摘要：華北缺水及其日趨嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境變化是中國首要解決的問題之一。目前，由于山區(qū)與平原徑流明顯減少和過量開發(fā)水資源，業(yè)已造成了地下水漏斗、平原區(qū)河道干涸、湖泊濕地萎縮、地表和地下水污染等生態(tài)環(huán)境惡化問題，嚴(yán)重影響到華北地區(qū)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，通過國內(nèi)外學(xué)科前沿進(jìn)展綜述，指出華北地區(qū)缺水及其導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境惡化問題背后的自然和人文因素作用與發(fā)展演化的背景，強(qiáng)調(diào)高強(qiáng)度人類活動作用下的水循環(huán)基礎(chǔ)研究的重要性，提出華北地區(qū)水資源安全的水循環(huán)基礎(chǔ)與應(yīng)用問題研究的若干建議與思考。研究自然和人類活動雙重作用下的華北地區(qū)水循環(huán)過程，水體運(yùn)動與污染物質(zhì)輸移及其與生態(tài)環(huán)境演變耦合機(jī)制，闡明華北地區(qū)“河道斷流，水體污染，濕地消失，地下水枯竭”的成因規(guī)律，特別是人類活動的驅(qū)動分量，提出生態(tài)環(huán)境修復(fù)的理論基礎(chǔ)，不僅對變化環(huán)境下流域水環(huán)境演變的地學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)前沿研究有重大的學(xué)術(shù)價值，而且對中國可持續(xù)發(fā)展和社會進(jìn)步具有重要的戰(zhàn)略意義。

　　關(guān)鍵詞：華北地區(qū) 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(qū)嚴(yán)重的水問題

　　華北地區(qū)是我國政治、經(jīng)濟(jì)和文化的中心。華北平原2000年人口4.37億，占全國34.8%；GDP3.13萬億元，占全國32.3%；農(nóng)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(qū)[1-4].海河流域多年平均水資源總量約為419億m³，人均水資源占有量僅為335 m³，不足全國1/6，世界的1/24.

　　從自然背景看，華北地區(qū)十年九旱，尤其1972、1999、2000年華北大旱，出現(xiàn)了嚴(yán)峻的缺水局面，不得不采取“棄農(nóng)、壓工、保生活”的供水措施。從人文背景看，華北地區(qū)尤其是海河流域，人類活動強(qiáng)度之大、水資源開發(fā)利用程度之高為舉世矚目。20世紀(jì)60年代，大力開展水利工程建設(shè)，開發(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，開始爭奪地下水。90年代，隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展人口的增加，水資源嚴(yán)重不足導(dǎo)致超采地下水、爭奪雨水。按照國際標(biāo)準(zhǔn)，合理的水資源開發(fā)利用程度一般為40%左右。然而，目前海河流域的水資源開發(fā)利用程度已經(jīng)超過了90%.高強(qiáng)度的水資源開發(fā)利用導(dǎo)致該地區(qū)水資源供需嚴(yán)重失衡。目前，海河流域河川徑流衰減十分嚴(yán)重。地下水虧空接近900億m³.現(xiàn)狀年缺水80多億m³，主要靠超采地下水和利用不合標(biāo)準(zhǔn)的廢污水來解決。

　　水資源的短缺不僅影響國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且還導(dǎo)致華北地區(qū)尤其是海河流域嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題[3].突出表現(xiàn)在：

　　1.1 山區(qū)來水大量減少，水資源量衰減嚴(yán)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年期間平均來水量11.3億m³，但到1985-1995年期間平均來水量已衰減到2.7 億m³，僅為前者1/4.兩個時期的流域平均降水量卻相當(dāng)（407.5mm）。密云水庫來水減少的趨勢也十分嚴(yán)重，相比1960-1979年段，1980-1997年的平均來水量已減少了4億m³.山區(qū)水源地來水量的大量減少，給城市和中下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來極大的危害。

