一. 引 言
水是生命之源，水是支撐地球社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展不可替代的資源。但是，由于全球變化、人類(lèi)活動(dòng)的負(fù)面影響，地球上水的循環(huán)在發(fā)生變化，許多地區(qū)正在發(fā)生嚴(yán)重的水的問(wèn)題與危機(jī)，如洪水、干旱和江河水體污染，而成為限制國(guó)家河區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵性因子，水科學(xué)問(wèn)題也成為國(guó)際地球科學(xué)發(fā)展中的一個(gè)重要方面。
2001年7月在世界知名海岸水利工程建設(shè)的荷蘭王國(guó)連續(xù)舉辦了兩個(gè)直接與水科學(xué)有關(guān)的大型國(guó)際科學(xué)大會(huì)。一個(gè)是7月10-13日在荷蘭阿姆斯特丹（Amsterdam）由國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃（IGBP）、國(guó)際人文計(jì)劃（IHDP）和世界氣候研究計(jì)劃（WCRP）聯(lián)合舉辦的“全球變化科學(xué)大會(huì)(Global Change Open Science Conference)”。國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃（IGBP）是國(guó)際著名的全球變化科學(xué)研究計(jì)劃，受到國(guó)際地球科學(xué)屆廣泛的關(guān)注和參與。在跨入2000后的IGBP首次重要國(guó)際學(xué)術(shù)活動(dòng)-“全球變化科學(xué)大會(huì)”云集來(lái)自國(guó)際的100多個(gè)國(guó)家的全球變化研究的專(zhuān)家學(xué)者、管理者約1600多人。大會(huì)主題是：一個(gè)變化的地球的挑戰(zhàn)（Challenges of a Changing Earth）。中國(guó)派出以科學(xué)院為主體的約60多人的代表團(tuán)，進(jìn)行學(xué)術(shù)交流和討論，其中除了碳循環(huán)和土地覆被變化是大會(huì)主要議題外，水循環(huán)及水資源是大會(huì)重要內(nèi)容之一。
另一個(gè)是7月18-27日在荷蘭的馬絲特里特（Masstricht）舉行的第6屆國(guó)際水文科學(xué)大會(huì)。(The 6th Scientific Assembly of the International Association of Hydrological Science)。這是一次專(zhuān)門(mén)針對(duì)國(guó)際水文科學(xué)進(jìn)展的回顧和研討大會(huì)，來(lái)自國(guó)際60 多個(gè)國(guó)家的500名代表出席了大會(huì)。第6屆國(guó)際水文科學(xué)大會(huì)的主題是：一個(gè)干旱地球新的水文學(xué)（A New Hydrology for a Thirsty Planet）。
受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)地球科學(xué)部的部分資助，筆者應(yīng)邀參加這兩個(gè)大會(huì)，并擔(dān)任第6屆國(guó)際水文科學(xué)大會(huì)第二學(xué)術(shù)研討會(huì)的分會(huì)主席。本文是對(duì)這兩個(gè)國(guó)際會(huì)議中關(guān)于水科學(xué)研究進(jìn)展的綜述，希望介紹水科學(xué)方面一些新的進(jìn)展，提出我國(guó)對(duì)國(guó)際水科學(xué)的貢獻(xiàn)和存在的問(wèn)題與挑戰(zhàn)。
二.全球變化與水文科學(xué)問(wèn)題
