水文水资源论文精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇水文水资源论文范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

【关键词】万家寨引黄工程；水文；水资源；水量监测；水质监测；泥沙测验

中图分类号：P332（225）文献标识码：B文章编号：1000-0860（2002）08-0027-02

2001年年底，山西省万家寨引黄工程已试通水至汾河水库，由汾河水库至太原市呼延水厂的输水管道进入收尾阶段.这标志着引黄工程的基本建设工作已大部分完工，在2002年年底前把黄河水引到太原已指日可待.但是，从水文水资源工作的观点出发，即使黄河水被引到了太原，进入了千家万户，仍有不少工作要做，而且其中有些工作必须立即着手去做.其主要工作包括引黄工程沿程的水量和水质监测、泥沙测验、对汾河上中游水资源的统一调度和管理.

1引黄工程沿程的水量监测

万家寨引黄工程南干线由黄河干流万家寨水库取水，经五级提水至648m后通过隧洞输水至汾河上游头马营出口，而后经汾河上游天然河道送水至汾河水库，再由PCCP管道及隧洞输水至太原市呼延水厂.按设计，引黄工程两端为封闭式的管道（隧洞），而中间部分为开放式的明渠（汾河河道）输水.由于引黄工程以汾河水库为主要调节水库，而在历史上，汾河水库既作为灌溉面积为10万hm2的汾河灌区的主要水源，也作为太原市工业及城市生活用水的主要水源之一.近年来，又在汾河水库下游、太原市区上游修建了汾河二库作为调节水库，以控制和调节汾河水库下泄的水量及区间来水量.因为引黄水在汾河水库上游河道中已与天然的汾河水相混和，成为一个整体，而且引黄水在输送过程中（尤其在汾河上游河道输送过程中）不断损耗于蒸发、河道渗漏以及河道沿程城镇、村庄的居民取用生活用水及农业灌溉用水.因此，无法分清在汾河水库中究竟有多少引自黄河的水量，又有多少是汾河上游原有的水量.由于引黄工程管理局、汾河水库管理局、汾河灌溉管理局以及太原市各用水部门不属于同一行政领导，因此，比较精确地求得汾河水库中各类水（引黄水及汾河上游流域天然地表水量）的组成比例是重要的.为此，应从引黄工程南干线出口头马营起，沿汾河上游河道直至汾河中游义棠，设置一定数量的水文站，以监测汾河沿程河川径流的动态变化.

自头马营以下、义棠水文站以上，汾河干流及支流上原有山西省水文水资源勘测局设立的水文站为（自上游至下游）：汾河静乐、岚河上静游、汾河寨上、汾河兰村水文站等10处国家正式水文站（未包含汾河源头处的北石河岔上及太原市西山区域的小面积水文站：冶峪沟董茹、风峪沟店头水文站）；此外，还有省水保局委托省水文水资源勘测局设立的泥沙观测专用水文站3处：汾河宁化、汾河河岔、娄烦河娄烦水文站.在进行本次水量监测时，除借用上述原有的水文站外，尚需在合适的地点增设一些水文站.建议增设的水文站为（自上游至下游）：引黄南干线出口头马营水文站、天池河好水沟水文站、西马坊河坝门口水文站、东碾河静乐水文站、狮子河嘉乐泉水文站、大川河古交水文站、汾河二库水文站、扬兴河阳曲镇水文站、虎峪沟迎泽桥水文站、南沙河郝庄水文站、乌马河庞庄水库水文站、象峪河郭堡水库水文站、樱涧河尹回水库水文站、龙凤河龙凤水文站共14处.

原有及增设的水文站除需按国家有关水文观测规范进行观测外，尚需对本流域内以地表水为水源的各类用水进行调查统计，这样才能比较清楚地了解汾河沿程的水量动态变化，也能了解究竟在汾河水库及汾河二库中有多少引黄水量.

2引黄工程沿程的水质监测

由于引黄水量需供给太原市城市生活用水，因此水质对于引黄水是至关重要的.在施工阶段，引黄工程管理局自1996年起已委托山西省水文水资源勘测局水环境监测中心在沿程做了10个断面14个点（其中万家寨水库3点、汾河水库3点）的14处水质监测.今后仍需坚持长期监测，并增加监测站点及监测次数，而且在可能的条件下增加监测的项目

在引黄工程沿线，原布设有宁化、东寨、静乐等7处水质监测站，通常每年监测4～6次，分析32个项目.鉴于引黄水质工作的重要性，建议在水质监测工作中应采取如下措施.

2.1增加水质监测站点

万家寨引黄工程从万家寨水库中引水，但水库上游有各大城市及厂矿的水污染影响，更有其回水末端准葛尔煤田排污的影响，而且污染程度有加大的趋势，因此应该在万家寨水库上游及库区增加水质取样点，在进入汾河上游后，除保留原有水质取样点外，应在各主要支流及城镇设置水质监测点，以监测水质的动态变化.

2.2适当增加水质监测次数

因为引黄水为太原市居民生活饮用水源之一，因此应高于水利部《水环境监测规范》（SL219—98）的监测频次要求，每月至少监测2次，在汛期中因有面污染源（化肥、农药）影响，应在汾河沿程各主要支流视情况增加测次，以确保安全.

2.3适当增加水质监测项目

由于万家寨引黄工程的水源受黄河上游及汾河沿程污染的影响，进入汾河水库的水流中污染物成分复杂，而我们目前沿用的只是常规的污染物监测项目，像COD、BOD这类项目仅为水中有机污染的综合指标.据发达国家的水质监测经验，水中微量（痕量）有机物，尤其是多环芳烃类有机物对人体健康的影响巨大，且在人体中有累积性，而且在汾河水库中亦已发现有此类微量有机物，如苯，甲苯，1、2苯并噻唑等（详见山西大学环境科学系：引黄输水模式与毒物归趋、毒理效应关系研究报告，1999年12月），因此建议应在汾河水库水质监测中增加若干有机物及重金属的监测项目.

3引黄工程沿程的泥沙测验

引黄工程是将黄河水引至汾河水库后，从汾河水库取水供太原市呼延水厂.据历史资料，汾河水库在汛期易发生异重流，而这对于引水无疑是一种威胁.另一方面，引黄水使得汾河上游的水量成倍地增加，而且增加的都是清水，这就有可能破坏汾河上游河道固有的水沙平衡关系，造成一定的泥沙侵蚀，也就更有利于汾河水库中异重流的生成.因此，建议除汾河沿程各水文站加强泥沙测验外，应立即开展汾河水库的异重流研究，包括异重流的生成、运移及利用异重流排沙问题的研究等.

4对汾河上中游水资源的统一调度和管理

按现行体制，引黄工程通水后，汾河上游地区（包括太原市）的水资源供求关系如下：水源组成有引黄水量、汾河上游原有的地表水量、太原市的地下水量及回用污水；供水方有万家寨引黄工程管理局（引黄水）、省水利厅（汾河上游水即汾河水库水）及太原市（太原市地下水及回用污水）；用水方为太原市工业、城市居民及环境用水、汾河上游沿程用水及汾河灌区用水.这种十分复杂而又不相统属的关系不利于有限的水资源的有效利用，也不利于社会经济的发展.为实施引黄通水后汾河上游水资源的统一管理，为使有限的水资源发挥更大的效益，建议如下.

第一，组建汾河上中游水文水资源数据的采集/传输/处理/查询/通信系统及相应的数据库，以作为水资源管理系统的基础.组建后的水文水资源数据采集/传输/处理/查询/通信系统可集汾河上、中游流域的各类水文水资源数据于一体.在组建中，可参照国家防汛指挥系统及国家水文数据库的经验.同时，在组建合适的计算机网络后，即可有效地为引黄通水后的水资源统一调度决策服务.

第二，建立研究汾河上中游水资源管理系统.此系统的管理范围应为汾河上、中游地区，即自汾河源至介休市义棠水文站，行政区域包括忻州市、太原市、晋中市及吕梁地区各一部分.主要研究内容为汾河上、中游地区（尤其是汾河水库流域及太原市）水资源供需关系、发展趋势，区域（流域）降雨～径流关系，多种水源的优化调度模型（即汾河水库、汾河二库及引黄水量之间的优化调度模型），以及汾河水库与汾河二库的防汛指挥系统等.

篇(2)

关键词：水文水资源工程；行业发展；专业能力；培养途径

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）25-0021-02

我国水资源工作正经历着从传统向现代的变革，这为水文学及水资源专业的发展注入了强大的活力，同时也要求学校积极地进行教学改革以适应新的形势。对以培养应用型人才为主要目标的院校来说，面向行业发展、满足社会对专业人才的需求，是关系到专业发展的重要问题。

一、水文水资源工程专业面向的行业及发展趋势

按照我国当前的专业、行业划分方法，水文水资源专业主要针对地表水，兼顾地下水，从事水文水资源工作的行业主要是水利行业。地矿、国土、环保、城建等行业也涉及到水资源工作。另外，工业项目和建设项目都需要进行水资源论证、环境评价等先期工作，因此水文水资源专业是以面向水利行业为主的应用非常广泛的专业。传统上，水利行业中的水文水资源工作主要是为防汛减灾以及水利工程的建设与运行管理提供水文信息服务和决策依据，其特点是以水利工程为中心。但是，随着水资源成为社会经济可持续发展的制约性因素，水利事业也在发生转变，主要体现在：（1）由工程水利转向资源水利，强调水的资源属性；（2）遵循流域“三水转化”的规律，推行水务一体化管理；（3）推进水权水市场建设，发挥经济手段的作用；（4）重视水生态文明建设，促进人与自然的和谐相处。这些转变促使水文水资源工作由单纯为工程服务的从属地位上升到核心地位，水利与环保、国土等部门的业务相互交叉融合加强，社会对水文与水资源工程专业人才的需求增加，并且要求专业人才具备更高的能力和素质。

二、专业能力的需求特征

1.行业的发展要求学生具有广泛的适应性，能处理不同类型的实际问题。新时期水资源工作面临的问题更加多样化，除了工程问题，还会涉及到大量的人文及环境问题。比如水权配置，除了涉及水资源的利用效率，还涉及分水历史、风俗习惯以及环境等问题。所以学生除了具备工程能力，还要有系统观念和人文关怀。

2.行业的发展要求学生深入并灵活地掌握知识。水文水资源工作的对象不是受控的人工物体，而是降雨、河流等大尺度的非受控自然对象。由于水资源规律的复杂性，专业知识在原理部分涉及到广泛的自然科学知识和复杂的数学工具，在工程应用部分却要相对灵活，有时要用精确的、复杂的方法，而有时却要用经验性的方法。比如，降雨径流模型有很多种，分别针对不同的情况，有不同的适用条件。学生首先应当理解这些方法的原理，掌握它们的基本步骤，了解它们各自的使用范围，能在实际工作中对一般性问题选择出恰当的解决方案，对复杂问题能有较合理的解决思路。

