戶(hù)的農業(yè)經(jīng)濟結構的調整提高農業(yè)用水的效益？因此，從可持續發(fā)展基本準則出發(fā)，在前面四個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題（流域水循環(huán)、生態(tài)演化、社會(huì )經(jīng)濟用水以及它們綜合集成的系統規律）基礎上，進(jìn)一步研究華北地區未來(lái)經(jīng)濟結構調整的“節水-調水-用水”配置的綜合效益，是解決國家需求應用問(wèn)題的關(guān)鍵。

　　5. 展望

　　長(cháng)期以來(lái)，華北地區高強度的人類(lèi)活動(dòng)和社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間總是存在不可避免的沖突和矛盾，尤其是近50年來(lái)。有否二者共享的協(xié)調途徑呢？從宏觀(guān)的戰略方面，可持續發(fā)展的理念為解決這對矛盾提供了準則。生態(tài)經(jīng)濟學(xué)的價(jià)值觀(guān)為構建有利于華北地區自身環(huán)境的經(jīng)濟發(fā)展，提供了實(shí)現可持續發(fā)展模式的可能。為了真正解決華北缺水問(wèn)題，提出有效的環(huán)境修復對策，除了要有新的思路之外，重視日趨嚴重水的問(wèn)題的科學(xué)基礎研究和針對國家重大需求的應用研究十分重要。

　　在未來(lái)的十年內，華北水資源已經(jīng)與水相關(guān)的生態(tài)環(huán)境修復研究，可望在水循環(huán)基礎研究、水生態(tài)環(huán)境演變及社會(huì )經(jīng)濟用水研究，和綜合集成模擬、調控與修復對策研究三個(gè)層面上有所進(jìn)展。

　　水循環(huán)基礎層面上，將會(huì )注重于：

　�。�1） 華北地區干旱及生態(tài)演變的氣候背景研究

　�。�2） 華北典型山區徑流變化及環(huán)境影響的水循環(huán)機理研究

　�。�3） 華北典型城市地區水環(huán)境變化與地下水可再生性研究

　�。�4） 華北典型平原農業(yè)區環(huán)境變化及水循環(huán)機理研究

　�。�5） 變化環(huán)境中的流域水循環(huán)及分布式模型研究。

　　在水生態(tài)環(huán)境演變及社會(huì )經(jīng)濟用水層面上，將會(huì )注重于：

　�。�1） 華北地區現代生態(tài)環(huán)境系統的形成過(guò)程與演變機理研究

　�。�2） 華北地區社會(huì )經(jīng)濟轉型下用水規律研究和華北地區生態(tài)變化的安全閾值與修復目標研究。

　　在水資源安全和生態(tài)環(huán)境修復對策層面上，將會(huì )針對南水北調重大工程和北方節水問(wèn)題，注重于：

　�。�1） 水-生態(tài)-社會(huì )經(jīng)濟復合系統綜合集成研究

　�。�2） 解決華北地區缺水及生態(tài)修復的調控對策研究。

　　為此，以北京為首的城市地區供水以及水資源可持續利用問(wèn)題、華北水資源耗用大戶(hù)的農業(yè)節水潛力和日趨急迫的華北地區產(chǎn)業(yè)結構調整問(wèn)題將會(huì )放到十分突出的地位。以面向生態(tài)環(huán)境的水資源安全基礎研究和應用研究可望有新的突破和進(jìn)展。

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