全球環(huán)境變化（簡(jiǎn)稱(chēng)全球變化）是目前和未來(lái)人類(lèi)和社會(huì)發(fā)展面臨的共同問(wèn)題。全球變化既包涵全球氣候變化又包括了人類(lèi)活動(dòng)造成環(huán)境變化的影響。了解自然變化和人類(lèi)活動(dòng)的影響是國(guó)際地球科學(xué)發(fā)展最為關(guān)系的問(wèn)題。
7月10-13日在荷蘭阿姆斯特丹舉辦的“全球變化科學(xué)大會(huì)”，內(nèi)容十分豐富。但都圍繞有兩大主專(zhuān)題，即：（1）一個(gè)不斷變化的地球的挑戰(zhàn)：對(duì)全球變化的科學(xué)理解。（2）展望未來(lái)：地球系統(tǒng)科學(xué)與全球可持續(xù)性。大會(huì)邀請(qǐng)若干專(zhuān)家學(xué)者做報(bào)告，在大會(huì)研討中設(shè)立一系列專(zhuān)題研討會(huì)和招貼展示論文。
大會(huì)專(zhuān)題報(bào)告內(nèi)容有：
·一個(gè)不斷變化的地球的挑戰(zhàn)：對(duì)全球變化的科學(xué)理解（Berrien Moore ）
·土地變化的集中性與復(fù)雜性：虛構(gòu)與現(xiàn)實(shí)（B.L.Turner）
·氣候變化與海洋生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)：可持續(xù)資源利用的內(nèi)涵（Michael J.Fogarty）
·21世紀(jì)中的糧食：全球氣候的差異性（Machendra Shah）
·人類(lèi)時(shí)期的大氣化學(xué)（Paul J.Crutzen）
·火與薄霧：東南亞空氣質(zhì)量的社會(huì)與政治因素上的不均性（Simon S.C.）
·海洋和陸地碳動(dòng)力學(xué)（Ian R.Noble）
·碳與科學(xué)政策的聯(lián)系：京都的挑戰(zhàn)（Robert T.Watson）
·對(duì)CO2挑戰(zhàn)的工業(yè)響應(yīng)（Charles Nicholson）
2．水與全球變化的關(guān)聯(lián)：世紀(jì)資源的挑戰(zhàn)？（Leena Srivaatava）。
·我們會(huì)有足夠的高質(zhì)量的水嗎？（Hartmut Grassl）
·水會(huì)滿(mǎn)足人們的需要嗎？（Peter D.Tyson）
·大壩對(duì)漁業(yè)的影響：三峽大壩實(shí)例研究。Chen-Tung Arthur Chen 教授，臺(tái)灣，國(guó)家Sun Yat-Sen 大學(xué)，海洋地理和化學(xué)學(xué)院。
·澳大利亞大陸上的水，碳和氮：氣候和土地利用變化的影響（Michael Raupach ）
3．全球生物地球化學(xué)：星球新陳代謝系統(tǒng)的理解（Pamela Matson）
·海洋生物地球化學(xué)：變化的海洋（David M.Karl）
·陸地上碳的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)（Robert J）
·大氣酸雨、臭氧損耗和氣候變化的案例分析（Oran R.Young）
4．陸地—海洋的交互作用：區(qū)域與全球的聯(lián)系。（Roger Harris）
·生物地球化學(xué)的交互作用與反饋（Tim Jickells）
·沿海地區(qū)的全球變化：東南亞的實(shí)例研究（Liana Talaue-McManus）
5．氣候系統(tǒng)：預(yù)報(bào)、變化和可變性
·以前和以后的氣候變化：我們究竟去何處（Thomas F.Pedersen）
·氣候變化的1000年（Raymond S.Bradley）
·正在變化的寒區(qū)：高緯區(qū)全球變暖的影響（Oleg Anisimov）
·耦合氣候系統(tǒng)：可變性和可預(yù)測(cè)性（Antonio J.Busalacchi）
6．土地利用變化的熱點(diǎn)地區(qū)和地球系統(tǒng)：區(qū)域和全球的聯(lián)系
·陸地表面與氣候有聯(lián)系嗎？北非：撒哈拉沙漠；