3.学生必须具备严谨、全面的工作作风。水文水资源工作有时直接关系到广大群众的人身和财产安全，比如洪水A报、防洪调度等。因此，水文水资源从业人员要有高度的责任感和严谨的工作作风，能规范、熟练、准确地完成工作。另外，还应具备风险意识和风险分析能力，对各种自然与人为的不确定性有所估计，充分做好应急预案，最大限度地保护国家的利益。

三、专业能力培养的途径

学生专业能力的培养是一个系统的工程，本文认为以下三个方面是能力培养的基本途径。

1.建设需求导向的课程体系。完善的课程体系是专业能力培养的基本保证，它应当与三个层次的需求相适应：行业需求、地域需求和个体需求。行业需求是基本的需求，为此在课程体系建设和修订的过程中应集思广益。除了一线教师，还要邀请行业资深工程师、技术主管和往届的毕业生参与进来，根据实际岗位需求、学生情况、学校办学条件共同研讨。根据岗位工作需要确定能力需求要素提出具体的规格和要求，然后落实到各理论教学课程和实践教学课程。满足地域需求是指学校，尤其是地方院校要考虑区域水资源工作的特点，积极融入地方工作，为解决区域水资源问题培养人才。比如黄河下游地区基本没有水能资源，黄河水主要用于城市供水和灌溉，因此就应当减少水能方面的内容而增加给排水和农田水利方面的内容。学生能力、兴趣、职业规划等因素的不同，其对专业的需求也有差异。当前高校普遍采用“平台+模块”的教学模式，在这种情况下，满足行业需求和地域需求的任务应当主要由通识课、基础课和必修课模块承担，而选修课模块应当用于满足学生的个体需求。选修课应当涉及面广，并且以3―4门课构成一个小方向，在深度和广度两方面满足学生的需求。

2.完善课内课外结合的实践教学环节。实践教学包括课内和课外两部分。课内部分是课程实验、课程设计、毕业设计等教学环节；课外部分是学生的科技创新活动，它是对课内教学的必要补充，必须予以足够的重视。除了经费、仪器、基地等基本要素外，完善课内课外相结合的实践教学环节还应当注重以下几点：（1）教师要有计划地积累实习资料，包括水文地质数据、影像、工程图纸、运行记录等。不断丰富实习指导书的内容，细化对学生的能力要求，持续改进实习效果。（2）要多开设计性、综合性的实验。指导学生应用所学知识分析实验数据，鼓励学生提出和解决实验中出现的问题，对于有余力的学生，可以增加实验难度满足学生提高实践技能的愿望。（3）开展多种实习方式，既可以走出去，也可以引进来。目前，各生产单位都不太愿意接收实习的学生，因此我们可以让生产单位的教师到学校来，带着实际生产问题指导学生的实习和论文。校内教师配合校外指导教师工作，给学生充分的指导，提高其积极性和学习的效果。（4）开展专业性的学生科技创新活动。大学生科创活动不仅锻炼了学生的动手能力，还锻炼了学生的团队协作能力。学生科创应当与专业相结合，与课内实践教学相互促进。水资源问题是当前的热点问题，有许多值得探讨的问题。比如，济南市的保泉问题、引黄水库的水质安全问题等。学生只要用心思考，总能在本专业内找到合适的题目。专业性的科创活动离不开专业教师的指导，要激励教师更多地投身其中，带领学生共同学习和探索，这对教师自身专业水平、科研水平的提升有很大的作用。

3.建立多踊的考核方式。为适应能力培养要求，教师应当改变过去单一的、以书面答题为依据的考核方式，建立多样化的考核方式。（1）丰富考试的形式。对于实践教学课程不能只通过实习、设计报告评价学生的能力水平，而是应当建立一个覆盖全过程的评价体系。对于专业课程，不能只依赖结业考试，应当增加阶段性考核，随着课程的深入分次进行。考核可以是书面的，也可以是讨论式的，可以让学生推选自己的“专家”当场打分，这样既调动了学生的积极性，又能减轻教师的工作量。（2）改革评分方式。无论是什么样的考核形式，教师都应当规范评分，但是又不能机械地按照标准答案考评能力。教师应当定性与定量相结合，通过逐层分解的方法将难以量化的问题化为容易量化的问题。比如，对分析论述题，教师按学生答题的完整性、专业水平以及创新性给分，其中完整性可以细化为论述是否有针对性、材料是否充分；专业水平可以细化为专业词汇的掌握、专业方法的应用；等等。这种方式既能让学生有所发挥，也能发挥教师的专业判断力。

新时期的水资源工作对水文水资源工程专业学生的专业能力有了新的需求，学校应当与时俱进，面向行业的发展，为社会培养出更多优秀的人才。学生能力的培养是一个系统工程，而建设需求导向的课程体系，完善课内课外结合的实践教学环节以及建立多样化的考核方式是实现培养目标的有效途径。

参考文献：

[1]莫淑红，宋孝玉，等.新形势下水文与水资源工程专业人才培养保障体系探究[J].中国电力教育，2014，（5）：61-63.

[2]刘冀.水文与水资源工程专业创新实践型人才培养模式研究[J].教育教学论坛，2014，（6）：186-188.

[3]郭家力，彭涛，等.水文与水资源工程专业学生工程意识与实践能力培养研究[J].教育现代化，2015，（11）：65-68.

[4]徐刚，董晓华，等.水文与水资源工程专业实践能力培养体系研究[J].中国电力教育，2013，（1）：33-34.

[5]谢勇.建立自动化专业学生实践能力评价体系的探索[J].实验技术与管理，2011，28（1）：12-15.

On the Major Ability Education of Hydrology and Water Resources Engineering Oriented

the Development of Trade

KONG Ke，JIA Guan-xin，HAN Yan-cheng

（School of Resources and Environment， University of Jinan， Jinan，Shandong 250022，China）

篇(3)

问题链ESP水文水资源教学模式在全球经济体系中，英语作为重要的交际语言，其国际语言的地位日益得到加强，具有专业知识又有语言技能成为与世界接轨的关键。为此，教育部于2007年以教高1号文件《教育部、财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》和教高2号文件《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》都对教学方法和教学模式提出做了专门要求。同时《大学英语教学大纲（修订本）》对大学英语教学提出了更全面的要求，其中显著的特点之一就是将专业阅读改为专业英语，将“以英语为工具获取专业信息”提高为“以英语为工具交流信息”。从新大纲的颁布可以看出英语教学已经迈向更高的层次，英语已不再是一项特长而转变为一种必备工具，进行专业英语教学方法探索就显得尤为重要。鉴于此，本文以培养学生思维方式为方向，针对水文水资源专业英语，对“问题链”式教学法的应用进行探讨。

一、“问题链”式教学

“问题链”式教学是通过梳理教学目标和教学内容，结合学生已有的知识或经验，从教材知识点中提炼出具有一定系统性、层次性、相对独立又具有内在联系的系列问题，并设计为呈链状的、一环扣一环的问题集合。“问题链”式教学注重的是知识点之间的逻辑联系以及知识的递进、增长和创新，通过在已知、未知以及新旧知识之间设计出的“问题链”，建立起所授课程的知识体系。在具体的教学设计中，“问题链”可根据教学目标、教学重点及教学难点，设定中心问题展开全方位、渐进式设问。问题之间环环相扣、相辅相成，使学生在问题的展开中完成相应的学习内容。在具体教学实践过程中，教师应首先根据教学大纲建立起基于知识点之间的知识网，并确定知识网中的关键点和发散点；然后根据每节课的教学重点，围绕关键点和发散点巧妙设置问题形成“问题链”；在课堂教学中通过启发学生发现问题、解决问题，激发学生的求知欲望，以指导、激励、帮助学生掌握所学内容。

二、“问题链”设计

我国高等院校专业英语一般安排在第三学年第二学期，或者第四学年的第一学期。这一时期专业基础课学习基本结束，正处于专业课学习阶段，已经具备了基本的专业框架。另外，通过两年的基础英语学习，四、六级英语备考，学生具备了较强的英语综合应用能力。因此，在水文水资源专业英语教学中，主要是完成专业英语词汇、典型科技英语句型、科技英语文献翻译技巧等内容的学习，以培养具有国际竞争能力的、复合型的水文水资源方向的高级专门人才。以下以词汇及课文学习为例叙述“问题链”式教学模式在水文水资源专业英语教学中的应用。

（一）词汇的“问题链”式教学设计

1.核心词汇选择

水文水资源专业英语虽然词汇量大，单词复杂，但构词相对简单，大部分词是在词根的基础上加前、后缀而构成。针对这一构词特点，在课堂教学中将专业词汇中包含词根、前缀、后缀的词选择出来，然后根据所选词汇的基本词义，进行“问题链”设计，引导学生，完成词汇学习。下面以水文水资源专业英语中地质地貌单元的学习为例，具体阐述该教学方法。

以单词geomorphy（地貌、地貌学）的学习为例，首先引导学生进行如下思考，“geomorphy”的意思是什么？是否有前缀？前缀代表什么意思？该词的词性是什么？具有这个前缀的词还有哪些？并以表1的形式设计板书。 同样，在其他单元的教学中以此类推，比如进行hydrology（水文、水文学）单元学习时可选择hydrology为中心词，以前缀hydr-为关键点进行问题设计，然后逐步延伸至hydrability（水化性），hydrobiology（水生物学）等专业名词。

2.关联词汇学习

在掌握了一组核心词词汇后，可以此组名词作为发散点进行链式问题设计，在水文水资源专业英语教学中常用的是后缀和词组设问法。同样，在此以geomorphy为例进行问题设计。首先引导学生思考这类词汇通过前、后缀的变化可以生成哪些词？这些词的词性有哪些？不同的词性用在句子的什么地方？然后进一步引导大家思考，这些词可以和哪些词组合形成词组。通过这由简到繁、由少到多的链式问题设计，完成词汇的听、说、用学习，实现专业知识和相应英语词汇的无缝对接，完成地质地貌学单元专业英语的词汇学习。掌握诸如geomorphic cycle（地貌循环）、geomorphic anomaly（地貌异常）、geomorphic accident（地貌突变）等系列词汇。课程教学中设计的词汇学习知识网见图1。

通过以上问题链式方法学习，不仅可以记住一个单词的不同形式，更重要的是通过一个单词延伸并记忆相关类型的大量词汇，实现了从现有认知向未知认知的平稳、顺利过渡，达到事半功倍的效果。这种链式学习方法符合学习心理学规律，操作性强，可快速扩展专业词汇，达到甚至超过教学目标。

