4.王浩—水资源全过程动态评价理论方法与实践

1水资源全过程动态评价理论方法与实践全球变化与生态水文过程水资源全过程动态评价理论方法与实践2009年9月武汉王浩院士中国水利水电科学研究院Tel:010-68785602Fax:[phone]CellPhone:13910220531Email:[e-mail]2009水资源与可持续发展高层论坛2009水资源与可持续发展高层论坛2水资源全过程动态评价理论方法与实践结论与展望变化环境下水资源评价革新的实践需求汇报提纲水资源全过程动态评价理论方法与实践水资源全过程动态评价理论与方法水资源全过程动态评价应用实践3水资源全过程动态评价理论方法与实践前言1988年《水资源评价活动—国家评估手册》中规定：水资源评价是指对资源的来源、范围、可依赖程度和质量进行确定，据此评估水资源利用和控制可能性。联合国科教文组织UNESCO世界气象组织(WMO)水资源评价的概念什么是水资源评价？4水资源全过程动态评价理论方法与实践1992年修改为为了水的利用和管理，对水资源的来源、范围、可依赖程度和质量进行确定，据此评估水资源利用、控制和长期发展的可能性联合国科教文组织UNESCO世界气象组织(WMO)水资源评价的概念水资源评价的概念有什么发展？前言5水资源全过程动态评价理论方法与实践按流域或地区对水资源的数量、质量、时空分布特征和开发利用条件作出全面的分析估价，是水资源规划、开发、利用、保护和管理的基础工作，为国民经济和社会发展提供水决策依据中国资源科学百科全书·水资源学水资源评价的概念水资源评价对可持续发展有什么作用？前言6水资源全过程动态评价理论方法与实践水资源评价的重要性水资源评价的重要性基础资源战略资源时空分布不均水资源短缺水生态/环境恶化天然条件现代化进程水问题河道断流解决问题的思路、方法和理念改变满足国家需求地表水地表水地下水地表水土壤水地下水水资源评价前言数量评价质量评价效率评价7水资源全过程动态评价理论方法与实践水资源评价有那些难点？从影响因素看：气候变化和人类活动驱动下垫面条件变化剧烈用水急剧增加气候逐渐变暖局地微地势和地貌改变，影响流域产汇流过程影响了包气带特性，地表水地下水水量交换特性引起降水、径流及蒸发的时空分布特性改变水资源评价主要存在的难点如何评价人类活动影响下的水资源演变从研究对象看：水的流动性和不断循环转化从观测手段看：复杂性和不确定性8水资源全过程动态评价理论方法与实践变化环境下水循环系统发生了深刻变化（1）水资源评价理论与方法革新的实践需求全球变化和日趋增强的人类水土资源开发活动，改变了水循环及伴生水化学、水生态及水沙过程演变的动力学机制，水循环速率加快，水循环系统的不稳定性增强，干旱洪涝等极值过程发生频率加大。水沙过程变化辐射能量变化降水变化气温变化大气动力过程变化海平面上升冰川退缩/海冰融化海水入侵水循环变化植被变化土壤理化生性状态变化水资源变化水环境变化水生态变化大气构成物质变化CO2、CH4、N2O、H2O、气溶胶等极值过程如洪水、干旱、热浪、寒潮频率增加9水资源全过程动态评价理论方法与实践水资源评价理论与方法革新的实践需求变化环境下水循环系统发生了深刻变化（2）全球水循环速率显著加快，降水的时空结构、过程及特性均发生了深刻变化我国“北旱南涝”的整体态势加剧干旱发生风险高于洪涝发生风险;部分地区干旱与洪涝并存0500100015002000250030001951195319551957195919611963196519671969197119731975197719791981198319851987198919911993199519971999200120032005干旱洪涝线性(干旱)线性(洪涝)全球水循环“北旱南涝”情势干旱洪涝成灾面积10水资源全过程动态评价理论方法与实践水资源评价理论与方法革新的实践需求变化环境使得水资源系统发生改变（1）全球/气候变化（趋势性、周期性、突变性等）人类活动降水减少气温升高能量变化流场（风）变化土地资源开发能源开发其他开发活动有效降水/土壤水减少可调控水资源减少可调控水资源格局变化生产需水增加生活需水增加生态需水增加保证率要求提高水资源配置与调度供应侧需求侧变化外调水源保障情况全球变化和人类活动从供水、需水及水资源配置与调度等方面深刻影响到水资源系统。