·東南亞1：理解變化的亞洲季風(fēng)系統(tǒng)：大規(guī)模植被和土地利用在水循環(huán)和氣候中的作用
·東南亞2：人類(lèi)引導(dǎo)的陸地覆蓋的變化能對(duì)亞洲季風(fēng)有多大的改變？
·亞馬遜河流域和土地利用的變化：未來(lái)能平衡嗎？
·陸地表面與氣候有聯(lián)系嗎？一種綜合。
7．模擬和觀測(cè)地球系統(tǒng)（David Carson）
·處理地球系統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性（H.J.Schellnhuber）
·監(jiān)視地球系統(tǒng)的短期不穩(wěn)定性和長(zhǎng)期的趨勢(shì)：一個(gè)空間的挑戰(zhàn)（Jose Achache）
·虛擬現(xiàn)實(shí)的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)（John Mitchell）
8．地球系統(tǒng)需要生物多樣性嗎？（Anne Larigauderie ）
·為什么地球系統(tǒng)科學(xué)需要海洋生物多樣性？（Katherine Richardson）
·生物多樣性是如何影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)程與功能（Sandra Diaz）
9．科技能夠補(bǔ)償星球嗎？（Mike Brklacich ）
·自然的回歸：為什么和怎樣進(jìn)行（Jesse H.Ausubel）
·工業(yè)變革：生產(chǎn)與消費(fèi)中的探測(cè)系統(tǒng)變化（Pier Vellinga）
10．面向全球可持續(xù)性（Hans Opschoor）
·區(qū)域和全球可持續(xù)性的挑戰(zhàn)和障礙（Julia Carabias）
·轉(zhuǎn)向可持續(xù)性的研究系統(tǒng)（William C.Clark）
·可持續(xù)性科學(xué)起源討論：什么是可持續(xù)性科學(xué)？為什么要可持續(xù)性科學(xué)？（Jane Lubcheno）
·可持續(xù)科學(xué)和氣候變化（Bert Bolin）
·重新概念化自然-社會(huì)的交互作用：將環(huán)境和發(fā)展結(jié)合起來(lái)理解（Robert W.Kates）
·雅基盆地資源的可利用性、脆弱性和持續(xù)性：環(huán)境與社會(huì)交互作用中不可持續(xù)的發(fā)展趨勢(shì)（P.A.Matson）
·人與環(huán)境相互作用的脆弱性：尤卡坦南部事例（B.L.Turner）
·各學(xué)科間的可持續(xù)性科學(xué)（Robert W.Corell）
大會(huì)專(zhuān)題討論內(nèi)容十分豐富，有：A1-全球碳循環(huán)；A2-大城市與全球變化；A3-南厄爾尼諾的擺動(dòng)同過(guò)去、未來(lái)氣候變化的聯(lián)系；A4-地球系統(tǒng)的演化；A5-生物多樣性的全球變化；A6-全球變化與火；A7-海岸區(qū)人類(lèi)活動(dòng)；B1-食品生產(chǎn)和環(huán)境間的平衡；B2-理解土地利用的變化，以致重建、描述或預(yù)測(cè)土壤覆蓋度；B3-冰雪層和全球變化：制度和指標(biāo)；B4-地球系統(tǒng)分析；B5-陸地生物圈與全球變化；B6-社會(huì)轉(zhuǎn)化過(guò)程；B7-海洋與氣候變化；C1-水資源對(duì)環(huán)境變化的脆弱性：一種系統(tǒng)方法；C2-把人放入地球系統(tǒng)中：受害者或是破壞者，擾亂者或是解決者? C3-大氣和全球變化; C4-全球變化非線(xiàn)性變化和驚訝;C5-生態(tài)系統(tǒng)管理可持續(xù)發(fā)展的展望; C6-科學(xué)和政策過(guò)程：IPCC ;C7-全球變化與山地區(qū)。
