搜索
第14章开发大西北是党中央面向新世纪做出的重大战略决策，但水资源短缺是制约我国西部大开发的关键因素和瓶颈。如何解决水资源和环境生态问题关系到西部大开发的成败。一、中国西部地区概述二、中国西部地区水资源现状及相关生态环境问题三、中国西部大开发对水资源的需求四、区域水循环研究五、中国西部空中水资源的开发利用目录一、中国西部地区概述范围：西北、西南十个省、直辖市和以及内蒙、广西两自治区等12个省市区(2000年国务院第33号文件)位置：73?25′E-126?04′E，20?54′N-53?23′N之间，跨越53个经度和32个纬度以上面积：687.86万km2，占全国陆地总面积的71.65%(2001年中华人民共和国行政区划简册)人口：3.55亿，占总人口的27.41%(2000年全国第五次人口普查)青藏高原塔克拉玛干沙漠珠穆朗玛峰四川盆地河西走廊准噶尔盆地黄土高原阿拉善高原兰新铁路/乌鞘岭冻土退化导致的铁路变形20世纪80年代以来，季节融化深度普遍增大0.6—1.0米。二、中国西部地区水资源现状及相关生态环境问题(引自胡敦欣,2002)兰新铁路/乌鞘岭冻土退化导致的铁路变形引自夏军（2002）兰新铁路/乌鞘岭冻土退化导致的铁路变形珠穆朗玛峰北坡冰川末端变化(1966—1997)(引自秦大河,2002)冰川退缩长度(m)退缩速度(m/yr)远东绒布冰川2307.4东绒布冰川1705.5中绒布冰川2708.7三、中国西部大开发对水资源的需求在西部地区的开发过程中,生产、生活和生态用水的需求量将大幅度增加。但是，目前水资源短缺，严重制约着西部的开发和全国经济和社会的发展。天我国西部地区近期和中长期需水量与供水量估计（亿m3）西部地区供水、需水预测及长期展望(引自秦大河,2002)200200100四、四、区域水循环过程研究方法区域水循环过程研究方法SVATSVAT系系统观测统观测辐射能量辐射能量观测观测径流实验径流实验同位素水文同位素水文过程试验过程试验自然（气候）变化对陆面水文生态系统的作用研究自然（气候）变化对陆面水文生态系统的作用研究GCMs宏观尺度模式GCMs宏观尺度模式生态－水文模型生态－水文模型聚解/聚合（再参数化）聚解/聚合（再参数化）(低分辨率)(高分辨率)观测资料与信息大气陆面人类活动影响流域水循环与生态环境耦合：分布式模拟流域水循环与生态环境耦合：分布式模拟RSGIS3S3S技术技术环境变化下的水循环境变化下的水循环及地表过程机理环及地表过程机理人类经济活动与用水方式水资源调控水资源调控//生态修复生态修复气候、来水变化关键科学问题关键科学问题认识产生水问认识产生水问题的成因题的成因目标准则：可持续发展生态质量气候变化社会经济目标准则目标准则：可持续发展生态质量气候变化社会经济区域区域水循环及生态环境修复综合模拟系统研究水循环及生态环境修复综合模拟系统研究GPSRSGIS33SS技术技术模型计算图形模拟仿真水循环及生态环境模型集模拟仿真虚模拟仿真虚拟现实系统拟现实系统利用利用33SS技术与虚拟现实技术建立华技术与虚拟现实技术建立华北地区生态环境修复模拟仿真系统北地区生态环境修复模拟仿真系统数据库研究内容研究内容健全的水循环健全的水循环系统评价技术系统评价技术缺水问题解决的最佳方案缺水问题解决的最佳方案健全水循环系统原理集成健全水循环系统原理集成水生态环境修复措施水生态环境修复措施水系格局调整设想与建议水系格局调整设想与建议水生态环境治理对策水生态环境治理对策海水淡化方案海水淡化方案农业/城市节水措施农业/城市节水措施地下水调控/回补方案地下水调控/回补方案洪水资源利用洪水资源利用南水北调工程调水方案南水北调工程调水方案区域缺水及生态环境修复的调控对策研究区域缺水及生态环境修复的调控对策研究研究内容研究内容调水调水//节水各节水各技术途径评价技术途径评价多水源优化多水源优化配置理论配置理论可持续发展目标系统可持续发展可持续发展目标系统目标系统p地下水输水总干渠1.