　　1.2 地下水過量開采，部分地區(qū)已經(jīng)枯竭

　　到目前，華北城市化地區(qū)地下水超采嚴(yán)重，范圍已近9萬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(dá)4.1萬km²的淺層地下水漏斗區(qū)，其中1萬km²范圍的含水層已疏干；形成了以天津、衡水、滄州、廊坊等多個城市為中心、面積達(dá)5.6萬km²整體連片的深層地下水漏斗區(qū)。地下水枯竭直接威脅華北城市平原地區(qū)的安全用水儲備，同時引起嚴(yán)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(qū)多數(shù)中下游河道枯竭斷流，失去了地下水補(bǔ)給、輸沙、排鹽等作用。土地退化、濕地萎縮等生態(tài)問題十分嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計，總長1萬km的河長中，有4000km河道干涸。海河流域內(nèi)194個萬畝以上天然湖泊、洼淀現(xiàn)在大多已經(jīng)干涸。入海水量由20世紀(jì)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(tǒng)已由開放型向封閉型和內(nèi)陸型方向轉(zhuǎn)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(yán)重

　　目前，水污染已由20年前的局部河段發(fā)展到現(xiàn)在的全流域，由下游蔓延到中上游，由城市擴(kuò)散到農(nóng)村，由地表侵入地下。據(jù)統(tǒng)計，近年來海河流域的廢污水排放量每年高達(dá)60億噸。官廳水庫因水質(zhì)惡化，被迫于1997年開始退出生活供水。流域內(nèi)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(nóng)作物造成污染。

　　產(chǎn)生華北地區(qū)水生態(tài)環(huán)境變化有多方面原因，但核心問題是“水”，即在自然和人類活動作用下的華北地區(qū)水循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生了“不健全”的問題。例如，華北地區(qū)持續(xù)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(yīng)關(guān)系；城市化過程加速了深層地下水的消耗和水污染問題；流域中眾多的水庫、排洪工程建設(shè)改變了河流自然系統(tǒng)水循環(huán)的流路，減少了中下游地下水的補(bǔ)水與蓄水功能；社會經(jīng)濟(jì)活動的各種用水行為加劇了人工側(cè)支水循環(huán)中的“耗水”強(qiáng)度[17]，人類活動大量超采地下水大大降低了區(qū)域水資源的可再生性。

　　為了緩解華北缺水問題，人們通過各種資源轉(zhuǎn)化技術(shù)和管理措施節(jié)水、通過跨流域調(diào)水增加本地的來水。與自然水循環(huán)系統(tǒng)相比較，現(xiàn)代水文水資源學(xué)科面對的高強(qiáng)度人類活動作用下的“人工”側(cè)支水循環(huán)作用也愈來愈突出。因此，開展變化環(huán)境中的華北地區(qū)水循環(huán)機(jī)理研究，認(rèn)識“不健全”的水循環(huán)過程導(dǎo)致華北地區(qū)缺水、水生態(tài)環(huán)境退化的成因，提出可持續(xù)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(jì)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(chǔ)問題[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(tǒng)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題之一，它與自然變化和人類活動有關(guān)，決定地球水資源形成和環(huán)境的演變規(guī)律[5-9].水資源安全是國際水資源研究的熱點(diǎn)問題，它不僅與水循環(huán)有直接的聯(lián)系，而且關(guān)系到人類及其生存環(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、水的價值以及水的科學(xué)管理問題[10-11]. 因此，人類活動開發(fā)和影響劇烈地區(qū)的水循環(huán)與水資源安全研究，是21世紀(jì)國際國內(nèi)資源環(huán)境學(xué)科領(lǐng)域一個十分重要的方向性問題。