大會(huì)報(bào)告集中在水科學(xué)問(wèn)題的主題有：全球變化中的水問(wèn)題-21世紀(jì)資源的挑戰(zhàn)，尤其值得提到的是7月12日下午，大會(huì)專(zhuān)門(mén)針對(duì)水循環(huán)水資源問(wèn)題，舉行了“環(huán)境變化的水資源脆弱性系統(tǒng)分析”學(xué)術(shù)研討會(huì)。WCRP/GEWEX北美主席、美國(guó)地理學(xué)會(huì)水文專(zhuān)業(yè)委員會(huì)主席、亞利桑那大學(xué)水文水資源系的Soroosh Sorooshian教授介紹“WCRP/GEWEX和SAHRA計(jì)劃中水問(wèn)題的研究：半干旱區(qū)流域水文循環(huán)與可持續(xù)性”。 德國(guó)的Charles Vorosmarty 教授報(bào)告了“地球系統(tǒng)科學(xué)對(duì)全球水評(píng)估的貢獻(xiàn)”。Wolfram Mauser教授研討歐洲GLOWA項(xiàng)目的核心“完整的流域管理”經(jīng)驗(yàn)。Joseph Alcamo 教授指出全球“水危機(jī)區(qū)與脆弱性”。Jim Wallace 教授強(qiáng)調(diào)“防洪安全與水資源問(wèn)題”。Claudia Pahl-Wostl教授研討“面向社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性：水管理部門(mén)職能的轉(zhuǎn)變過(guò)程挑戰(zhàn)”。
三.水文科學(xué)與水資源安全
7月18-27日第6屆國(guó)際水文科學(xué)大會(huì)在荷蘭的馬絲特里特（Masstricht）舉行。大會(huì)對(duì)過(guò)去水文水資源研究進(jìn)行總結(jié)，對(duì)未來(lái)水文科學(xué)的發(fā)展進(jìn)行展望。會(huì)議由4個(gè)專(zhuān)題學(xué)術(shù)大會(huì)（Symposium，簡(jiǎn)寫(xiě)為S）和6個(gè)學(xué)術(shù)研討會(huì)(Workshop，簡(jiǎn)寫(xiě)為W)組成。會(huì)議主要集中在水文科學(xué)基礎(chǔ)研究和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源研究?jī)蓚�(gè)方面：
1. 水文學(xué)基礎(chǔ)研究
S4. 土壤-植被-大氣轉(zhuǎn)化方式和大尺度水文模擬
WS4. 高山地區(qū)水文過(guò)程與冰圈作用
WS2. 水文長(zhǎng)期變化與氣候影響
S3. 人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的影響
WS6. 海岸濕地水文的演化
2. 社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源研究
S1. 社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水危機(jī)
S2. 區(qū)域水資源管理
WS1. 全球變化與洪水預(yù)報(bào)
WS3. 信息技術(shù)在可持續(xù)水管理的作用
WS5. GIS & RS在土壤侵蝕和水質(zhì)變化的應(yīng)用
特別需要指出，由于全球變化、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水資源問(wèn)題愈來(lái)愈突出，給水文科學(xué)研究提出新的課題，即變化環(huán)境下的水資源形成與演化規(guī)律問(wèn)題。IAHS會(huì)議的S1-S2，主要研討這些國(guó)際國(guó)家和區(qū)域尺度急迫的問(wèn)題。關(guān)于S1和S2的研討內(nèi)容題目摘錄如下：
S1：水脅迫下的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展（E . Servat）
水源豐富，資金缺乏，水工業(yè)能否繼續(xù)生存尚未可知。
·健康部門(mén)希望從水文學(xué)家那兒得到什么?