（二）课文的“问题链”式教学

专业英语中涉及的文章属于科技论文的范畴，文章的涉及面窄、句长复杂、内容多是其教学的难点，但文章的逻辑性强、结构严谨和层次分明是其优点。在教学中如何扬长避短，围绕课文的论述主题，将文中的句与句、段与段设计为一系列基础问题、重点问题、难点问题、拓展问题，由浅入深引导学生进行学习，是问题链式教学的关键。下面以水文水资源专业外语中“Groundwater”单元的学习为例阐述课文的“问题链”式教学方法。

在“Groundwater”课文的链式教学设计首先从专业角度理清文章的逻辑结构和行文特点，然后根据教学目标和教学重点，确定知识点即主干信息，构建知识网。“Groundwater”的行文特点是首先是基本概念的阐释，其次是特征要素描述，然后是影响因素剖析。即围绕什么是地下水？地下水在土壤和岩石是中如何运动、分布的？以及地下水形成的影响因素有哪些？等问题的探究，由浅入深帮助学生学习、掌握水文水资源中的重要知识――地下水。因此，本文教学以“concept”“distribution”“influencing factors”等为知识点构建一级关键点，而后拓展构建二级关键点，形成如图2的课文学习知识网。

在确定了课文的关键知识点后，结合课文难点构建诸如“How does water distribute beneath the earth's surface？”“Which kinds of water can be called groundwater？”等问题，形成问题链。通过这样一环扣一环、一层进一层地追问，引导学生沿着问题链思考，形成初步的有关地下水基本知识的英文知识网，从而完成“Groundwater”的课堂教学。

三、结语

“问题链”式教学模式，是通过将所学知识问题化、链条化，以锻炼学生的辩证及创造性思维；通过问题的目标指向和内在联系，引导学生进行自主学习，以提高学生学习的积极性和主动性。但是，“问题链”式教学模式在不同专业不同科目的实施中形式、重点会有所不同。问题链式教学法是以教师为主导，以学生为主体的教学方式，应用中要以调动学生的主观能动性为主，问题设计要注重知识点之间的逻辑联系以及知识的递进、增长和创新，只有合理设置问题链，才能体现出该教学方法的优点。本文是笔者对“问题链”式教学模式在专业英语教学中的初步探讨，问题的深度、广度及其之间的联系等都需要在以后的教学中进一步提高。

参考文献：

[1]马睿颖.建国以来英语专业主导教材发展走向及其启示[D].福建：福建师范大学，2012.

[2]庄智象，刘华初，谢宇等.试论国际化创新型外语人才的培养[J].外语界，2012，（2）：41-48.

[3]束定芳.对接国家发展战略，培养国际化人才――新形势下大学英语教学改革与重新定位思考[J].外语学刊，2013，（6）：90-96.

篇(4)

关键词：生态水文学西部地区生态需水

1、生态水文学的发展

水文学(hydrology)是地球科学的一个重要分支，它研究地球上水的起源、存在、分布、循环和运动等变化规律，并运用这些规律为人类服务的知识体系[1]。自从科学界公认水圈、岩石圈和大气圈都从地圈中分离出来，并作为地球的独立圈存在后，水文科学的形成就有了其基础和地位[23]。

人类进入20世纪末，由于社会经济发展，人与自然的冲突加大，生态环境问题愈来愈突出，如湿地的退化、河道断流、入海水量减少、水体污染加剧等等。近20年来，生态学家们愈来愈意识到水文过程对生态系统功能的重要影响。但是，缺乏了解水文过程与生态系统植物群落变化与相互制约的内在联系。同样，过去水文学家关心最多的是洪水与干旱的成因、工程水文的实际的设计应用等。但是，随着生态与环境问题的重视与提出，愈来愈多的水文学家开始关注与水相关的生态问题，例如流速如何影响河道内的植物生长？河川径流的情势与滨岸生境生态过程之间是如何相互作用与联系的？由于水文循环联系地球系统地圈~生物圈~大气圈的纽带作用，水文循环过程的变化与其相关的生态环境的变化交叉研究与社会需求，产生了新的学科生长点，即生态水文学(eco-hydrology)。

生态水文学是20世纪80年代以后逐步发展的一门新兴交叉学科[1-20]。它重点研究陆地表层系统生态格局与生态过程变化的水文学机理，揭示陆生环境和水生环境植物与水的相互作用关系，回答与水循环过程相关的生态环境变化的成因与调控。利用生态水文学原理可以积极地用来保护和改善自然景观，正确指导生态环境脆弱地区的生态环境建设与水资源管理。

生态水文学的提出与发展大致在20世纪70年代以后。早期的生态水文学主要定义在生态湿地系统范畴。例如，1996年wassen等学者专门撰文[44]，认为“生态水文学是一门应用性的交叉学科，旨在更好地了解水文因素如何决定湿地生态系统的自然发育，特别在自然保护和更新方面有重要价值”。

1971年，联合国教科文组织（unesco）正式启动人类生物圈（mab）计划，水生生态系统研究成为该计划中的一个重要项目。第一阶段的会议于1986年在法国图卢兹召开，主要讨论了土地利用对水生生态系统的影响。会议期间，确定了一个具有决定性意义的主题：陆地生态系统和水生生态系统之间的过渡带，对生物化学循环和景观镶嵌体具有重要的调控作用。因此，过渡带的研究被推荐为unesco未来生态系统工作的重点。它是生态水文学发展的雏形阶段。

1988年，unesco组织了过渡带研究的国际专题研讨会。期间，国际应用系统分析协会和匈牙利科学研究院筹划了水陆过渡带功能方面的合作研究项目，试图通过对生态过程的充分理解，确定过渡带恢复或重建的管理思想。

1996年9月在法国召开了“小流域生态水文学过程”研讨会。会议共收到30篇论文，研究集中在小尺度上，内容主要包括土壤和大气相互作用的模拟，径流产生过程和水流路径、水量和水文生物地球化学行为等。在这次会议中，还讨论了分区和尺度的影响问题，分析了气候变化对水文行为和数量的影响。1997联合国教科文组织出版了“小流域生态水文学过程”会议文集。

联合国教科文组织（unesco）国际水文计划（ihp）是由世界各个国家政府组织参加、在国际上有重要影响的水科学及其相关的水资源和环境科学的大型国际研究计划。从1965-1974联合国科教文组织实施国际水文十年（ihd）计划后，ihp已经执行了五个阶段，其中：第一阶段（ihp-i，1976-1980）着重人类活动影响，水资源与自然环境之间关系的研究；第二阶段（ihp-ii，1981-1985）着重于把研究领域扩大到各个特定的地理、气候区域，并向着综合利用水资源的水问题方向发展；第三阶段（ihp-iii，1986-1990）定名为“为经济、社会发展合理管理水资源的水文学和科学基础”，除继续把水文科学作为重点外，把计划内容扩大到合理管理水资源；第四阶段（ihp-iv，1991-1995）研究计划重点是“大气-土壤-植被”之间的水循环关系，全球气候变化对陆地水文过程的影响。

ihp第五阶段（ihp-v，1996-2001）方向是“脆弱环境中的水文水资源开发”，由三个模块、八个主题和31个计划项目组成。模块1的资源过程与管理研究中主题2是“地表生态过程”。生态水文学是ihp计划的核心内容[14-19]。之后，生态水文学得到了迅速发展。从1996年到2002年，联合国教科文组织国际水文计划召开了一系列生态水文学研讨会。

1997年国际水文计划出版了专集：生态水文学—水生资源可持续利用的新范例。文集指出生态水文学主要是为了研究水循环过程、机制与生物、非生物之间的相互关系。水生环境的水量、水质和某些过程，不仅受气候因素的控制，而且在很大程度上受生物因素的影响。因此，生态学和水文学知识的综合，被认为是一个研究水和生物关系的合适的新工具。这本书首次提出了新的、具有挑战性的概念——生态水文学，建立淡水资源可持续发展的基础。图1表明了生态水文学与以往生态学和水文学思维的不同方式：

1998年5月在波兰召开了unescoihp-v2.3-2.4工作组会议。同年，出版了会议文集，主要包括以下4个方面的内容：1）介绍了生态水文学的框架和研究领域；2）提出了当前存在的缺点和未来发展路线；3）宣传生态水文学的概念，认为河流生态系统是受水文过程控制的“超有机体”。确定生态水文学研究的目标为：（a）比较和评价现有的水文和生态过程相互关系的信息；（b）评论预测的潜力、确定未来研究最重要的方向；（c）识别与水文过程相关联的环境问题层次；（d）定量生物因素、非生物因素之间的联系以及它们在水中的沉积物质、营养物质和污染物质运输、转化中的作用，以确定从区域到流域尺度上的转移路径；（e）以可持续发展为目标，建立可操作性的程序交互平台以及科学家、政策制定者和决策者之间新的思维方式。这一出版物为生态水文学的研究提供了指导作用。

1999年9月8日至22日，ihp-v组织了生态水文学研究进展方面的会议，在不同科学团体之间交流了生态水文学的研究成果。会议为来自24国家的不同领域的年轻科学家提供了辩论的机会。在生态水文学和水资源管理方面，科学家交换了基础性研究和应用研究的最新观点。基于研究过程中得到的数据和知识，科学家讨论和提议了生态水文解决环境问题的潜在办法。2000年出版了生态水文学研究进展文集。

需要指出，ihp-v中生态水文计划的核心目标旨在从流域观点、从河流系统与自然社会经济的联系中，理解生物和物理过程的整体性，以提高水资源的管理水平。专家们认为，当今世界范围的水资源问题已经受到来自全球气候变化和人类自身经济开发活动的巨大影响与挑战。在面对不断变化环境的水资源管理中，生态水文学的研究方法和思想将是最好的、可持续的方法。这一范例认为，流域就好像一个超有机体，它具有反抗压力的抗性和弹性特征，是面对变化环境下水资源可持续管理的最有效的一个工具。

1999年，为倡导生态水文学方面的科学研究，国际知名的英国水文研究所正式改名为“生态水文学研究中心”。

同年，英国谢菲尔德大学（sheffielduniversity）自然地理系andrewj．baird博士和德比大学（derbyuniversity）自然地理系高级讲师、美国国家大气研究中心项目科学家robertl．wilby博士共同编著出版了《生态水文学》。它是综述有关陆生环境和水生环境植物与水分关系问题方面的第一本书，阐述和探讨了各种环境植物与水分相互作用问题。该书对于水文学家、生态学家、自然保护学家以及研究生态系统、植物生活和水文过程的其他学者有很大的参考价值。中国科学院寒区旱区环境工程研究所赵文智和王根绪博士翻译出版了该书的中文全文[44]。

目前，在生态水文学或水文生态学的研究领域，活跃着一大批科学团体，使得这一领域的研究有了很大的发展。在联合国教科文组织国际水文计划（unescoihp）-v(2.3/2.4)的支持下，由maciejzalewski组织出版了一系列“生态水文学”专集，是一个里程碑。以后“生态工程杂志（eej）”杂志、“水文科学杂志（hsj）”都出版了“生态水文学”专刊。以zalewski为特约主编致力于生态水文学研究的新期刊。国际水文科学协会（iahs）也专门由acreman博士主编了“水文生态学”有关专集。