　　在國際上，特別是90年代以后國際有關(guān)組織實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(qū)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，簡稱BAHC）是IGBP的核心之一。進(jìn)入90年代末，變化環(huán)境（即全球變化與人類活動影響）中的水文循環(huán)與水資源的脆弱性研究成為熱點(diǎn)。前沿問題突出反映在：水文循環(huán)的生物圈方面，人類活動影響下的水資源演變規(guī)律，水與土地利用/覆被變化、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的相互作用影響，水資源可持續(xù)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”專著[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(jì)末，不滿足可持續(xù)水資源利用的模式和環(huán)境問題導(dǎo)致嚴(yán)重的水資源安全問題，業(yè)已引起國際各國政府的高度重視。90年代后，日本十分重視稱之為“健全的水循環(huán)系統(tǒng)”研究，即“以流域為整體，以自然變化加健全方式的人類調(diào)控的水循環(huán)方式，將用水、防洪、治污目標(biāo)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，使的水能夠達(dá)到最佳利用的水循環(huán)系統(tǒng)”，例如，日本東京等都市化變化過程中所謂 “健全的水循環(huán)系統(tǒng)”被定義為：需要統(tǒng)一考慮“洪水發(fā)生時”、“平時水需求利用”、“自然環(huán)境保護(hù)的生態(tài)用水”、“發(fā)生地震火災(zāi)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(diào)控。

　　2000年3月，在荷蘭海牙（Hague）召開了“第二屆世界水論壇及部長級會議”。會議主題是：水的安全：從洞察到行動。全世界140多個國家首腦或部長，3000名科學(xué)家出席會議。21世紀(jì)水安全面臨7個主要挑戰(zhàn)：滿足基本需求（meeting basic needs），保護(hù)生態(tài)（protecting ecosystems），食品安全（securing the food supply），水資源共享（sharing water resources），處理災(zāi)害（dealing with hazards），水的價值（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?zé)狳c(diǎn)，受到世界范圍的注目。

　　2001年7月在荷蘭舉辦了兩個大型國際會議[5].一個是由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”。兩大主專題是：（1）一個不斷變化的地球的挑戰(zhàn)：對全球變化的科學(xué)理解；（2）展望未來：地球系統(tǒng)科學(xué)與全球可持續(xù)性。另一個是第6屆國際水文科學(xué)大會。主題是：一個干旱地球新的水文學(xué)。熱點(diǎn)問題有：（1）環(huán)境變化與水文循環(huán)問題。例如，環(huán)境變化作用下的水循環(huán)規(guī)律是什么？如何認(rèn)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(qū)動力是什么？（2）人類活動對水循環(huán)水資源演變的影響。它需要研究：人類經(jīng)濟(jì)活動產(chǎn)生的各種“用（耗）水”和“調(diào)水”行為是如何作用和影響水循環(huán)的自然規(guī)律？它們的作用對水資源產(chǎn)生那些主要影響？有什么地區(qū)、區(qū)域特征規(guī)律？如何量化人類活動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(xù)發(fā)展基本的需求。大會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、水與能源的綜合公里、都市動力學(xué)、可居住城市與水的7個研討會。

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

　　在中國科學(xué)院系統(tǒng)，自60年代以來，不斷加強(qiáng)以禹城綜合農(nóng)業(yè)實驗站、欒城農(nóng)業(yè)生態(tài)實驗站等為代表的華北水資源農(nóng)業(yè)生態(tài)實驗基地建設(shè)[15].在“九五”期間開展了中國科學(xué)院重大項目“中國華北水資源變化與調(diào)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(qiáng)調(diào)了水的問題和水利在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的地位和作用。為了緩解北方缺水的嚴(yán)重問題， 在“水利建設(shè)”方面，指出要加緊南水北調(diào)工程的前期工作，適時建設(shè)跨流域調(diào)水工程，采取多種方式緩解北方地區(qū)缺水矛盾。同時，強(qiáng)調(diào)了“重視水資源可持續(xù)利用”和“加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)”以及“保護(hù)和治理環(huán)境”的問題。國務(wù)院總理朱镕基強(qiáng)調(diào)，必須正確認(rèn)識和處理實施南水北調(diào)工程同節(jié)水、治理水污染和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，務(wù)必做到“先節(jié)水后調(diào)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)保局等四個部委聯(lián)合在國家科技部立項，擬開展“中國水資源安全保障系統(tǒng)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（通過水庫調(diào)度行為等）以及人工降雨利用技術(shù)�，F(xiàn)在國家科技部已經(jīng)批準(zhǔn)立項。