·河流生態(tài)系統(tǒng)的研究和管理中對(duì)水文數(shù)據(jù)的需求。
·多學(xué)科綜合研究—對(duì)水危機(jī)的響應(yīng)。
·食物保障中的水資源及管理。
·洪水控制與城市排水系統(tǒng)管理。
·全球水協(xié)作計(jì)劃
S2 區(qū)域水資源管理
S2-1 過(guò)去水管理的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)（A. Schumann M.C.Acreman，M.Marino）：
·可持續(xù)發(fā)展的度量及其在實(shí)際水管理計(jì)劃中的實(shí)現(xiàn)。
·可持續(xù)水庫(kù)發(fā)展—津巴布韋實(shí)例研究。
·Yamuna 河流域的可持續(xù)區(qū)域水管理：Delhi區(qū)域的實(shí)例研究。
·Limpopo河：逐步走向可持續(xù)發(fā)展和一體化的水資源管理。
·中國(guó)新疆博斯騰湖流域的水資源可持續(xù)性發(fā)展管理經(jīng)驗(yàn)的啟示。
·印度干旱地區(qū)過(guò)去管理實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。
·水壩功能新探——一個(gè)不應(yīng)忽略的問(wèn)題。
·Dehli區(qū)域水資源管理的一體化進(jìn)程：?jiǎn)栴}與展望。
·北尼日利亞半干旱區(qū)域的Hadejia河上建壩的影響：對(duì)未來(lái)管理的建議。
·可持續(xù)發(fā)展的特征及供水管理模型。
·澳大利亞富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程的現(xiàn)階段研究。
·城市水計(jì)劃書(shū)——印度班加羅爾的實(shí)例研究。
·水資源系統(tǒng)中相對(duì)可持續(xù)發(fā)展實(shí)現(xiàn)的框架。
S2-2 可持續(xù)發(fā)展與水資源管理 （夏軍，D.Rosbjerg，G.Schultz )
·為保護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)的整合水質(zhì)與水量的數(shù)學(xué)生態(tài)模型的發(fā)展。
·歐洲地下水可持續(xù)發(fā)展管理的指導(dǎo)方針。
·清除河岸異生植被是否為一種有效的水資源管理策略。
·地表水和地下水的聯(lián)合管理。
·河流管理可視化中的變換系統(tǒng)邊界。
·改善環(huán)境中被忽視的因子——監(jiān)控。
·加入風(fēng)險(xiǎn)基金平衡流域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境壓力之間的沖突。
·使用風(fēng)險(xiǎn)分析提高水資源系統(tǒng)模型的效率和精度。
·整合水資源管理中的角色分配。
·Volta流域的水資源競(jìng)爭(zhēng)。
·復(fù)雜水環(huán)境管理中的空間適應(yīng)方法。
S2-3 水資源管理的方法 （R.Davis，S.Walker ）
·流域水平上的水資源管理整合模型。
·提高以決策支持系統(tǒng)為基礎(chǔ)的模型的精度——水管理中的一種好的建模實(shí)踐。
·持續(xù)性水系統(tǒng)的水力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。
·人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的河流洪水預(yù)報(bào)。
·氣候變化影響評(píng)估中的不確定因子的概率特征。
·研究城市化 對(duì)區(qū)域水資源影響的一種流域水文模型。
·水、氮循環(huán)的一種大尺度評(píng)估模型——在Elbe河流域的基礎(chǔ)研究。
·基于地形學(xué)和土壤水文學(xué)的濕地 重建計(jì)劃方法的發(fā)展。
·英格蘭西南部Dartmour地區(qū)放牧對(duì)水文的影響。
四. 21世紀(jì)水文科學(xué)的發(fā)展機(jī)遇與展望