进入21世纪后，国际水文计划（ihp）实施2002-2007年新的第六阶段计划，方向确定为“水的相互作用：来自风险和社会挑战的体系”。主要的不同点是需要考虑下面若干方面新的研究与挑战的问题，即：地表水与地下水、水文循环的大气与陆地部分、淡水与咸水、全球化的流域与河流尺度、质与量、水体和生态系统、科学与政治、水与文化。它由五个主题组成：主题1、全球变化与水资源；主题2、流域地表水与地下水动力学集成；主题3、陆地生境水文学；主题4、水与社会；主题5、水教育与培训。其中主题3的陆地生境水文学仍然是生态水文学核心内容。

总之，生态水文学是现代水文科学与生态科学交叉中发展的一个亮点，它以生态过程和生态格局的水文学机制为研究核心，以植物与水分关系为基础理论，将尺度问题贯穿于整个研究之中，研究对象涉及旱地、湿地、森林、草地、山地、湖泊、河流等。因此，生态水文学的发展对我国生态环境建设，将会有重要的促进和推动作用。

2.国内外生态需水研究的问题

生态需水（ecologicalwaterrequirements）是生态水文学中的一个重要的研究课题。凡是联系到与水相关的生态系统自然发育、气候变化和人类活动干预下的生态系统退化等问题，都需要回答维系生态系统所需求的水或者河川径流等问题。在国际上提出生态需水的概念与研究生态需水的理论与方法，已经有了一段历史。在我国，生态水文学的研究刚刚起步，生态需水理论与方法还有待于发展与完善。

早在20世纪四十年代，随着水库的建设和水资源开发利用程度的提高，美国的资源管理部门开始注意和关心渔场的减少问题。美国鱼类和野生动物保护协会对河道内流量与鱼类生长繁殖、产量的进行了许多研究，提出了河流最小环境(或生物)流量的概念，已有学者撰文强调了河川径流作为生态因子的重要性。

在20世纪70年代后，澳大利亚、南非、法国和加拿大等国家针对河流生态系统，比较系统都开展了关于鱼类生长繁殖、产量与河流流量关系的研究。以大马哈鱼的河流生境（habitat）需水为例，加拿大哥伦比亚大学（ubc）有关学者通过大量的实地调查，分别获得了维系大马哈鱼到淡水河流繁衍所必需的河流生境的基本生态需水基本数据，其中包括适宜的流速和水深等。进一步，他们绘制了大马哈鱼繁衍所必需的河流生境质量的高低与基本生态需水（流速和水深）之间的曲线关系。

为了保护水生生物或生境，通常是基于河流物理形态、鱼类和无脊椎动物确定最小或最佳的生态需水流量。但是，这一流量仅仅考虑了渔业的流量需求或者湿地对水的需求，并没有体现生态系统的完整性。国外学者g.e.,petts认为，在河流管理中生态的需要与河流流量变化特征相联系应该至少考虑3个方面，即：（1）纵向的连接；（2）洪泛平原的流量；（3）维持河道的流量，包括最小的和最适宜的流量。基流流量的自然频率和持续时间也应加以考虑，无论何时，都要尽可能地保持生态可接受的流量变化。

gleick提出了基本生态需水量的概念（basicecologicalwaterrequirement），其概念实质是生态建设（恢复）用水[10]。falkenmark区分了绿色水（greenwater）和蓝色水的概念，指出从“蓝色”水的社会利用部门转向利用“绿色”水的生态系统中来，这种“绿色”水储存在土壤中用于蒸发或合成植物有机体。事实上，“绿色”水就是生态需水的概念，这种“绿色”水的概念适用于水生生态系统和陆地生态系统。

直到20世纪90年代，随着国际水文计划等大的项目推进，研究的对象开始打破过去局限于所关心的物种（如鱼类）或某一单一目标的情景，人们才开始考虑维持河流系统完整性的生态流量需求，提高对河流生态系统保护的有效性。但是，由于在西方发达国家，并没有中国西部如此生态问题的多样性和复杂性，因此，他们对生态需水的研究主要集中在维系自然生态系统平衡的方面，比较少考虑高强度人类活动大量挤占生态需水的现实问题。

中国是一个降水时间空间分布非常不均匀、人口压力大的发展中国家。人口、资源与环境的矛盾比较突出。就中国西部地区而论，20世纪90年代以前的水资源规划与配置管理中，很少涉及生态环境建设与生态需水问题。水资源可持续利用与合理配置是从国家“九五”攻关项目开始，提出的“生态需水”是一个新生事物。在中国，由于生态水文学基础研究起步比较晚，大家对于“生态需水”概念的理解也不尽相同。许多国内文献书籍、研究报告出现有“生态需水”、“生态用水”和“生态耗水”多个名词。有人认为它们的概念与涵义是不同的，但是有人认为它们都是指一回事（见文献[22]、[26-46]）。

1989年，中国科学院地理研究所汤奇成较早提出生态用水问题[45]。他认为“为了保证塔里木盆地各绿洲的存在和发展，必须要保护各绿洲的生态环境，而生态环境的保护也离不开水，这部分水可统称为生态用水”。1995年[46]，他认为“对生态环境用水很少或根本没有安排，这种情况必须彻底加以改变，否则干旱区绿洲外的环境将日益恶化；应该在水资源总量中专门划出一部分作为生态环境用水，另一部分为国民经济各部门的用水，包括工、农业及城市生活用水等”。以后许多专家学者对生态需水、生态用水和生态耗水等，提出不同的观点、定义和研讨，丰富了生态需水的理论与学术研究。

2001年，由钱正英、张光斗主编正式出版了的中国工程院重大咨询项目研究成果“中国可持续发展水资源战略研究”[27]。提出我国水资源的总战略必须以水资源的可持续利用支持经济的可持续发展；建议从防洪减灾、农业用水、城市和工业用水、生态环境建设等8个方面实行战略性改变，在中国大地上真正展开一场提高用水效率的革命。在该报告中，对生态用水做的定义是：“从广义上说，维持全球生物地理生态系统水分平衡所需用的水，包括水热平衡、水沙平衡、水盐平衡等，都是生态环境用水；狭义的生态环境用水是指为维护生态环境不再恶化并逐步改善所需要消耗的水资源总量。”。

在学术研讨方面，潘启民等把生态用水理解为生态需水量（状态值）和生态耗水量（动态概念）两个概念[47]。严登华等把河流水可划分为生态水、资源水和灾害水[30]。王芳等通过她的博士论文研究探讨了生态需水理论问题[38-39]，将生态需水概念界定为：为维护生态系统稳定，天然生态保护与人工生态建设所消耗的水量。将生态需水划分为可控（非地带性）与不可控（地带性）生态需水和天然与人工生态需水。刘昌明强调要在研究水循环和水量转化规律的基础上确定生态需水的理论内涵，提出陆地系统中的水可分解为资源水、灾害水、生态水和环境水。生态需水研究面临许多新的挑战。

笔者们参加了中国工程院重大咨询项目“西北地区水资源配置、生态环境建设和可持续发展战略研究”。有几个不同的观点：（1）我们理解的国际水文计划（ihp）研究意义上的生态需水，是指以水文循环为纽带、从维系生态系统自身生存和生态功能角度，相对一定生态环境品质目标下客观需求的水。例如，为了维系河流某鱼类的生境，需要必须的基本水文特征值保证（如一定的河川基流、一定的水流速度、水深要求等），生态系统对水资源需求的大小需要通过科学实验与观察获得，并不是人们主观要给出什么样的水资源配置。水的配置是针对水资源管理、不同水的用户即用水而言。因此，就应该有生态耗水和用水的概念，它们与生态需水有区别也有联系。（2）中国工程院重大咨询项目中所指的“生态需水”不同之处，在于为水资源的合理配置服务、为生态建设（林草，河道生态功能要求）服务的生态需水。所以，国际上提出的生态需水概念需要讨论与扩展。通过讨论，有比较一致的看法是：

生态需水是指维系一定环境功能状况或目标（现状、恢复或发展）下客观需求的水资源量。进一步，对中国西部生态环境建设研究工作的目标，生态需水可以理解为维系一定生态功能的环境目标（例如维系现状生态系统不再退化、恢复某个时期的生态景观、或者具体目标如黑河水必须要到东居延海等）下科学意义下生态系统需求的水资源。它是生态环境建设重要的科学依据。

生态耗水是指现状多个水资源用户（生产、生活和生态）或者未来水资源配置（生产、生活和生态）后，生态系统实际消耗的水量。它需要通过该区域社会经济与生态耗水的平衡计算确定。生产、生活耗水过大，必然挤占生态耗水。

因此，生态需水与生态耗水是有不同的含义，既有联系又有区别。例如，在黄河上游地区，自然降水条件下一般能够满足天然植被蒸散发对水的需求（降水p大于蒸散发e），因此，生态需水估计的数量比较小。但是，由于人的行为通过水土保持等措施建设林地，耗用（减少）了输送到河流下游的水资源量。人们往往称这部分耗用（减少）的实际水量为生态耗水量。所以，在黄河上游地区生态需水量与生态耗水量是有不同的。

相比之下，在西北内陆地区河流的下游，由于内陆地区河流的下游降水非常少，为维系胡杨林生态系统生存，估计的生态需水将完全占用河川径流量。维系胡杨林生态系统的生态环境用水也完全取决与能够提供给下游的河川径流量。在某种意义下，维系胡杨林生态系统的生态需水量也就是生态耗水量。

因此，生态需水与生态耗水的概念在西部地区既有联系又有区别。通过生态需水的估算，能够提供维系一定的生态系统与环境功能所不应该被人所挤占的水资源量基本的信息，它是西部地区水资源可持续利用与生态环境建设的基础，它也是估计在一定的目的、生态环境建设目标或配置条件下，生态环境耗水大小的基础。通过对生态需水和生态耗水的估计，能够分析人对生态需水挤占的程度，决策生态环境建设对生态环境用水的合理配置。

3.中国西部地区生态需水研究的挑战

水是干旱区的关键生态因子,植被的组成和结构由水密切控制,同时在各种尺度上对水产生重要的反馈作用。因此，在干旱区，研究生态学和水文学的相互关系，研究生态需水问题，对干旱区生态建设的模式和生态恢复至关重要。一方面，干旱区水文过程对植被生理特征和格局成因产生影响，同时植被对水土流失具有控制作用。

生态需水的实质是生态系统结构、功能和水分之间相互关系问题。生态需水是生态水文学研究的重要内容之一，只有建立在流域水循环基础上通过生态水文学理论的指导，生态需水量的确定才会更合理。目前在生态需水估算方面，面临许多挑战的问题。主要有：