　　總之，從發(fā)展趨勢看，變化環(huán)境的水循環(huán)規(guī)律是當(dāng)今國際水科學(xué)前沿問題，是人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展活動對水資源需求所面臨的新的基礎(chǔ)科學(xué)問題，而水資源供需平衡破壞帶來的用水基本需求得不到滿足、生態(tài)用水被擠占、工農(nóng)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(nèi)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(dāng)?shù)墓ぷ�，但是目前華北缺水問題還沒有真正解決，水生態(tài)環(huán)境問題愈來愈嚴(yán)重。究其原因，除了華北地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)增長、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(chǔ)科學(xué)問題研究不夠。國家在解決華北缺水和遏制嚴(yán)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(chǔ)研究的科學(xué)依據(jù)。這些問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)鍵問題有[16-32]：

　　3.1華北山區(qū)來水減少的成因問題

　　近30年華北山區(qū)來水及水資源量嚴(yán)重衰減，其變化究竟是氣候影響還是人類活動所為？華北山區(qū)人類活動用（耗）水究竟是個什么情況？山區(qū)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(qū)業(yè)已修建大量的水利工程和水保工程，它們究竟在山區(qū)來水大量減少的變化過程中起到什么樣的角色？如何認(rèn)識它們的作用和水源地保護(hù)的關(guān)系？這些問題過去研究較少，其中內(nèi)在的原因和機(jī)制不太清楚。

　　3.2華北城市化地區(qū)水循環(huán)與地下水大漏斗問題

　　以人類活動為主要特征的華北城市化水循環(huán)機(jī)理研究十分薄弱，嚴(yán)重滯后城市化經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口流動面臨的集中供水、水污染、地下水大漏斗等帶來的城市生態(tài)環(huán)境問題。華北地區(qū)的地下水大漏斗主要集中在城市，這無不與城市持續(xù)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(rèn)識城市地區(qū)淺層與深層地下水的變化機(jī)制？如何認(rèn)識城市集中供水、補(bǔ)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(fù)城市化地區(qū)深層地下水漏斗、防止地下水污染？ 等是急需研究的問題。

　　3.3平原農(nóng)業(yè)區(qū)大埋深條件下“土壤水-地下水”作用機(jī)理

　　相比80年代，目前華北平原農(nóng)業(yè)區(qū)處在與過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(jī)理以及地下水參數(shù)的變化問題研究還比較欠缺，直接影響農(nóng)業(yè)節(jié)水和水資源評價的基礎(chǔ)問題。

　　3.4 對華北地區(qū)水生態(tài)環(huán)境演變過程認(rèn)識不足

　　人類活動包括60年代在海河流域建設(shè)的大型水利工程對華北持續(xù)干旱面臨的水生態(tài)環(huán)境退化過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(hù)的矛盾與統(tǒng)一的對策措施問題，存在相當(dāng)大的爭議。

　　3.5 缺乏社會經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型過程中的“生活-生產(chǎn)-生態(tài)用水”規(guī)律研究，尤其生態(tài)需水研究比較薄弱

　　關(guān)鍵問題是：華北地區(qū)現(xiàn)狀條件相適宜的節(jié)水型“生活-生產(chǎn)-生態(tài)用水”應(yīng)該是什么樣的結(jié)構(gòu)與布局？在社會經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型過程中華北地區(qū)的“生活-生產(chǎn)-生態(tài)”的用（耗）水會將發(fā)生什么的變化？如何估算華北地區(qū)的“生活-生產(chǎn)-生態(tài)”的用（耗）水，尤其是華北地區(qū)生態(tài)需水問題？

　　3.6 華北地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化的多維調(diào)控閾值與修復(fù)目標(biāo)是個新的問題

　　華北缺水及其聯(lián)系的生態(tài)環(huán)境惡化已是現(xiàn)實。如何從可持續(xù)發(fā)展的高度和與水相關(guān)的生態(tài)景觀過程與格局，確定有利于地下水補(bǔ)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(diào)控閾值？如何確定適當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)修復(fù)目標(biāo)？是過去沒有研究的問題。