傳統(tǒng)的水文學(xué)研究只考慮水量的自然變化，現(xiàn)代水文循環(huán)需要考慮地球生物圈、全球變化以及人類(lèi)活動(dòng)等方面的影響。國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃（IGBP）代表國(guó)際地球?qū)W科發(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。它注重陸面生態(tài)-水文過(guò)程與空間格局的變化規(guī)律和受人類(lèi)活動(dòng)影響的關(guān)鍵問(wèn)題，以科學(xué)地解釋?zhuān)褐脖皇侨绾闻c水文循環(huán)的物理過(guò)程相互作用的？改變陸面生態(tài)過(guò)程的直接原因是什么？是大尺度人類(lèi)活動(dòng)改變了陸面覆蓋？還是大氣中二氧化碳濃度增加的緣故？這些影響變化的水文后果如何？通過(guò)這些研究，為認(rèn)識(shí)自然變化和人類(lèi)活動(dòng)影響下的土地利用/土地覆被變化與陸地表層生命物質(zhì)過(guò)程，評(píng)估人類(lèi)對(duì)生物圈的影響，保護(hù)環(huán)境和資源可持續(xù)利用提供科學(xué)的基礎(chǔ)依據(jù)。
通過(guò)7月在荷蘭舉行的IGBP和IAHS國(guó)際學(xué)術(shù)大會(huì)可以清楚看出，變化環(huán)境（即全球變化與人類(lèi)活動(dòng)影響）下的水文循環(huán)研究成為21世紀(jì)水科學(xué)研究的熱點(diǎn)。根據(jù)二十一世紀(jì)IGBP發(fā)展方向，國(guó)際上的BAHC研究重點(diǎn)也相應(yīng)地進(jìn)行了調(diào)整，主要有以下8個(gè)方面：
·小尺度水、熱、碳通量研究；
·地下過(guò)程作用的評(píng)價(jià)；
·陸地-大氣相互作用的參數(shù)化；
·區(qū)域尺度土地利用與氣候的相互作用；
·全球尺度植被與氣候的相互作用；
·氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)流域系統(tǒng)穩(wěn)定與傳輸?shù)挠绊懀?/p>
·山區(qū)水文學(xué)與生態(tài)學(xué)；
·開(kāi)發(fā)全球數(shù)據(jù)集；
此外，還有兩個(gè)交叉研究問(wèn)題：
·設(shè)計(jì)、優(yōu)選和實(shí)施綜合的陸地系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；
·情景發(fā)展與風(fēng)險(xiǎn)/脆弱性分析。
變化環(huán)境下的水文循環(huán)及其時(shí)空演化規(guī)律研究，是國(guó)際國(guó)內(nèi)地學(xué)領(lǐng)域積極鼓勵(lì)的創(chuàng)新研究課題。結(jié)合土地利用/土地覆被變化與陸地碳循環(huán)過(guò)程的水循環(huán)研究，是一個(gè)新的交叉方向。研究的熱點(diǎn)問(wèn)題有：
問(wèn)題1：全球變化與水文循環(huán)問(wèn)題
它需要研究回答：全球變化對(duì)區(qū)域水循環(huán)規(guī)律？過(guò)去對(duì)氣圈-水圈-生物圈的相互聯(lián)系/作用是如何認(rèn)識(shí)？現(xiàn)在又是如何認(rèn)識(shí)水資源的演變？其規(guī)律是什么？
值得指出的是，過(guò)去在氣候系統(tǒng)與陸地水文循環(huán)之間存在一個(gè)誤區(qū)，即長(zhǎng)期以來(lái),水文學(xué)者把氣候看作是靜態(tài):一個(gè)地區(qū)的氣候是指某種統(tǒng)計(jì)的平衡,WMO規(guī)定系列30年的平均作為準(zhǔn)平均,用極差/標(biāo)準(zhǔn)差描述氣候變異。對(duì)陸地水文過(guò)程研究方面，認(rèn)為長(zhǎng)序列水文均值是穩(wěn)定不變的，年徑流出現(xiàn)的豐、枯現(xiàn)象，被看作圍繞均值的周期變化。水利（水資源）工程設(shè)計(jì)：要求的水文計(jì)算都是以幾十年-幾百年時(shí)間尺度的水文過(guò)程穩(wěn)定不變?yōu)榍疤帷Ｎ磥?lái)被看作是過(guò)去的重復(fù)或外延。例如，水資源的保證率有W75% ，W50% 等；設(shè)計(jì)洪水有千年設(shè)計(jì)和萬(wàn)年校核等。另一方面，在氣候/天氣過(guò)程研究中，長(zhǎng)期以來(lái) 氣候?qū)W者把陸地水文看作是靜態(tài)，氣候/天氣過(guò)程研究?jī)H僅到降水為止，較少研究流域水文循環(huán)動(dòng)力機(jī)制與反饋?zhàn)饔�。例如�?