項(xiàng)目名稱： 流域水循環(huán)機(jī)理與水資源演化規(guī)律

推薦單位： 湖北省

項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 本項(xiàng)目屬于地球科學(xué)與水利工程基礎(chǔ)科學(xué)交叉的水文水資源研究方向，是現(xiàn)代水文學(xué)研究的核心和流域防洪預(yù)報(bào)、水安全研究的重點(diǎn)。經(jīng)歷了上世紀(jì)70年代以來的水文線性系統(tǒng)理論、流域水文模型、流域水循環(huán)分布模擬和水資源調(diào)控的學(xué)說。主要內(nèi)容有：流域水循環(huán)系統(tǒng)理論與動(dòng)力學(xué)機(jī)制，水資源演化規(guī)律與調(diào)控機(jī)理。該申報(bào)內(nèi)容是研究群體20多年來，針對(duì)流域水循環(huán)和國(guó)家"973"項(xiàng)目黃河水資源演化與可再生性維持機(jī)理的理論研究成果。其科學(xué)價(jià)值：（1）針對(duì)流域降雨徑流過程的系統(tǒng)關(guān)系，提出了水文非線性系統(tǒng)識(shí)別理論，建立了降雨徑流時(shí)變?cè)鲆�、季�?jié)信息耦合的非線性系統(tǒng)模型，發(fā)展了基于貝葉斯方法和自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)新的實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，形成一套流域降雨徑流非線性理論體系，對(duì)系統(tǒng)水文學(xué)的非線性學(xué)說發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。（2）針對(duì)"土壤-植物-大氣（SPAC系統(tǒng)）"的界面過程的水循環(huán)難題，提出了SPAC界面水分與能量交換的動(dòng)力學(xué)機(jī)制與"五水"轉(zhuǎn)化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)植物水分利用的生理生態(tài)學(xué)機(jī)理，光合作用、蒸騰作用和氣孔導(dǎo)度的耦合機(jī)制，在水循環(huán)的生態(tài)學(xué)機(jī)理的理論研究方面做出了重要貢獻(xiàn)。（3）針對(duì)矚目的黃河斷流、人類活動(dòng)和氣候變化影響下的水資源可再生性維持機(jī)理，系統(tǒng)開展了變化環(huán)境下流域水循環(huán)綜合研究，發(fā)現(xiàn)了黃河水資源演化若干規(guī)律，破解黃河源區(qū)"水塔"之迷，揭示了黃河流域水循環(huán)與氣候變化的關(guān)系，區(qū)分黃河流域上、中、下游的水資源減少和變化的氣候變化和人類活動(dòng)影響的貢獻(xiàn)。出版專著10部，發(fā)表SCI收錄論文107篇， EI和ISTP收錄論文190篇，SCI他引243次，10篇代表論文SCI他引86次，CSCD論文421篇，CSCD引用2314次。研究成果已經(jīng)在我國(guó)60多個(gè)流域和水庫(kù)中推廣應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。完成人任國(guó)際水文科學(xué)協(xié)會(huì)（IAHS）副主席、國(guó)際水資源協(xié)會(huì)（IWRA）副主席，曾獲湖北省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、教育部一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)： 流域降雨徑流關(guān)系是陸地水循環(huán)最重要的部分，下墊面植被水文生態(tài)過程是揭示水循環(huán)機(jī)制的核心。研究群體以理解我國(guó)半濕潤(rùn)半干旱地區(qū)流域水循環(huán)機(jī)理和水資源演化規(guī)律為主線，利用大量流域水文觀測(cè)資料與實(shí)驗(yàn)，在流域水循環(huán)的系統(tǒng)理論、SPAC界面過程及生態(tài)調(diào)控機(jī)理方面有新的突破，在認(rèn)識(shí)黃河流域水資源可再生維持機(jī)理與演化規(guī)律方面，取得了重要進(jìn)展。核心發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：(1) 流域水循環(huán)降雨徑流過程的系統(tǒng)理論與非線性 1.1. 發(fā)現(xiàn)了半濕潤(rùn)半干旱地區(qū)流域水文過程關(guān)鍵產(chǎn)流因子（系統(tǒng)增益）與流域關(guān)鍵的狀態(tài)變量（土壤濕度）之間的聯(lián)系，找到了一種能夠模擬復(fù)雜非線性過程的簡(jiǎn)單的系統(tǒng)關(guān)系，揭示了降雨徑流"時(shí)變?cè)鲆?的非線性機(jī)制，暴雨動(dòng)力學(xué)因子和不同下墊面變化的降雨徑流非線性關(guān)系（代表作2、其他重要論著1-5）。1.2 提出了水文非線性系統(tǒng)識(shí)別理論，建立了水文時(shí)變?cè)鲆娣蔷�性系統(tǒng)模型，發(fā)展了耦合流域氣候季節(jié)變化的非線性擾動(dòng)模型，建立了基于貝葉斯方法和自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，在全國(guó)60多座水庫(kù)和流域的洪水預(yù)報(bào)、水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用中，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益（代表作1、9，其他重要論著7-23和附件4-1 ）。1.3 系統(tǒng)總結(jié)水文過程非線性分析原理、理論、模型和方法，出版專著，建立了水文非線性系統(tǒng)理論方法的體系（見代表作1、2和其他重要論著6）。(2) 流域垂向水循環(huán)"土壤-植被-大氣"（SPAC）界面過程機(jī)制2.1發(fā)現(xiàn)了SPAC系統(tǒng)界面過程水分與能量的交換機(jī)制，提出了農(nóng)田作物蒸發(fā)與蒸騰的過程變化機(jī)理、"降水-地表水-土壤水-地下水"與植物水的五水轉(zhuǎn)化關(guān)系，揭示了水循環(huán)生態(tài)調(diào)控機(jī)理，為農(nóng)業(yè)節(jié)水提供重要的理論依據(jù)（代表作3-5、其他重要論著30-35）。2.2 發(fā)現(xiàn)了SPAC系統(tǒng)植物水分利用的生理生態(tài)學(xué)機(jī)理，建立了水循環(huán)光合作用、蒸騰作用和氣孔導(dǎo)度的耦合模型；提出了水汽通量與土壤和植物的水力傳導(dǎo)機(jī)理，解決了氣孔導(dǎo)度模型由葉片尺度向冠層尺度擴(kuò)展的科學(xué)難題，在水循環(huán)生態(tài)過程機(jī)制方面做出了重要貢獻(xiàn)（代表作6-7、其他重要論著36-44）。(3)流域水資源可再生維持機(jī)理與演化規(guī)律3.1以半濕潤(rùn)半干旱地區(qū)流域?yàn)閷?duì)象，研發(fā)了流域分布式時(shí)變?cè)鲆嫠�循環(huán)模型，揭示了流域水循環(huán)與覆被變化、水保工程建設(shè)及水庫(kù)調(diào)蓄之間的聯(lián)系；提出了大尺度流域的半分布式月水量平衡模型，解決了氣候情景的時(shí)空尺度與所用到的流域水文模型的時(shí)空尺度匹配和水文模型參數(shù)在無資料地區(qū)的確定兩個(gè)難題，為評(píng)估氣候變化對(duì)水文水資源的影響提供了新途徑(代表作8、10和其他重要論著45-55)。3.2. 創(chuàng)建了多尺度耦合的黃河流域分布式水文模擬系統(tǒng)（HIMS），發(fā)現(xiàn)了黃河水資源演化若干規(guī)律：破解了黃河