11水资源全过程动态评价理论方法与实践水资源评价理论与方法革新的实践需求变化环境使得水资源系统发生改变（2）50年代60年代70年代80年代90年代1956－1979年1980－2000年全国-2.9-0.2-2.1-1.04.1-1.41.7松花江区23.15.1-27.08.83.6-5.36.1辽河区4.613.0-5.7-5.1-3.73.8-4.4其中：辽河流域19.04.0-10.1-5.53.70.6-0.7海河区55.915.26.7-30.8-12.218.5-21.1黄河区4.112.7-4.16.0-14.84.3-4.9淮河区16.710.8-4.1-7.0-5.95.6-6.4其中：淮河水系17.43.6-11.57.0-5.5-0.40.4沂沭泗水系22.016.84.5-30.1-0.1312.6-14.4山东半岛3.4240.521.9-43.6-18.326.6-30.4长江区-6.8-2.1-2.92.05.2-3.23.7东南诸河区3.3-8.7-1.7-0.79.0-3.84.4珠江区-6.7-5.75.5-3.35.6-1.21.4西南诸河区-7.75.1-0.8-5.13.60.5-0.6西北诸河区2.30.6-4.3-1.94.3-1.11.3各年代地表水资源量距平表全球变化和人类活动的影响下，流域或区域水资源的构成、数量、质量特征均发生了深刻变化；且其演变的不确定性特征在增强。需对水资源进行全过程动态评价。12水资源全过程动态评价理论方法与实践水资源评价理论与方法革新的实践需求变化环境使得水资源系统发生改变（3）010002000300040005000600019401950196019701980199020002010年份亿m3我国1949～2005年用水量变化随着人类水土资源开发活动的深入，水资源需求呈快速增长趋势；提高水资源利用效率与效益，压缩需求，开展节水防污型社会建设是变化环境下水问题综合应对的核心，而水资源效率与效益评价则是其首要基础。13水资源全过程动态评价理论方法与实践水资源评价理论与方法革新的实践需求水资源评价历史演变及特征—国外情况(1)19世纪中叶初期评价阶段水文观测资料整理早期评价阶段20世纪前期水资源分区评价苏联《水册》美国第一次水资源评价现代评价阶段20世纪中期起供需分析、预测美国第二次水资源评价阶段划分时间基本内容代表实践19世纪中叶初期评价阶段水文观测资料整理早期评价阶段20世纪前期水资源分区评价苏联《水册》美国第一次水资源评价现代评价阶段20世纪中期起供需分析、预测美国第二次水资源评价阶段划分时间基本内容代表实践14水资源全过程动态评价理论方法与实践对比项UNESCO美国俄罗斯英国日本评价对象河川径流量地下水资源量河川径流量河川径流量地下水动态河川径流量地下水动态水资源赋存量（理论最大可利用量）评价模式水质/水量分离地表/地下分离水质/水量分离单一地表水评价水质/水量分离单一地表水评价水质/水量分离单一地表水评价水质/水量分离地表/地下分离评价手段实测汇总分析为主要手段，提出模型开发实测汇总分析为主要手段观测信息登记与调查统计监测信息统计与调查统计实测汇总与水收支分析为主要手段，提出模型开发时空单元空间流域行政区或流域行政区或流域行政区或流域行政区或流域时间年年年年年人类活动影响处理方式还原方法还原方法提出一致性处理还原方法还原方法还原方法水资源评价历史演变及特征—国外情况(2)水资源评价理论与方法革新的实践需求15水资源全过程动态评价理论方法与实践1963年水文资料整理1980年第一次水资源评价《中国