天氣模式研究中僅設(shè)置若干參數(shù)代替水文過(guò)程變化和空間分布，認(rèn)為陸面水文-生態(tài)的作用也是穩(wěn)定不變的。例如，許多GCMs對(duì)水文循環(huán)作用過(guò)程考慮相當(dāng)粗糙,平面無(wú)徑流聯(lián)系與循環(huán)過(guò)程。但是，現(xiàn)在人們業(yè)已認(rèn)識(shí)：一個(gè)地區(qū)的氣候 /水文循環(huán)過(guò)程并不處在統(tǒng)計(jì)的平衡狀態(tài)，而是以不同尺度變化（年際、十年際、百年際-千/萬(wàn)年際變化）。決定氣候變化因子不僅僅是大氣內(nèi)部的過(guò)程，還有大氣上邊界（太陽(yáng)行星系統(tǒng)）和下邊界（陸地水文-生態(tài)、海洋系統(tǒng)）的各種物理化學(xué)過(guò)程。20世紀(jì)科學(xué)研究與進(jìn)展顯示：陸面生態(tài)系統(tǒng)對(duì)大尺度水文循環(huán)有十分重要的反饋?zhàn)饔谩Ｒ虼�，全球變化�?duì)水文水資源的影響是21世紀(jì)水文科學(xué)研究的前沿問(wèn)題之一。因此，特別需要大力加強(qiáng)水文學(xué)家與大氣物理學(xué)家的聯(lián)系與合作，積極開(kāi)展“全球-陸地-區(qū)域-流域尺度水文循環(huán)”科學(xué)基礎(chǔ)的研究。
問(wèn)題2 人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水循環(huán)水資源的影響
人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水循環(huán)及水資源有那些主要影響？人類(lèi)活動(dòng)如何對(duì)水的變化規(guī)律產(chǎn)生影響？有什么地區(qū)、區(qū)域特征規(guī)律？如何量化人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水循環(huán)水資源的變化及影響？這是近代水科學(xué)面臨的主要科學(xué)問(wèn)題。在IGBP科學(xué)大會(huì)上，特別強(qiáng)調(diào)土地利用/覆被變化與水循環(huán)、碳循環(huán)的關(guān)系。需要研究從“點(diǎn)”-“典型流域“的水循環(huán)機(jī)理、水文循環(huán)與生態(tài)系統(tǒng)的相互作用、地表水與地下水交換的相互作用，“大氣-土壤-植被”界面過(guò)程中的物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化規(guī)律；開(kāi)拓流域水文循環(huán)過(guò)程中的非線(xiàn)性機(jī)制研究；創(chuàng)新“分布式流域水文循環(huán)模型”，量化區(qū)域水文循環(huán)演化與土地利用/土地覆被影響關(guān)系，為認(rèn)識(shí)陸地表層生命物質(zhì)過(guò)程的提供重要的基礎(chǔ)科學(xué)支撐。
結(jié)合中國(guó)的實(shí)際背景，人類(lèi)活動(dòng)影響是驚人的。例如，在中國(guó)南方的長(zhǎng)江流域，建國(guó)后洞庭湖圍墾1700余平方公里；鄱陽(yáng)湖圍墾1400余平方公里；荊北所有通江湖泊被堵閉，減少調(diào)蓄長(zhǎng)江洪水面積約5700余平方公里。建國(guó)后，長(zhǎng)江中下游地區(qū)約有 1/3以上湖泊面積被墾殖；損失湖泊面積13000 余平方公里，相當(dāng)于五大淡水湖泊面積總和的1.3 倍；損失湖泊容積500億立方米左右，相當(dāng)于三峽水庫(kù)調(diào)蓄庫(kù)容的 5.8 倍，淮河年徑流1.1 倍。建國(guó)后，中游長(zhǎng)江干流河道內(nèi)的江洲河灘幾乎全部被圍墾。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，圍墾面積約1213平方公里；城陵磯至螺山江段河床變遷劇烈，泥沙淤積問(wèn)題嚴(yán)重。98洪水后，國(guó)家提出治理長(zhǎng)江32字方針：“封山育林、退耕還林、移民建鎮(zhèn)、以工代賑、退田還湖、平垸行洪、加固干堤、疏浚河道”。但是，如何退田還湖？如何平垸行洪？認(rèn)識(shí)人類(lèi)活動(dòng)（湖區(qū)開(kāi)發(fā)、三峽工程）對(duì)水循環(huán)關(guān)系影響水科學(xué)基礎(chǔ)問(wèn)題，都是十分重要又十分現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。