高、低水库来水充库，余水供水2.引汉水供水、充库3.高、低水库供水（泵站抽水充库）4.地下水供水泵站高、低库供水高、低库充库水量引汉供水量引汉充库水量高库供水低库供水量高、低库充库余水供水量地下水供水量首次充库水位正常蓄水位限供水位首次充库水位正常蓄水位限供水位调水工程水量调配非汛期调蓄研究分水闸低库高库o输水总干渠1.高、低水库来水充库，余水供水2.供水后余水继续充库3.高库余水充低库4.引汉水充低库泵站分水闸首次充库水位汛限水位限供水位首次充库水位汛限水位限供水位高库低库调水工程水量调配汛期调蓄研究基于水资源的最佳景观生态基于水资源的最佳景观生态格局？格局？水循环在西北生态环境形成与演变中的作用与机制？水与生态环境变化的制约关系研究水与生态环境变化的制约关系研究人为的作用？人为的作用？全球气候变化的作用？全球气候变化的作用？干旱与缺水条件下的最佳水干旱与缺水条件下的最佳水资源配置方案？资源配置方案？生活用水生产用水生态用水分配配水环境承载力生态安全阈值城市化规模……图1量化水资源承载力的系统关系示意流域水循环系统流域水资源量W生态系统可供水资源量Ws生态需水We社会经济系统Σ需水WD自然变化供需关系水资源承载力F人类活动人口数人口数//亿亿mm33GDP/GDP/亿亿mm33净福利净福利//亿亿mm33大气海海洋洋陆地人类人类活动活动地表地表地下地下生生态态水碳水碳全球增暖科学问题技术支撑国家需求：华北地区缺水与生态环境恶化；西部地区水资源承载力；长江流域水环境演变规律；………………大气－陆面－水文耦合及尺度问题；全球变化的水－碳循环问题；数据库试验古气候数值模拟3S技术野外实验流域及台站降雨径流模拟实验室降雨径流模拟实验室大型室内物理模拟场地坡面径流实验场流水地貌模拟实验室流水地貌模拟实验室河道地貌实验厅流水地貌模拟实验室流水地貌模拟实验室河道地貌实验厅专利仪器准直热辐射源物体方向比辐射率测量仪准直热辐射源物体方向比辐射率测量仪漫射热辐射源物体方向比辐射率测量仪漫射热辐射源物体方向比辐射率测量仪新型通风干湿表新型通风干湿表换位式波文比观测仪换位式波文比观测仪专利仪器准直热辐射源物体方向比辐射率测量仪准直热辐射源物体方向比辐射率测量仪漫射热辐射源物体方向比辐射率测量仪漫射热辐射源物体方向比辐射率测量仪新型通风干湿表新型通风干湿表换位式波文比观测仪换位式波文比观测仪先进的实验观测先进的实验观测仪器设备仪器设备仪器研制，有自仪器研制，有自己的专利产品己的专利产品发挥仪器设备发挥仪器设备的多用效益的多用效益仪器设备的利用、研制与维护仪器研制与维护管理仪器研制与维护管理的人才队伍的人才队伍流域过程耦合流域过程耦合坡面与河坡面与河流耦合流耦合河流与流河流与流域耦合域耦合SVATSVAT与与坡面耦合坡面耦合气候影响气候影响耦合耦合信息科学信息科学资源科学资源科学地理科学地理科学流域分布式模拟流域分布式模拟流域平台流域平台““土壤土壤--植植被被--大气大气””界面过程界面过程坡地水坡地水土过程土过程流域水循环流域水循环系统过程系统过程气候变化影响气候变化影响人类活动影响人类活动影响地下水开采农业开发“土壤-植被-大气”界面过程坡地水土过程河流水沙过程流域水循环系统过程河流水河流水沙过程沙过程气候变化人类活动都市开发局部尺度局部尺度坡地坡地//河流尺度河流尺度流域尺度流域尺度四个过程联系四个过程联系陆陆--海通量作用海通量作用流域水循环动力学过程流域水循环动力学过程同位素水文学同位素水文学非线性系统理论非线性系统理论河流水沙物质输移过程河流水沙物质输移过程河流地貌理论体系河流地貌理论体系物质迁移演变规律物质迁移演变规律坡面水土过程坡面水土过程微观微观SVATSVAT过程过程流域水循环及地表过程流域水循环及地表过程分布式数值模拟分布式数值模拟重重点点研研究究方方向向水、热、溶质迁移水、热、溶质迁移水-土-生态作用水-土-生态作用山坡水文过程山坡水文过程坡面产沙过程坡面产沙过