水文图集》《中国水资源评价》2001年第二次水资源评价评价大纲制定时间基本内容代表性实践时间基本内容代表性实践水资源评价历史演变及特征—国内情况(1)水资源评价理论与方法革新的实践需求16水资源全过程动态评价理论方法与实践对比项国内现行评价方法评价对象原来只评价地表水和地下水，目前开始评价国民经济可利用量评价模式分离评价模式，地表－地下水/水量－水质，未涉及效用评价定量手段以“实测－还原－汇总”为基本过程，含经验成分时空单元空间流域套行政区时间年人类活动影响不能考虑单项人类活动影响，通过还原消除人类活动影响或通过一致性处理进行修正水资源评价历史演变及特征—国内情况(2)水资源评价理论与方法革新的实践需求17水资源全过程动态评价理论方法与实践水文站（实测）水文站（天然）还原修正多年径流深等值线图出入境水量主要控制站月年径流量代表站天然径流月分配计算分区天然年径流流域三级区地级行政区参数特征值一元静态模式：实测——还原——建模——调控现状水资源评价及存在问题（1）水资源评价理论与方法革新的实践需求18水资源全过程动态评价理论方法与实践现状水资源评价及存在问题（2）水资源评价理论与方法革新的实践需求单一评价口径径流性水资源评价模式一元静态认知模式分离式评价集总式评价时间尺度局限评价方法实测-还原-修正验证方法降水-径流19水资源全过程动态评价理论方法与实践全过程动态水资源评价是重大实践需求水资源评价理论与方法革新的实践需求传统水资源评价理论与方法难以系统、客观地描述变化环境下水资源的演变特征，也不能满足变化环境下水问题综合应对的实践需求，尚待对水资源演变驱动机制进行系统剖析的基础上，进行全过程动态评价。20水资源全过程动态评价理论方法与实践天然循环系统人工侧支系统蒸发蒸腾积雪融雪产流地下水坡地汇流田间灌溉水库池塘下水道渠道输水河网汇流入渗能量平衡土壤水引水工程人工排水地下抽水城市供水污水处理水资源全过程动态评价理论基础—“自然-人工”二元水循环理论水资源全过程动态评价理论与方法21水资源全过程动态评价理论方法与实践基于“二元”模式的水资源评价总体框架水资源全过程动态评价理论与方法实测－还原－建模－调控一元模式天然水循环和人工侧支循环的动态相互作用被消除人类活动影响被消除实测－分离－耦合－建模－调控二元模式显式考虑人类活动对水资源量的影响22水资源全过程动态评价理论方法与实践水资源全过程动态评价体系结构（1）层次化水量评价循环效用评价水量水质联合评价广义水资源狭义水资源三个层面生态需水量生态效用经济效用二元水循环模式国民经济可利用量降水资源实际用水量实际耗水量高效水量低效水量水资源全过程动态评价理论与方法23水资源全过程动态评价理论方法与实践自然属性有效性水资源属性社会属性经济属性环境属性评价准则可控性可再生性广义水资源狭义水资源国民经济可利用量评价口径水资源全过程动态评价体系结构（2）水资源全过程动态评价理论与方法24水资源全过程动态评价理论方法与实践工程开发消耗量径流开源潜力生态需水通量非径流性有效水分通量无效降水量年降水通量水资源潜力有效降雨通量广义水资源量径流通量狭义水资源量允许耗用通量国民经济可利用量工程耗用通量工程控制量不同口径的水循环通量不同口径资源的层次化构成层次化水资源定义水资源全过程动态评价体系结构（3）水资源全过程动态评价理论与方法25水资源全过程动态评价理论方法与实践数量与效率评价—总体框架水资源全过程动态评价理论与方法以降水为基础，按照四水转化的结构，分析降水转化结构中不同组成的资源属性。26水资源全过程动态评价理论方法与实践在降水通量下的平衡方程式为：P=R＋En＋Ug＋Qc±△VEgEsuD多年平均＝0P=R＋D＋Esu地表蒸散发狭义水资源可见广义水资源量主要是区分出地表蒸散发的有效和无效数量与效率评价—广义水资源评价（1）水资源全过程动态评价理论与方法27水资源全过程动态评价理论方法与实践耕地蒸发林地蒸发草地蒸发居工地蒸发水域蒸发未利用土地蒸发根据土地