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

　　在考慮人類活動影響的流域水循環(huán)方面，陳家琦最先提出“人工側(cè)支水循環(huán)”問題（陳家琦，1986），后來王浩提出“自然-人工”水循環(huán)二元模式的概念。但是，到目前為止，描述人類活動高強(qiáng)度作用下流域分布式模型研制，仍然是一個空白。在解決區(qū)域缺水與修復(fù)生態(tài)環(huán)境的決策支持問題方面，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(tǒng)。

　　3.8 針對南水北調(diào)工程實施后如何合理調(diào)配“地表水-地下水-外調(diào)水”的問題，其科學(xué)基礎(chǔ)研究有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

　　由于供水系統(tǒng)是由當(dāng)?shù)氐牡乇硭�、地下水和外調(diào)水以及處理的回用污水等多水源組成，在地表水調(diào)節(jié)水庫不足情況下，如何合理調(diào)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)問題的難點(diǎn)是：解決華北缺水以及生態(tài)環(huán)境修復(fù)決策中合理調(diào)配的科學(xué)依據(jù)和準(zhǔn)則是什么？如何將自然科學(xué)問題與社會科學(xué)問題統(tǒng)一到區(qū)域可持續(xù)發(fā)展層面，提出華北地區(qū)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整等重大決策的支持？

　　4. 問題與挑戰(zhàn)

　　從華北地區(qū)水資源安全問題的國家需求的水循環(huán)基礎(chǔ)科學(xué)問題看，最為突出的挑戰(zhàn)有下列幾個方面：

　　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(qū)人口密度大，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)。1980年以來華北地區(qū)的流域產(chǎn)流和地下水補(bǔ)給條件發(fā)生了明顯變化，導(dǎo)致了華北山區(qū)徑流明顯減少、城市化地區(qū)地下水大漏斗問題嚴(yán)重、區(qū)域水資源評價還原估算等困難。這些變化的原因是什么？如何識別流域水循環(huán)中人工側(cè)支水循環(huán)的貢獻(xiàn)，科學(xué)估算水資源量？如何量化華北地區(qū)水生態(tài)環(huán)境變化中的人類活動的貢獻(xiàn)，剖析近五十年海河流域生態(tài)環(huán)境的演變過程？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(qū)社會經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型中的用水規(guī)律

　　由于華北地區(qū)特殊的地位和水資源限制矛盾，其用水結(jié)構(gòu)正在不斷發(fā)生變化。在經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程中華北地區(qū)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)將面臨重組與優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式新的格局挑戰(zhàn)。因此，社會經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型過程中華北地區(qū)的“生活-生產(chǎn)-生態(tài)”的用水變化規(guī)律尤其是生態(tài)需水量估算，成為關(guān)鍵的科學(xué)問題。這需要借鑒國外發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家經(jīng)驗，開展經(jīng)濟(jì)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(jī)理

　　華北地區(qū)缺水問題與目前生態(tài)環(huán)境惡化有直接的關(guān)系，涉及到地理、水文、社會經(jīng)濟(jì)多個方面。如何將高強(qiáng)度人類活動影響的流域水循環(huán)變化過程與所制約的水生態(tài)環(huán)境變化過程實質(zhì)地聯(lián)系？它們的耦合機(jī)制是什么？如何建立高強(qiáng)度人類活動影響下的流域水文-生態(tài)模型，定量復(fù)演變化環(huán)境中的流域水循環(huán)過程以及水文-生態(tài)變化過程？是擬解決的關(guān)鍵問題。

　　4.4 可持續(xù)發(fā)展與地區(qū)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的“節(jié)水-調(diào)水-用水”效益配置

　　南水北調(diào)工程實施后，如何合理調(diào)配各種資源，充分發(fā)揮多種水源的綜合效益，是問題的關(guān)鍵。目前，在多水源如何配置的效益評價問題上有相當(dāng)多的爭議。焦點(diǎn)是：如何確定華北地區(qū)未來的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在生態(tài)系統(tǒng)中的地位？如何協(xié)調(diào)華北地區(qū)缺水背景下，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和修復(fù)生態(tài)環(huán)境之間的用水矛盾問題？如何通過華北地區(qū)用水大戶的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整提高農(nóng)業(yè)用水的效益？因此，從可持續(xù)發(fā)展基本準(zhǔn)則出發(fā)，在前面四個關(guān)鍵問題（流域水循環(huán)、生態(tài)演化、社會經(jīng)濟(jì)用水以及它們綜合集成的系統(tǒng)規(guī)律）基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究華北地區(qū)未來經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的“節(jié)水-調(diào)水-用水”配置的綜合效益，是解決國家需求應(yīng)用問題的關(guān)鍵。