3.1干旱区植被对缺水的适应机制研究

研究表明，干旱区的某些植物具有水分补偿能力，即利用冬季（低强度）降水补偿夏季干旱用水，冬季干旱就以夏季降水来补偿，这大概是灌木在这种环境中得以与一年生植物竞争的一种手段。另外，在干旱区，植物为了适应荒漠环境，具有许多生理结构上的变化。国外学者ewenari把荒漠植物分为两类：一类是随水变植物，这类植物对极端干旱具有许多生理上的适应性；但大多数植物属于恒水植物，这些植物对干旱有许多适应机制。不同植物的水分利用效率的、对水分亏缺的生理响应机制等研究，将为植被建设和恢复提供理论支持。

3.2植被格局成因的控制性因素研究

干旱区植被最显著的特点就是低覆盖度。研究表明，如果干燥度系列从p/etp>1（降水量与潜在蒸发量的比值）降到<0.3，就会发现潜在植被从全面覆盖而经一系列破碎的植被冠层到植被处于斑块状分布状态。近期研究表明，在黑河下游，随着上游来水的减少，不同景观类型的面积、数目和优势植被发生了很大的变化。在干旱区，胡杨、柽柳的空间分布普遍呈紧缩分布现象，当干旱程度有所减缓时，植被在空间上的分布相对较为分散。在防止土壤侵蚀的人工植被建设方面，由于只考虑植被盖度和高度，忽视了斑块格局及其配置方式。所以出现了北方人工植被土壤旱化、稳定性低的问题。以上说明了水分动态影响植被的分布格局，但这种分布格局如何响应水文过程的变化，它的生态学意义何在？植被的这种自然分布格局能否指导干旱区植被恢复等均有待研究。在今后的研究中，应加强植被类型、格局的生态水文学和生态需水研究。

3.3植被格局对水土流失、土壤侵蚀的定量化研究

在干旱地区，植被多呈斑块状分布，这种分布对改变水分径流的路径、减缓水蚀，提高斑块内的土壤水分含量等都具有重要意义。尽管对植被斑块的丛生状况有所认识，近来理论方面的研究和模拟方面的研究也有助于了解这一过程，但对这种现象的生态机制却知之甚少。这种缀块分布格局如何影响径流？这种格局的生态学意义何在，都是值得探讨的问题。另外，应加强大时空尺度上的植被格局和水文过程的关系研究。

分析干旱植物在水分胁迫下的群落组成结构、分布格局与演变过程，始终是干旱区生态水文科学研究的重要领域，迄今为止，关于这方面的研究未能取得突破性进展，尤其是群落演变的生态机理仍然处于未知阶段。近年来，关于干旱区植物分布如何影响径流和水分分布，以及如何调节干旱区侵蚀等问题的研究受到广泛重视，同时，大尺度“土壤—植被—大气”传输相互作用以及干旱区植被随气候变化的演化也是目前生态学家和水文学家共同感兴趣的话题。

3.14区域生态需水估算方法研究

我国的生态水文学基础研究刚刚起步。尽管在一些方面已经取得令人鼓舞的成果，如陈亚宁在新疆塔里木下游生态需水方面新的研究等，但总的看，目前处在初期发展阶段，没有比较成熟的估算方法，还存在这样或那样的问题，需要多途径比较与发展。

现行的区域生态需水估算方法主要思路是：依据不同气候带与降水等条件，开展自然生态系统分区，确定生态需水计算的不同类别的生态-水文参数；利用遥感提供中国西部区域土地利用信息，确定生态需水计算的不同类别的范围；通过不同植被类型的蒸散发计算、流域降水-径流计算确定河道外生态需水（地带性和非地带性的生态需水）以及河道内生态需水；最后利用水资源分区的水量收支平衡控制，估算生态需水或生态耗水总量。

由于对于生态需水概念理解的不同，实际中生态需水估算的方法就有不同或者差异。例如，按维护现状生态系统不再退化的理解，就会有一套基于2000年的遥感图，依生态分区，分类以及用总水量平衡核算的核算方法。按生态建设目标（过去，现状和未来），又有不同数量的估算方法。

客观说，基于生态水文学的研究思路是估算生态需水的基本途径，它从成因观点估算流域的生态需水，有比较好的理论依据。但是，由于西部地区生态环境问题的复杂性，特别是缺乏必要的生态水文过程与空间变化的资料，由点的植被蒸发扩展到面的植被耗水机理的尺度问题等，导致目前估算有一定困难与结果的差异。现行的水量平衡方法估算生态耗水，能够从宏观总量上给予控制，但是生态需水的精度取决于水资源平衡中其它耗水部门估算的正确与否。因此，在区域生态需水估算方法不成熟的情况下，鼓励多种途径方法的相互比较和佐证，可能比一种方法为好，这也是新生事物学科发展所需要的。如何在有限水文水资源资料和生态监测资料条件下，获得更为客观与科学的生态需水估计，的确是一个重要的挑战性任务与课题。

4.结语

生态水文学是一种对环境有利、经济可行和社会可接受的有效方式。由于生态退化等问题的出现，生态水文学成为国际研究的热点问题之一。本文回顾了生态水文学的发展历程，讨论了生态需水研究明亮的问题与挑战。它们作为生态环境建设的基础与学科发展，有如下几点认识与建议：

（1）优先、重点保护原则：在西北地区，由于水资源匮乏，不可能保护所有的生态系统，只能优先保护控制性生态系统，满足控制性生态系统对水分的需求。在此基础上，进一步形成保护干旱区生态系统的网络结构。干旱区流域下游荒漠绿洲是外来径流作用的产物，绿洲景观结构及组成类型的空间分布严格受河流廊道影响。因此，若把河流两岸乔灌木林和河岸灌丛草甸视作河流廊道的构成要素，则荒漠绿洲的高级生物组成实质就是河流廊道。在干旱区河流廊道不仅具有传输能量与养分的功能，而且是绿洲生物流的载体和传导源，为维持整个流域生态系统的稳定发展奠定了坚实的基础。所以干旱区河流廊道就是控制性的生态系统，生态需水应该优先得到满足。

（2）以生态水文学为基础研究生态需水问题：生态水文学是生态学和水文学的交叉学科，它所关心的是水文过程对生态系统配置、结构和动态的影响，以及生物过程对水循环要素的影响。水文循环深刻地影响着全球生态系统的结构和演变，包括自然界中一系列的物理过程、化学过程和生物过程，是其它物质循环的基础。因此，确定某一生态系统需水时，只有以水文过程为基础，结合生态系统的特性需求，才能较为合理地计算生态需水量。这也是今后生态需水理论与实践研究重要的发展方向。

篇(5)

关键词：地矿特色 水文专业 实践性教学 改革

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）003-176-02

煤矿特色的水文专业人才，要求将地下水与地表水、水资源开发与矿井防治水紧密结合起来，使之成为有机统一的整体，这就要求水文专业不能仅仅局限于地表水资源，必须和矿井地质矿井水文地质紧密结合。

目前，我国煤矿水害事故频发，矿井安全任务艰巨，矿井水害是仅次于瓦斯的煤矿第二大灾害，其防治变得突出重要。煤矿安全生产要求矿井防治水专业人才必须煤矿特色鲜明，这就要求学校教育与矿井的实际需求紧密结合，不仅要求毕业生知识面广，而且要适应能力强，更重要的是专业技能扎实。

面对市场的迫切需求，本文探索从实验教学体系改革、强化课程设计的教学效果、建设完备的实习基地几个方面，进行实践教学环节设置与改革的探索，以培养学生具备防治水工程设计、施工、运行、管理等多方面的实际动手能力。

1 实践教学环节设置

科学合理的教学环节通过专业培养计划来体现和保证，在专业培养计划中保证实践教学环节的系统和规范，并切合煤矿实际需求，具有煤矿的行业特色。实践环节一般包括课程实验和实习、课程设计、专业实习等环节。

在化学、物理、水力学、水文地质学、物探等需要借助试验揭示基本原理的课程中，均安排有适量的实验课时。在学完相应专业课程以后，在培养计划中集中安排对应的专业实习，主要是专业认识实习、生产实习和毕业实习，时间分别安排在二、三、四年级。设计类环节分为针对矿井突水进行注浆堵水、矿井疏干排水、水源地的勘查和评价、抽放水试验等课程性设计和毕业设计等综合性涉及两类。另外培养计划中还安排有参与科研、大学生创业、社会调查、公益劳动等，都有一定的学分要求。

2 实验教学环节改革

实验教学是水文专业必不可少的实践教学环节，一般分为三个层次，即课程演示性实验教学、综合验证性实验教学和科研项目创新性实验教学。实验教学环节改革包括：

2.1 改革实验课程体系

专业课程的实验一般安排在对应的理论课讲授完以后进行，以验证性实验和演示性实验为主，如水文地质学基础的达西定律、抽水试验等。目前普遍存在学生多、指导教师有限、实验操作时间较难保证等问题，学生的实际动手机会受到一定限制。在特色专业培养计划中，按照实验内容的相关性及前后连续性，将几个单项内容的实验集中起来，开设成综合性实验，既保证了单项内容的实验时间，又加强知识的综合和融会贯通，拓宽了学生思维，学生动手能力的培养和训练得到有效地保证。

2.2 改革实验教学内容

各单项实验针对具体章节，不利于学生创新能力的培养，也容易造成仪器的浪费，集中开设时，整合实验内容，体现综合性和创新性，如结合实际的煤矿水害问题，识别矿井出水水源，既要有水化学常规分析，又要同位素分析，还要数学模拟，力学推导，要求必须综合运用理论知识，又要求责任心强，培养了扎实的实验技能。

2.3 改革实验教学模式

受设备限制，专业课程演示性实验较多。由于学生理解接受能力的差异，实验教学效果有待改善。针对试验中的不足，我们精心制作多媒体课件，将实验全过程演示出来，原理是什么，怎么操作，重点、难点是什么，那些地方容易出错，都一一作剖析。

2.4 完善实验设备

特色专业培养对实验设备和仪器提出了更新、更高的要求。为了保证实验开出率和效果，我们不断补充和更新实验设备和仪器。同时还想办法设计制作部分模型，通过和生产厂家紧密结合，设计制作了河间地块潜水运动、向斜盆地承压水运动实验模型和装置，直观展示了达西流实际应用的问题。

2.5 开放性实验

结合矿井实际需求，并依托教师的科研项目，我们还设计、提供开放性、研究性的实验。这种研究性实验为学生积极参与实际的煤矿项目搭建良好的科研平台，这些措施和办法，旨在培养学生分析和解决工程实际问题以及创新的能力。