源區(qū)"水塔"之迷，揭示了黃河流域水循環(huán)與氣候變化的關(guān)系，區(qū)分了黃河水資源減少和變化的氣候變化與人類活動(dòng)影響的貢獻(xiàn)(代表作5和其他重要論著65、56-64)。 

主要完成人： 夏軍

領(lǐng)導(dǎo)和系統(tǒng)開展了流域降雨徑流過程系統(tǒng)理論與非線性研究，提出了水文非線性系統(tǒng)識(shí)別理論，建立了降雨徑流時(shí)變?cè)鲆嫠�文非線性系統(tǒng)模型，形成一套流域降雨徑流非線性系統(tǒng)理論體系，自主研發(fā)的流域分布式時(shí)變?cè)鲆嫠�循環(huán)模型，揭示了我國(guó)半濕潤(rùn)半干旱地區(qū)流域水循環(huán)與覆被變化、水保工程建設(shè)及水庫(kù)調(diào)蓄之間的聯(lián)系。對(duì)申報(bào)書中發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1和3.1有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。本人在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的65％。

劉昌明

領(lǐng)導(dǎo)了黃河流域水資源可再生維持機(jī)理與演化規(guī)律的研究，提出了SPAC各界面上水分與能量的交換機(jī)制、耦合SPAC系統(tǒng)的"降水-植物水-地表水-土壤水-地下水"的"五水"轉(zhuǎn)化關(guān)系，破解了黃河源區(qū)"水塔"之迷，揭示了黃河流域水循環(huán)與氣候變化的關(guān)系。對(duì)申報(bào)書中發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2.1和3有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。本人在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的55％。

郭生練

提出了應(yīng)用與大尺度流域的半分布式月水量平衡模型，解決了氣候情景的時(shí)間和空間尺度與所用到的流域水文模型的時(shí)間和空間尺度匹配，以及水文模型參數(shù)在無資料地區(qū)的確定兩個(gè)難題，應(yīng)用到黃河流域水資源演化的研究，評(píng)估氣候變化對(duì)水資源的影響，提供了未來黃河水資源演化評(píng)估的新的途徑。設(shè)計(jì)和建立了水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)，經(jīng)過近10年的穩(wěn)定運(yùn)行，在防汛和電力生產(chǎn)等方面已經(jīng)取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

對(duì)申報(bào)書中發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1.2和3.1有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。本人在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的55％。

熊立華

提出了非線性擾動(dòng)水文模型（NLPM-ANN）；建立了三層耦合流域水文模型，建立了基于貝葉斯方法和自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)（ANFIS）的實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)。對(duì)申報(bào)書中發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1.2和3.1有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。本人在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的50％。

于強(qiáng)

推進(jìn)了控制植物－大氣間水分交換的氣孔導(dǎo)度的機(jī)理模型。提出土壤－植物－大氣系統(tǒng)水循環(huán)與光合作用和氣孔導(dǎo)度耦合的機(jī)理模型。提出了水汽通量與土壤和植物的水力傳導(dǎo)的機(jī)理，解決了氣孔導(dǎo)度模型由葉片尺度向冠層尺度、由瞬時(shí)向日平均尺度擴(kuò)展的科學(xué)難題，成果在估算植物生產(chǎn)力、水分利用效率、植物－大氣間水、熱和CO2通量等方面做出了重要貢獻(xiàn)。

對(duì)申報(bào)書中發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2.2有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。本人在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的60％。