　　5. 展望

　　長期以來，華北地區(qū)高強(qiáng)度的人類活動和社會經(jīng)濟(jì)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。有否二者共享的協(xié)調(diào)途徑呢？從宏觀的戰(zhàn)略方面，可持續(xù)發(fā)展的理念為解決這對矛盾提供了準(zhǔn)則。生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)的價值觀為構(gòu)建有利于華北地區(qū)自身環(huán)境的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提供了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展模式的可能。為了真正解決華北缺水問題，提出有效的環(huán)境修復(fù)對策，除了要有新的思路之外，重視日趨嚴(yán)重水的問題的科學(xué)基礎(chǔ)研究和針對國家重大需求的應(yīng)用研究十分重要。

　　在未來的十年內(nèi)，華北水資源已經(jīng)與水相關(guān)的生態(tài)環(huán)境修復(fù)研究，可望在水循環(huán)基礎(chǔ)研究、水生態(tài)環(huán)境演變及社會經(jīng)濟(jì)用水研究，和綜合集成模擬、調(diào)控與修復(fù)對策研究三個層面上有所進(jìn)展。

　　水循環(huán)基礎(chǔ)層面上，將會注重于：

　�。�1） 華北地區(qū)干旱及生態(tài)演變的氣候背景研究

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

　�。�3） 華北典型城市地區(qū)水環(huán)境變化與地下水可再生性研究

　　（4） 華北典型平原農(nóng)業(yè)區(qū)環(huán)境變化及水循環(huán)機(jī)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)境演變及社會經(jīng)濟(jì)用水層面上，將會注重于：

　�。�1） 華北地區(qū)現(xiàn)代生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的形成過程與演變機(jī)理研究

　�。�2） 華北地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型下用水規(guī)律研究和華北地區(qū)生態(tài)變化的安全閾值與修復(fù)目標(biāo)研究。

　　在水資源安全和生態(tài)環(huán)境修復(fù)對策層面上，將會針對南水北調(diào)重大工程和北方節(jié)水問題，注重于：

　　（1） 水-生態(tài)-社會經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)綜合集成研究

　�。�2） 解決華北地區(qū)缺水及生態(tài)修復(fù)的調(diào)控對策研究。

　　為此，以北京為首的城市地區(qū)供水以及水資源可持續(xù)利用問題、華北水資源耗用大戶的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力和日趨急迫的華北地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整問題將會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(chǔ)研究和應(yīng)用研究可望有新的突破和進(jìn)展。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 施雅風(fēng)，1990年，華北地區(qū)水資源合理開發(fā)利用[M]，北京：水利電力出版社。

　　[2] 何凡能，王國，海河流域河流季節(jié)化對地下水及生態(tài)環(huán)境的影響[J]，20（3），2001.

　　[3] 王志民，任憲韶，郭宏宇，2000，面向21世紀(jì)的海河水利[M]，天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社。

　　[4] 吳凱 唐登銀 謝賢群，淮海平原典型區(qū)域的水問題和水管理[J]，地理科學(xué)進(jìn)展，19（2），2000年

　　[5] 夏 軍， 談戈，全球變化與水文科學(xué)新的進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J]，資源科學(xué)，24（3），2002年5月。

　　[6] IUGG， Volume A and B，XXII General Assembly of International Union of Geodesy and Geophysics[M]， July 18-30， Birmingham， U.K，1999.

　　[7] 高彥春 王長耀，水文循環(huán)的生物圈方面（BAHC計劃）研究進(jìn)展[J]，地理科學(xué)進(jìn)展，19（2），2000.

　　[8] Rodda， J.， Whither World Water？ [J]， Water Resources Bulletin， 31（2），1995.