3 课程设计的改革

在课程设计中，我们充分体现矿井水的资源化及水害防治这个煤矿特色。主要内容包括富水区勘查、矿井水综合利用、水害防治等。

以往，为了方便批阅，一般让全班就同一个题目开展设计，这样做存在一定不足，比如内容雷同、形式单一，存在学生相互抄袭的，教学效果难以保证。为此，我们做相应的改革，如对西北某矿水害问题做设计，先将学生进行分组，分别就水源探查、导水构造以及生态需水、水资源保护等内容拟定不同的题目，再指导学生确定设计方案，计算和绘图等工作量分解到每个小组成员，这样，整个设计有分工、有合作，较好地让每个学生得到锻炼，从而有效改善设计的培养效果。

在选题上，我们结合煤矿井的实际工程项目，采用“真题假做”甚至“真题真做”的形式，理论联系实践，充分体现煤矿特色，如东部矿区水资源评价，必须结合矿井水量大、煤泥多，酸性大的特点；西北矿区则体现绿色开采、生态保水的特点；华北型矿区则体现奥灰水的特点等。

在特色水文专业实践教学中，毕业设计是最重要的实践教学环节。煤矿企业要求特色专业毕业生能独力承担野外调查、钻探、物探、矿井地质、矿井防治水工作，因此在毕业设计中，必须培养学生的综合能力，包括分析矿井地质条件、发现矿井防治水中存在的问题并采取针对性处理。在以往的毕业设计中，存在选题雷同、内容相近、实用性不足等问题。我们通过毕业设计选题，解决了这个问题。我们的做法是，由教师从实际的煤矿科研项目中提炼，并考虑到学生的就业方向，从矿井生产中发现问题，凝练毕业设计（论文）题目，保证选题符合煤矿实际，切实要求能够培养特色专业学生的综合能力；在选题时，我们实行师生双向选择，根据学生的兴趣，一人一题，并鼓励学生到毕业后将要从事工作的煤矿企业，对实际矿井水文地质问题进行深入了解，然后和指导老师一起提炼毕业设计题目和内容。其次严格对毕业设计（论文）的管理，毕业实习和设计阶段，明确规定各阶段的任务，学生在规定的时间内应提交相关的材料，指导教师可以随时进行抽查，并认真批阅。最后还要完善考核机制，特别要注重对实习过程和设计过程的考核。

4 建设稳定的实习基地

实习基地是实践教学的关键场所，在实践教学环节中有着不可替代的作用。一个稳定、完备的实习基地不仅教学内容要丰富、代表性要好，还要具备适宜的交通、食宿、安全等条件。

目前，水文专业的实习基地包括校内实习基地和校外实习基地。校内实习基地依托电子、金工和测量等相关专业进行安排；校外实习基地既包括登封、周口店、云台山等世界地质公园，也包括“产、学、研”合作单位，一般设在地质队、国土资源部门、水利部门、勘探公司、煤矿等，要求各实习单位高度重视，为学生实习提供便利的生活条件，并由经验丰富的工程技术人员担任现场指导老师，学生全程参与工程项目的设计、招投标、施工生产和项目总结鉴定等相关工作。

篇(6)

论文 关键词：水资源综合规划；防洪安全；防洪规划；水文模型

论文摘要：为了研究城市水资源综合规划中各类涉水规划对防洪的影响，分析了平原河网区城市的洪涝特性及洪涝灾害形成原因，提出了适用于平原河网区城市水资源综合规划的防洪安全校核 计算 方法．以太仓市水资源综合规划防洪安全校核计算为实例，根据该市土地利用特点和下垫面特性，分别建立相应的产汇流模型，计算不同规划条件下的河网洪水位，计算结果可以为制定满足太仓市防洪安全要求的水资源综合规划方案提供依据．

我国的涉水规划主要包括水资源规划、水环境保护规划、水运规划、防洪规划以及水生态和水景观规划等．以前这些规划多数都是单独考虑，或者只考虑其中一部分，尤其是在各个城市的水利规划中，由于涉水管理部门众多，每个部门都制定各自的规划，有些规划之间无法达成一致甚至产生冲突，造成不必要的重复建设，影响城市的长远 发展 。因此，有必要把以上规划综合起来考虑，进行水资源综合规划，系统、 科学 地规划涉水事务，充分反映各涉水部门的需求，实现水资源的高效利用，统筹涉水工程的合理布局，对城市水系进行有序的开发利用，为人与 自然 的和谐共处奠定基础。

水资源综合规划必将涉及对原有河道及水利工程的调整，而这会对城市的防洪安全产生一定的影响，尤其是我国很多城市位于平原河网地区，如太湖流域、珠江三角洲等地区，地势平坦，地面高程较低，有的城市还遭受潮汐、台风或梅雨的影响，外河水位在汛期和期可能高于城市地面高程，极易造成严重的洪涝灾害．因此，必须通过防洪安全校核，对水资源综合规划中的各类工程进行安全模拟，检验这些工程是否满足规划条件下的防洪要求，并提出新规划条件下的防洪除涝方案。

水资源综合规划保障水资源的可持续发展，满足人类社会、 经济 发展对水资源日益增长的需求，而防洪安全校核是水资源综合规划得以实施的安全保障，因此，防洪安全校核在水资源综合规划中的应用研究具有重要的理论意义和实用价值．本文研究了平原河网区城市的产汇流特性及水文计算方法，针对水资源综合规划进行水系调整和水利工程布设，运用城市产汇流理论和河网水动力学相结合的方法，计算不同规划水平年相应防洪标准下的河道洪水位，检验规划工程的安全状况，为防洪措施的制定提供科学依据。

1平原河网区城市产汇流计算

产汇流计算是防洪校核研究的前提和基础，计算精度直接影响防洪校核研究的可靠性，产汇流计算涉及的产汇流分区情况、下垫面分类、设计暴雨计算、产流计算、汇流计算均需与水资源综合规划保持一致性。

1产汇流分区及下垫面分类

平原河网地区地势平坦，河道交错，湖泊池塘众多．随着城市经济的快速发展，大量开发区的建设，下垫面的特性发生了显著变化，不透水面积明显加大．不同的下垫面具有不同的产流 规律 ，因此，根据河网水系分布、地形特点、水利工程布局及洪水特性把研究区划分为不同的产汇流分区，各分区再根据城市的土地利用状况划分为4种不同的下垫面条件，即水面、水田、旱地(包括山丘地和非耕地)和城镇。

1．2暴雨计算

由于形成各次特大暴雨的气象条件不同，而且雨区的地形千差万别，所以特大暴雨的雨量时空分布是多种多样的，并没有一种固定的形式．一般统计当地的历次实测特大暴雨资料是取其平均值，或取其最恶劣的组合情况，作为拟定设计暴雨时空分布的依据。

1．3产流计算

由于平原河网区下垫面由4种不同类型组成，因此，产流计算时需针对不同的下垫面用不同的产流模式进行计算。

对于水面，按水量平衡方程由降雨扣除水面蒸发推求产水量；对于水田，考虑水稻不同生长期的水田需水深度、耗水系数及灌排方式推求灌排水量；对于旱地采用新安江三水源模型进行产流计笺；对于城镇区域则划分为不透水面积和透水面积两部分分别计算产流量，其中不透水面积是从降雨中扣除洼地蓄水及蒸发，剩余部分全部为地表径流，透水面积按新安江模型计算产流量。

1．4汇流计算

坡面汇流计算采用单位线法或推理公式法．河网汇流计算采用明渠非恒定流模型，根据流域河道和水利工程资料，将水系概化成由河网和水域组成的体系．河网由流域内骨干河道和重要连接等组成，是流域输送水流的载体；水域由支流小溪、水塘等水体概化而成，主要起调蓄水量作用．对河网采用节点一河道模型，对成片水域则划分为单元，每个单元仅起蓄水调节作用，不起动力输水作用．引入陆域宽度概念，使河网和水域组成统一的数学模型。

2防洪安全校核在太仓市水资源综合规划中的应用

2．1防洪分区及分区控制要求

太仓市位于江苏省东南部，自2004年起，太仓市开展了水资源综合规划的编制工作，包含水资源、水环境、水景观、水运等规划内容，这些规划所作的近、中、远期工程布局与防洪相互影响，有必要根据水资源综合规划确定的工程总体布局，进行规划工程的防洪安全校核计算，得出近、中、远期规划的河网最高洪水位，以检验规划工程的安全状况，从而保障水资源综合规划的顺利实施。

根据太仓市各地洪涝特性、水利工程状况、地面高程、土地利用条件、防洪要求等要素，将太仓市分为4个防洪分区，每个分区内又划分为4种不同的下垫面条件：水面、水田、旱地(包括山丘地和非耕地)和城镇。

a．圩区：区内地势较低，地面高程在吴淞3．50m左右，主要依靠动力排水，规划要求圩区能抵御外河50年一遇最高洪水位，圩内遭遇20年一遇暴雨时不受涝。

b．半高地：太仓城区和经济开发区均在此区域，地面高程3．5- 4．0m，汛期易受洪涝侵袭．规划要求：遭遇50年一遇洪水时最高水位不超过4．0m；遭遇100年一遇洪水时，太仓城区和经济开发区通过水闸控制能够抵御最高洪水位；遭遇20年一遇暴雨时，太仓城区、经济开发区及其他圩区不受涝。

c．平原区：区内地势平坦，地面高程4．0 -4．5m，汛期暴雨遭遇时排水困难易发生洪涝灾害．规划要求遭遇50年一遇洪水时，杨林塘以南地区最高水位不超过4．0m，杨林塘以北地区最高水位不超过4．5m。

d．沿江区：沿江区是太仓市沿江经济开发带，区内地势较高，地面高程4．5-5．0m，排水能力较强，规划要求遭遇100年一遇洪水时最高水位不超过4．5m。

2．2河网水位计算结果及分析

2．2．1计算结果

根据水文水力模型按洪水归槽计算得出现状及近期、中期、远期规划工程条件下，太仓市50年一遇及100年一遇各典型河道最高水位．南北向与东西向骨干河道交汇节点最高洪水位计算值见表1．

2．2．2结果分析

a．对于50年一遇最高洪水位，按各水利分区地面高程分析，除平原区和沿江区南部浏河沿线附近地区外，大部分地区不能抵御50年一遇的最高洪水位。

b．在近期规划条件下，水系进行了系统调整，骨干河道加以拓宽和衔接，河网的通畅性得到很大提高．规划区50年一遇洪水位比现状工况条件有了较大降低，按各防洪分区地面高程分析，除圩区、半高地区南部地面高程低于50年一遇最高洪水位外，其他大部分地区地面高程均高于50年一遇的最高洪水位。

c．在中期规划条件下，水系调整已经趋于完善，水系通畅性良好，沿江河道和水闸排涝能力较强，与近期工况条件相比，平原区和沿江区50年一遇和100年一遇最高洪水位有了显著降低；而圩区和半高地区受阳澄淀泖区洪水影响比较显著，降低幅度相对较小，地面高程仍不能抵御规划工况条件下的最高洪水位。

d．远期规划仅对水系进行适当调整，与中期工况条件相比，平原区和沿江区最高洪水位略有降低，洪水状况和与中期规划类似．

以上各水平年河网最高水位 计算 结果可以为各分区制定防洪控制措施提供 科学 依据．

篇(7)