在中國(guó)北方，人類(lèi)活動(dòng)劇烈。例如，在華北地區(qū)，水文循環(huán)機(jī)理比較復(fù)雜，它不僅與陸地表層系統(tǒng)中各種自然地理要素時(shí)空分布密切相關(guān)，而且與農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)、都市化等土地利用/土地覆被直接相聯(lián)。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類(lèi)活動(dòng)改變了水循環(huán)自然變化的空間格局和過(guò)程，加劇了水資源形成與變化的復(fù)雜性。過(guò)去有關(guān)部門(mén)在華北水資源方面做了相當(dāng)?shù)墓ぷ�。但是，在華北地區(qū)究竟缺多少水等基礎(chǔ)方面仍分歧較大。有人認(rèn)為在華北通過(guò)自身的節(jié)水和提高用水效率可以解決水資源的需求問(wèn)題；有人認(rèn)為即使南水北調(diào)也不能從根本上解決北方缺水問(wèn)題。爭(zhēng)論問(wèn)題的科學(xué)問(wèn)題焦點(diǎn)是：在自然變化和人類(lèi)活動(dòng)的綜合影響下華北地區(qū)水循環(huán)演化規(guī)律是什么？如何科學(xué)測(cè)算華北地區(qū)可供水資源量？華北地區(qū)節(jié)水的潛力究竟有多大？如何保障華北地區(qū)的水資源安全？爭(zhēng)論的原因是：自然變化和人類(lèi)活動(dòng)加劇情況下的華北地區(qū)水循環(huán)演變格局與過(guò)程機(jī)理，有待重新認(rèn)識(shí)；受人類(lèi)活動(dòng)影響等變化環(huán)境下的華北地區(qū)水資源可利用量的測(cè)算科學(xué)依據(jù)不很充分；水資源安全與生態(tài)需水、節(jié)水潛力、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的量化關(guān)系需要研究。因此，開(kāi)展自然變化和人類(lèi)活動(dòng)影響下的水循環(huán)及水資源安全研究，具有十分重要的科學(xué)意義和研究?jī)r(jià)值。
總之，21世紀(jì)水科學(xué)的挑戰(zhàn)問(wèn)題是：迫切需要回答的科學(xué)問(wèn)題是陸地水循環(huán)演化格局、過(guò)程與機(jī)理，即：
·如何對(duì)水、碳和能量在土壤~植被~大氣界面交換中的變化進(jìn)行認(rèn)識(shí)？
·變化環(huán)境下的水文循環(huán)時(shí)空演化有哪些特征規(guī)律？如何識(shí)別和量化？
·水循環(huán)物理過(guò)程在不同尺度（宏觀/中觀/微觀）是如何聯(lián)系、影響與作用的？
·如何評(píng)價(jià)那些由于土地利用及土地覆被變化而導(dǎo)致的陸面性質(zhì)的改變，這些變化又影響陸地水循環(huán)過(guò)程變化和空間格局的變化？
回答上述問(wèn)題，迫切需要建立認(rèn)識(shí)陸地水循環(huán)演化格局的空間信息支撐系統(tǒng)、陸地水循環(huán)過(guò)程變化的實(shí)驗(yàn)研究支撐系統(tǒng)和可定量描述自然變化/人類(lèi)活動(dòng)影響的分布式水循環(huán)模型等。這需要在充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，開(kāi)展國(guó)家水平/國(guó)際間的水文科學(xué)實(shí)驗(yàn)、變化環(huán)境下的水文水資源理論創(chuàng)新研究。這是21世紀(jì)水科學(xué)發(fā)展面臨的新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)！
致 謝：本文系國(guó)家自然科學(xué)基金委資助項(xiàng)目（49971017）和科學(xué)院2000年“百人計(jì)劃”中有關(guān)的國(guó)際前沿研究與展望研究?jī)?nèi)容，得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和科學(xué)院地理科學(xué)與資源所的資助，對(duì)此表示衷心的感謝！