　　[9] 夏 軍，水文學(xué)科發(fā)展與思考[J]，中國科學(xué)基金，14（5），2000.

　　[10] 夏 軍， 朱一中，水資源安全度量：水資源承載力的研究與挑戰(zhàn)[J]，自然資源學(xué)報，17（3），2002.

　　[11] 陳家琦、王浩，水資源學(xué)概論[M]，中國水利水電出版社，1996，pp1-6，北京。

　　[12] 李秀彬，土地利用變化的解釋[J]，地理科學(xué)進(jìn)展，21（3），2002年。

　　[13] A.J.Baird & R.L.Wilby， 1999， ECO-HYDROLOGY： Plants and water in terrestrial and aquatic environments （生態(tài)水文學(xué)：陸生環(huán)境、水生環(huán)境與水分的關(guān)系[M]，趙文智，王根緒譯，北京：海洋出版社，2002年），

　　[14] 許新宜，王浩，甘弘。1997.華北地區(qū)宏觀經(jīng)濟(jì)水資源規(guī)劃理論與方法[M]， 鄭州：黃河水利出版社。

　　[15] 劉昌明，魏忠義。1986.華北平原農(nóng)業(yè)水文及水資源。北京：科學(xué)出版社。

　　[16] 錢正英 張光斗， 2001，中國可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究（綜合報告及各專題報告）[M]， 北京：中國水利水電出版社。

　　[17] 陳志愷。管好、用好、保護(hù)好有限的水資源[J]， 水問題論壇，2， 1996.

　　[18] 劉昌明等，1999， 土壤—作物—大氣界面水分過程與節(jié)水調(diào)控[M]，北京：科學(xué)出版社

　　[19] 吳險峰，劉昌明，流域水文模型研究的若干進(jìn)展[J]，地理科學(xué)進(jìn)展，21（4），2002.

　　[20] 陳家琦，現(xiàn)代水文學(xué)發(fā)展的新階段-水資源水文學(xué)[J]，自然資源學(xué)報，1（2），1986，46-53.

　　[21] Chen J.Q. and J. Xia， 1999， Facing the challenge： barriers to sustainable water resources development in China[J]， Hydrological Science Journal 44（4）， 507-516.

　　[22] Xia Jun and K. Tackeuchi （1999）， Barriers to sustainable management of water quantity and quality[J]， Guest editors for Special Issue， Hydrological Science Journal.44 （4）， 503-505

　　[23] 朱一中，夏軍，談戈，關(guān)于水資源承載力理論與方法的研究[J]，21（2），2002.

　　[24] 王禮茂，郎一環(huán)，中國資源安全研究的進(jìn)展及問題[J]，地理科學(xué)進(jìn)展，21（4），2002.

　　[25] 沈振榮等，水資源科學(xué)試驗與研究—大氣水、地表水、土壤水、地下水相互轉(zhuǎn)化關(guān)系[M]，中國科學(xué)技術(shù)出版社，1992

　　[26] Huang， G.H.， and J.Xia， Barriers to sustainable water quality management[J]， J. of Environmental Management， 61（1）， 2001.

　　[27] 張國良主編，21世紀(jì)中國水供求[M]，北京：。 中國水利水電出版社。

　　[28] 楊曉光 陳阜 宋冬梅等，華北平原農(nóng)業(yè)節(jié)水實用措施試驗研究[J]，地理科學(xué)進(jìn)展，19（2），2000.

　　[29] 傅國斌，引黃灌區(qū)節(jié)水灌溉分區(qū)與節(jié)水途徑初探[J]，地理科學(xué)進(jìn)展，19（2），2000.

　　[30] 金鳳君，華北平原城市用水問題研究[J]，地理科學(xué)進(jìn)展，19（1），2000.

　　[31] 賈紹鳳，工業(yè)用水零增長的條件分析——發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗[J]，地理科學(xué)進(jìn)展，20（1），2001.

　　[32] 傅肅性 張崇厚 曹桂發(fā)，南水北調(diào)西線工程與區(qū)域持續(xù)發(fā)展[J]，地理科學(xué)進(jìn)展， 16（2），1997.