关键词：静止卫星；水利；应用；水文水资源监测；灾害监测；水利通信

中图分类号：TP79；TV21文献标识码：A文章编号：1672-1683（2013）04-0134-06

地球静止轨道卫星（以下简称静止卫星）位于地球赤道上空距地面约36 000 km，轨道平面与赤道平面夹角为零，并且绕地球运行的角速度与地球自转的角速度相同，故相对于地面静止。由于静止卫星与地球自转的同步性，卫星可以实现连续对地观测，在气象、通信、军事、农业、林业等行业都有较广泛的应用，特别是在气象和通信领域，已成为不可或缺的监测和数据获取工具和平台。

水利行业中许多领域都存在对静止卫星的应用需求，如水资源日常监测、突发事件应急监测、灾害监测预警等，但总体上对静止卫星的应用仍处于起步阶段，多局限于气象预报产品应用等方面，应用范围有待进一步拓宽，应用程度有待进一步深入[1]。

本文通过对现有静止卫星主要参数和特点的归纳，以及对国内外静止卫星水利应用的调研和分析，基于静止卫星在我国水利行业的应用现状，提出未来我国静止卫星水利应用前景的设想和展望。

1国内外水利相关静止卫星发展状况

国外水利相关静止卫星发展较早。1975年，美国率先实现了人类首颗静止气象卫星GEOS-1业务运行；1977年，日本第一颗静止气象卫星GMS-1发射；1978年，欧空局的Meteosat静止气象卫星首次实现了水汽通道图像传输；1982年，印度第一代INSAT卫星发射，集通信、广播和气象探测于一身。

目前，美国的GEOS系列已经发展到了第四代，拥有更稳定的平台，支持更新的成像仪、空间环境探测器（SEM）、垂直探测器和太阳X射线成像仪（SXI）。新一代的GOES-R系列也已提上日程，预计于2014年实现业务运行，将搭载先进的基线成像仪（ABI）和超光谱环境监测仪（HES），性能将大幅提升，在同步卫星监测领域继续保持领先优势。

日本的MTSAT-2和MTSAT-1R双星在轨运行，互为备份，较上一代GMS-5的自旋稳定姿态控制不同，MTSAT采用三轴稳定方式，成像时间短、图像信噪比、灵敏度高。

欧盟第二代静止气象卫星MSG-2替代了上一代Meteosat，虽然仍采用自旋稳定方式，但在传感器通道数、空间分辨率、圆盘成像时间和量化级数上有了很大提高。MSG-3已于2012年7月发射，第三代静止气象卫星（MTG）将会在成像精度上和数据传输速率上有大辐改进，首颗卫星将于2018年开始服役。

俄罗斯在轨静止卫星二代GOMS-N2和印度在轨静止卫星INSAT-3D都采用先进的多通道扫描成像仪，拥有各自的特点。

我国水利相关静止卫星发展起步较晚。1997年6月10日，我国第一颗静止气象卫星FY-2A正式投入使用，2004年10月FY-2C发射成功，实现业务化运行，比美国晚了整整29年，总体水平也只相当于美国20世纪90年代初的水平，据估计这样的差距可能在风云四号才能赶上。不过风云二号也有很多自己的特色，尤其在图像定位配准方面已经达到了世界先进水平。2006年12月，FY-2D静止气象卫星发射成功，与FY-2C星实现了双星备份，主汛期每天每15分钟可提供一张图像。2008年12月，FY-2E星接替已经超期服役的FY-2C星继续运行。这三颗星均采用自旋稳定的姿态控制方式，搭载5通道扫描成像仪和空间环境探测仪，但是和发达国家相比，还是有一定的差距。表1是各国静止气象卫星搭载主要荷载对比。

2.1静止卫星在水利行业的可用性分析

2.1.1水利相关应用参数分析

随着水利现代化的不断深入，传统水利监测手段已经无法满足需求。在水资源监测方面，传统水文监测只采集站点数据，且水文站网密度有限，展布到面后精度有一定不确定性。水旱灾害监测也距实时、持续监测与预警的业务需求有一定差距。传统水质监测能力也落后于管理需求，指标不够全面，站点密度不够，快速机动监测能力差，突发性水污染预警系统不够完善。

极轨等高空间分辨率遥感卫星重访周期长，幅宽窄，可能在区域性单次监测上精度较高，但在大尺度动态监测方面较为薄弱。静止卫星可每30 min获取一次影像，尺度可覆盖全球，并且新一代静止卫星多配置高分辨率多通道传感器，将为水利业务监测提供多指标、真实可靠的实时监测数据，大幅提高日常管理和应急能力。

从GEOS-1只搭载单台扫描成像仪，提供单一气象资料，到如今搭载多种高分辨率空间探测器，并依托各国静止气象卫星建立起的全球静止气象卫星观测系统，静止卫星已实现为水文监测、重大水旱灾害监测和实时水情数据传输提供动态数据和多种定量产品支持，表2是全球主要静止气象卫星的水利相关应用领域。除提供初级遥感信息外，静止卫星还可提供多种定量产品，为水利行业提供更深入、针对性强的业务应用产品，表3是我国FY-2C卫星提供的水利相关定量产品。此外，静止卫星还为水利部门提供相关数据转发和卫星通信系统网络支持，20世纪90年代，我国水利部就购买了亚洲二号半个转发器，并以此为依托建立了水利卫星通信系统。另外，静止卫星移动通信系统和全球导航系统也可应用于水利行业。静止卫星移动通信系统主要有全球覆盖的国际海事卫星（Inmarsat）通信系统和区域覆盖北美的移动卫星（MSAT）通信系统、亚洲蜂窝卫星（ACeS）通信系统、瑟拉亚（Thuraya）卫星通信系统等。比较成熟的卫星导航系统有美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS和我国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），即北斗卫星导航系统。目前，为我国水利通信建设提供服务的静止卫星系统主要是Inmarsat-C海事卫星系统和北斗卫星导航系统。

相对于传统地面观测和其它卫星在水利中的应用，静止轨道卫星的主要优势在于可以高时间分辨率探测信息，有效的动态跟踪和监测大尺度系统的形成、发展及演变规律。一颗静止轨道气象卫星每30 min就能获得近地球的气象图片资料，对水资源运行调度管理实时监测、水旱灾害监测，洪水、暴雨和突发水污染事故应急监测以及水情数据转发具有突出的能力。因此，静止卫星在水利方面的应用有着广阔的前景。

在水资源监测方面，传统水文监测只采集站点的数据，扩展到面后精度不高，且许多地区水文站网密度不够，甚至还存在无监测地区，降水、径流监测和预报等技术手段尚不能完全不能满足水资源评价、规划与管理等方面的需求，而极轨等高空间分辨率遥感卫星由于重访周期过长，幅宽较窄，可能在区域性水资源监测精度较高，但对于大尺度动态水资源监测方面较为薄弱。在水资源管理方面，由于人工侧支循环，使得流域水资源的分配和转换关系异常复杂，分配层次多，流域降水和径流变化趋势不同步，降雨径流预报和水资源趋势预测依然是世界级难题，满足不了流域水资源配置和调度管理的需要。静止轨道卫星每30 min就能获得水文监测资料，尺度可覆盖全球，相信配备高空间分辨率传感器的静止轨道卫星会在全球水资源领域有更深入的应用。

在水旱灾害遥感监测方面的，我国虽已开展多年，但距实时、持续监测与预警的行业需求还有一定的差距。高分辨率的静止轨道卫星数据，进一步提高业务化程度，以形成一套完整的水旱灾害遥感监测产品。

2.2在水文水资源监测中的应用进展

2.2.1降水监测

降水是水文循环中的基本环节，在水资源评价、管理、水循环模拟等方面都有着大量的数据需求。从1978年美国人L.E.Spayd Jr.和R.A.Scofield[12]第一次基于GOES数据提出估算热带气旋降雨量方法并业务化应用以来，不论是在理论还是手段上，基于静止卫星的降水监测技术都已相当成熟，方法呈现多样化。美国NOAA的NESDIS 发展了利用GEOS红外资料估算降水量的系统并于1997年投入业务运用[13]，我国水利部信息中心也使用云分类方法对GMS卫星数字云图估算面雨量[14]，张云惠、史可传[15]基于GMS卫星云图对哈密地区降雨进行估算，徐亮等[16] 基于静止卫星气象数字化产品采用多元决策加权法估算降雨，熊秋芬[17]提出了基于GMS卫星4通道资料的人工神经网络技术估算降雨的方法，并进行了实例验证。

为了弥补静止卫星空间分辨率的不足和发挥其高时间采样频率的优势，静止卫星降水监测主要采用多种传感器联合监测的方法。现在水利行业应用较广的全球降水监测数据集——全球卫星降水制图（GSMaP） 和 GPCP就是多种传感器联合监测的成果。GSMaP 数据集采用的GEOS卫星的可见光/红外数据，空间分辨率为0.03635°（在赤道上相当于 4 km） ，时间分辨率约为30分钟，覆盖区域为60°N ～ 60°S，在海洋上的监测效果最好，在高山上的表现最差。在陆地和海岸带地区，GSMaP 数据难于识别强降水，同时低估强度大于10 mm/h 的降水。GPCP数据集主要数据源是GOES、GMS、Meteosat卫星，逐月、逐日和每5日降水分析资料空间分辨率分别为2.5°、1°和2.5°。

2.2.2土壤含水量与蒸散发监测

土壤含水量与蒸散发监测是水资源评价、管理中的重要一环，获取实时连续监测数据是做好实时调度和管理工作的必要保障。静止气象卫星的红外扫描辐射计在土壤墒情、温度、温度和植被监测方面均有所应用。赵长森等[18]提出了基于静止卫星的陆面区域蒸散模型，并采用FY-2C数据对淮河流域蚌埠以上农业区进行了多时间尺度的区域耗水模拟，开创了利用静止卫星模型模拟区域耗水的先河。裴浩等[19]借鉴极轨气象卫星监测植被和土壤墒情的研究成果，采用GMS的多通道数据监测土壤墒情和植被指数。杨晓春[20]利用FY-2数据对土壤湿度进行模拟，并在多年干旱监测中得到了应用。