程河流水沙输移河流水沙输移“土壤-植被-大气”界面过程““土壤土壤--植被植被--大气大气””界面过程界面过程不同覆被条件坡面水土过程不同覆被条件不同覆被条件坡面水土过程坡面水土过程水文时空变化非线性过程与尺度转化机理水文时空变化非线性过程与尺度转化机理水资源可再生性及水循环调控水资源可再生性及水循环调控流域水循环过程流域水循环过程流域水循环过程水土流失等生态环境修复水土流失等生态环境修复旱涝自然灾害减灾防灾旱涝自然灾害旱涝自然灾害减灾防灾减灾防灾河网水文-地貌响应陆地水循环及其地表过程耦合的关系研究陆地水循环及其地表过程耦合的关系研究河流水沙过程河流水沙过程河流水沙过程五、中国西部空中水资源的开发利用广义水资源与狭义水资源概念GJTT=+=+-++GJT其中W:广义水资源;W:降水资源大气形成降水部分;W:天空水资源空中云水资源未形成降水部分;R:地表水资源湖泊河流等;Q:地下水资源;D:地表水与地下水互相转化的重复水量;J:土壤水.广义水资源的概念定义为：问题的提出西部大开发，作为新世纪的战略任务已经引起全社会的广泛关注。人们已达成共识是，西部开发——水是关键——如何解决水资源问题。我国西部大部分地区自然降水稀少，蒸发量大，属于干旱半干旱气候区。实施大开发，大至交通、水利等基础产业，小到个体农户退耕还林、植树种草，无不以该地区有多少可用水资源为前提条件。可用水资源由大气降水、地表水、地下水和冰川、雪原组成。当前，人们对地表与地下找水工程已开展了大量工作，但空中水资源的开发利用还有很大潜力。大气降水在水资源中具有十分重要的作用。若以人类生存、工农业需水的主要水源——地表水为例，其总储量约为140万亿立方米，补给更新的周期约为400年，而大气降水量约是天空水量的1-2%，约为0.28-0.56万亿立方米，在地表水的一次更新周期中，大气降水却已更新了1.68×,更新水量达(4.7-9.4)万亿立方米，它是地表水总两的33.6-67.1倍。从卫星云图上可见，我国西部高原上空是一个湿池，并且积云活动也十分频繁。410310×在西部开发中，水环境的有效利用除对地表水、地下水和冰川、雪原的“开源节流”外，应重视空中水资源的开发利用。科学的规模化人工增雨、雪是空中水资源开发的一项创新性的“开源措施”。与引水调水工程相比，人工增雨、雪投资少，见效快。无疑这就是西部大开发中大气找水工程问题的提出。空中水资源的开发首先是一个气象工程，既要研究西部地区大气中水的储量又要研究开发空中水资源的科学方法等。空气柱中总水汽量一个地区所凝结降落至地面的水量，只能来自该地区大气中的水汽，所以人们把大气柱中的水汽总含量称为可降水量。可表示为：式中g为重力加速度，q(p)为随大气压力变化的比湿，p为大气压力，p0和pz分别为地面和高度处的气压值。()∫-=zppdppqgW01平均风场的水汽输送量任何地区任何一次降水过程，都不可能把该地上空气柱内的水汽全部变成雨、雪降至地面。任何一次降水过程所凝结成雨、雪降至地面的水汽，也并非仅仅来自上空的气柱。大气在运动过程中不停地在进行着水汽的输送和交换，降水过程所消耗的空中水汽，大部分是从水汽丰沛的地区输送来的。大气中平均风场的水汽通量为：式中为各层平均风速，为各层平均比湿。将有关资料代入，即可算出我国西部地区平均风场的水汽通量。()∫-=zppTdppqVgQ01V()pq空中水汽的输送量为：∫=ttTWdtQQ0空中可开发的水汽量为：式中为空中水汽的液化系数；为云的可播概率；为空中水汽总输送量。液化系数：反映空气柱中水汽的液化程度，可用液态水在水汽总量中所占的比例表示，即SQQ21dd=1d2dSQ总水汽量液态水量==WL1d水汽的总凝结率：式中C为总凝结率；R*为普适气体常数；w为空气上升速度；P为气压；e为水汽压；Md为干空气质量；Mw为湿空气质量；g为重力加速度；T为温度；L为凝结潜热。P,e,T可由探空资料得到，W可由连续方程求得。()[]dveMPTR