为了弥补静止卫星在空间分辨率上的不足，舒云巧等[21]提出利用FY-2C结合MODIS产品估算河北灌溉农田实际蒸散量的方法，利用静止卫星时间分辨率强的优势，提高了遥感监测的质量。由于静止卫星的红外传感器空间分辨率往往都是千米级的，因此，比较适于大、中区域尺度高时间分辨率的地表参数反演。张霄羽和王娇[29]利用风云二号静止气象卫星数据，提出了多时相热红外/可见光反演地表水分的算法，在中尺度区域上定量化土壤表面含水量，并在中国西北地区进行应用，获得了5 km×5 km空间尺度的日均土壤含水量，并且与先进的AMSR土壤水分产品相比，均方根误差为0.025 g/cm3，最大估算误差在0.07 g/cm3以内。这一研究为中尺度高时间分辨率土壤含水量产品的获取提出了一种思路。

2.2.3冰雪监测

冰雪融量的计算是水文学上的一个重要问题，静止卫星也在大尺度连续动态观测冰雪上很有优势，但由于空间分辨率较低，目前还处于初探阶段。裴浩等[19]尝试利用GMS可见光通道探测冰雪分布并取得了较好的精度。中国科学院冰川所利用气象卫星云图来计算雪被覆盖的范围、厚度、冰雪融量，并追索其连续演变，进行了祁连山冰川水文学的研究。

2.3在水旱灾害监测中的应用进展

2.3.1洪灾监测

静止气象卫星在全天候洪水监测和汛期降雨预报方面均有应用，是防洪减灾辅助决策的重要信息来源。中国气象局国家卫星气象中心从20世纪80年代中期开展提供气象卫星监测洪涝灾害的科研服务，曾成功对1991年江淮大水、1996年华北水灾以及1998年长江洪水等重大洪涝灾害进行了监测[19]。王庆斋等[23]也根据GMS-5静止气象卫星数字化卫星云图曲灰度分布，建立云顶温度与地面实测降水关系曲线，实现对黄河流域汛期降水的预报。

2.3.2旱灾监测

静止气象卫星监测旱情问题，已引起国内外学者的关注，并进行了一些研究尝试。张元元[24]利用FY-2/VISSR数据生成PRETA干旱指数产品，应用于全国范围的旱情连续监测，与极轨卫星同类产品相比，在监测范围和频次上都具有明显的优势，很好地反映了2009年秋季至2010年春季西南大旱的旱情时空变化。姬菊枝等[25]利用风云二号卫星并结合NOAA的数据用热惯量法估计了2003年哈尔滨春季干旱受灾情况，提出了防治措施。

2.3.3冰雪灾害监测

静止气象卫星在重大冰雪灾害也有一些应用。朱小祥等[26]利用FY-2C、D星结合modis数据在2008年南方雪灾中向有关部门提供降雪天气预报、受灾区积雪覆盖范围等方面的遥感监测信息。

2.4在国内水利通信中的应用进展

静止卫星在水利行业中的应用除包含静止气象卫星提供水利相关应用的直接产品外，还承担着转发水情数据、进行水利通信的任务。1991年，北京海事卫星通信系统（Inmarsat-C）地面站正式运行，开始承担起用户、卫星与移动终端之间水情数据转发的任务，使得水情测报系统不受距离和下垫面条件的限制。我国自主研发的北斗导航系统也为水情部分流域的水情测报系统提供服务，承担着部分水利卫星通信任务，具有覆盖范围广、传输数据量大和成本低的优势。此外，我国从1976年开始投资水利通信网。1994年，水利部一次性购买了亚洲二号的半个Ku波段转发器，建设水利通信系统，经过十多年的努力，建立了以语音、数据、图像为媒介的水利通信网。2008年，亚洲二号退役，水利部又租用亚洲五号Ku波段转发器和亚太六号C波段转发器，实现混网组合，组建了新一代的水利通信系统，并于2010年投入使用，提高了抗雨衰能力，EIRP和G/T指数值在边远地区比前代提高了16倍，增强了发射和接收能力。新系统集图像、数据、语音和应急通信业务为一体，采用新型的DVB-S2通信体制，加大传输带宽，充分提高卫星信号传输能力，满足了防汛、抗旱卫星通信需求，有效保证了水利通信系统的业务应用。

3存在问题与展望

静止卫星自身虽然有覆盖范围广、成像周期短、资料来源均匀、连续、实时性强、成本低等先天性优势，但牺牲了传感器精度、荷载和传输速率等条件，造成业务应用面窄和深化程度不够的问题。因此，静止卫星在水利行业得到广泛应用还需要解决以下几个问题。

（1）提高卫星稳定性，保证监测数据的持续稳定获取。我国的FY-2号还采用自旋稳定姿态控制方式，卫星运行稳定性差，数据噪点多，难以实时稳定更新，改进静止卫星姿态控制方式，提高传感器灵敏度和稳定性，是保证监测数据高质量持续稳定传输的有效手段。

（2）提高传感器性能，满足行业应用精度要求，深化业务应用。目前水利行业采用的静止卫星数据源大多空间分辨率和光谱分辨率较低，离行业应用的精度要求尚有一定距离，另外，有效荷载种类过少，监测范围不足，相关应用领域较窄，需加大高轨、高分辨率传感器的研发投入，深化业务应用，在保证静止卫星同步、大尺度观测特性的同时，开展新型传感器的研究，扩展监测领域，进行精细化研究，提高传感器观测精度，保证行业应用的可靠性。

（3）做好与传统地面监测数据的协同应用。不管是单一静止卫星遥感监测数据，还是传统地面监测数据，都在反应真实水利应用状况时存在优缺点，做好和地面观测数据同化处理，实现与传统地面观测技术的结合应用，才能提供更加全面、真实、精确地监测数据。

（4）做好与高空间分辨率数据源的同化应用。静止卫星可提供全天候、大尺度的遥感监测资料，但不足之处是空间分辨率较低，数据精度有限，做好静止卫星数据与高空间分辨率遥感卫星数据的协同应用，是保证数据精度的发展方向之一。

目前，静止卫星在水利方面的应用还仅限于一些气象水文信息、水旱灾害的初级监测和水情的转发，像水土流失、水环境状况、灌溉面积监测、水利工程监测等更多水利信息的获取应用还不深入，并且由于应用理论水平的限制，也不能完全满足业务需求。但是，在高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率为代表的新型传感器的研发和高稳定姿态控制技术的发展下，随着数据传输能力的提高、地面数据处理技术的发展，静止卫星数据与传统监测数据和高空间分辨率数据的同化技术的深入研究，静止卫星数据的应用水平将不断提高。近期，依托高分辨率对地观测系统重大专项，我国将发射一颗高空间分辨率的光学静止卫星，将在卫星姿态控制和传感器物理指标上有重大突破，会大幅提升静止卫星的空间监测能力，为地表水体变化、水利工程运行状态监测、农作物长势监测以及水旱灾害监测与预警、突发水污染事件和其他突发灾害应急监测提供更加全面的监测数据，相信会更加深化静止卫星数据在水利行业的应用水平。

参考文献：

[1]周旋，周晓中，吴耀平.美国气象卫星的现状与发展[J].中国航天，2006，（1）：30-33.

[2]Rao P R，et al.Weather Satelites，Systems，Data and Environmental Ap-pplications[M].American Meteorological Society，1990.

[3]周润松，葛榜军.美国新一代气象卫星系统发展综述[J].航天器工程，2008，17（4）：91-98.

[4]徐建平.美国地球静止环境业务卫星-N R系列卫星[J].国际太空，2006，（8）：14-15.

[5]徐建平.日本MTSAT多功能卫星[J].气象科技，2005，33（1）：96.

[6]闵士权，朱曼洁.通信卫星现状与发展[A].中国卫星应用大会[C].2008：451-461.

[7]刘云，祝明，周杨.水利通信发展与展望[J].水文，2006，26（3）： 75-77，47.

[8]丁军，方明.水利卫星通信网的建设与卫星通信的展望[J].中国水利，2001，（4）：63-65.

[9]刘阳，何为.卫星通信在三峡水情自动测报系统中的应用[J].水电能源科学，2007，25（3）：29-32.

[10]林灿尧，丁军.新一代水利卫星通信系统[J].水利信息化，2010，（1）：58-61.

[11]雷昌友，蒋英，史东华.北斗卫星通信在水情自动测报系统中的研究与应用[J].水利水电快报，2005，26（21）：26-28.

[12]L.E.SpaydJr.，R.A.Scofield，陈善敏.应用地球静止卫星资料估计热带气旋降水量的方法[J].气象科技，1984，（4）：37-42.（L.E.SpaydJr.，R.A.Scofield，CHEN Shan-min.The Method of Use Geostationary Satellite Data to Estimation the Tropical Cyclone Precipitation[J].Meteorological Science and Technology Journal，1984，（4）：37-42.（in Chinese））

[13]Vicente，Gilberto A.，Roderick A.Scofield，W.Paul Menzel.The Operational GOES Infrared Rainfall Estimation Technique[J].Bull.Amer.Meteor.Soc.1998，79：1883-1898.

[14]杨杨，戚建国.数字卫星云图估算面雨量的应用试验[J].气象，1995，21（3）：35-39.

[15]张云惠，史可传.静止卫星云图在哈密降水天气预报中的应用[J].新疆气象，1998，21（5）：17-19.

[16]徐亮，张吉农，贾红莉.静止气象卫星数字化产品在西宁短期降水预报中的应用[J].青海科技，2006，（6）：41-44.

[17]熊秋芬.神经网络方法在静止卫星多通道资料估算降水中的应用[J].气象，2002，9（28）：17-21.

[18]赵长森，夏军，李召良，等.基于高时间分辨率静止卫星数据的区域耗水时空格局研究-以春旱季节淮河流域蚌埠以上农业区为例（英文）[J].自然资源学报，2008，23（6）：1055-1067.

[19]裴浩，韩经纬，李云鹏，等.利用静止气象卫星资料遥感监测植被、积雪和土壤墒情的研究[J].内蒙古气象，2001，（1）：31-35.

[20]杨晓春.基于FY-2的大气强迫数据在土壤湿度模拟中的应用[D].南京：南京信息工程大学，2010：1-66.

[21]舒云巧，李，雷玉平.基于静止气象卫星的河北平原实际蒸散量遥感估算[J].中国生态农业学报，2011，19（5）：1151-1156.

[23]王庆斋，王春青，傅德胜.利用GMS-5静止气象卫星资料定量测量黄河流域汛期降水[J].河南气象，1999，（3）：156-160.

[24]张元元.应用FY-2地表蒸散产品监测西南特大干旱[J].气象，2011，37（8）：999-1005.

[25]姬菊枝，安晓存，魏松林.利用卫星遥感技术对干旱进行监测[A].中国气象学会2005年年会论文集[C].北京：中国气象学会，2005：3706-3712.

[26]朱小祥，吴晓京，刘诚，等.卫星资料在2008年中国大范围低温雨雪冰冻天气过程中的综合应用[A].2008年海峡两岸气象科学技术研讨会论文集[C].北京：中国气象学会，2008：136-144.

[27]李纪人.遥感在水利行业中的应用[J].卫星应用，2012，（1）：61-64.