流域水资源管理中长期决策方法研究

Water resources management is the core of the sustainable development in arid regions. The successful of integrated water resource management depends on the improvement of watershed integration model. The objectives of this project are to improve the development of integrated water-ecosystem-economy model and the application of this model into the decision-making for water resources management and sustainable development by improve the understanding of the complex relationship between social factors and natural factors and quantify the watershed management resilience and its influencing factors within the framework of the NSFC major research plan – “Integrated research on the eco-hydrological process of the Heihe River Basin”. The main research contents include: (1) to determine the quantitative relationship between social system and ecological-hydrology system by the co-evolution mechanism study of ecological-hydrology-social system in Heihe River Basin; (2) to quantify the influencing factors (such as social change and technical progress) on watershed water cycle in Heihe river basin; (3) to improve the application of integrated model in long term decision making for water resources management and sustainable development; and (4) to summary the integrated methodology under the framework of system science.

水资源管理是流域可持续发展的核心，综合水资源管理依赖于流域集成模型的发展。黑河流域生态-水文-经济集成研究中社会系统演化定量表达和协同机制研究不足，将流域集成模型应用于流域水资源管理与可持续发展决策实践的研究还很薄弱，模型集成方法也没有系统总结。本项目通过对黑河流域生态-水文-社会经济系统协同演进机制、黑河流域中长期治理决策的量化表述及影响因素（如社会变迁和技术进步）、集成模型在流域水资源管理与可持续发展中的决策应用及系统科学框架下的流域集成方法论总结研究方面，进一步推动黑河流域水-生态-经济系统的集成模拟与预测。拟解决的关键科学问题包括：（1）社会子系统演化的定量表征及其与生态-水文系统关系的描述。（2）生态、水文、经济和社会子系统互馈机制和协同演化模拟。（3）黑河流域中长期治理能力的定量表达及其对变化环境响应的弹性评估。

项目围绕流域水资源管理中长期决策方法的相关问题，具体开展了以下研究工作。（1）文献挖掘并初步分析了黑河流域过去2000年灌溉与农垦技术的发展过程，探讨了技术进步与流域水资源承载力的协同演化；（2）依据重建数据，导出了黑河流域2000年尺度人工绿洲和自然绿洲面积、蒸腾以及GPP演化数据，分析了黑河流域人工绿洲与自然绿洲演变及人工分水对其影响的规律；（3）收集并处理了黑河流域自1960s年以来的中高分辨率遥感数据，对流域内水体、耕地和河岸植被等地物类型属性进行了提取，在此基础上重点分析了农业生产活动以及流域水资源管理对流域水文连接性以及水文连接性与河岸植被发展之间的关系；（4）文献挖掘了从1990年到2016年黑河流域在Web of Science 发表论文以及同期全球最频繁研究的150个流域的论文，以此数据为基础初步研究了全球重点流域水文-社会-生态研究关注的管理问题、科学主题以及学科贡献的演变特征，重点分析了黑河流域研究的特点以及在世界流域研究中的排名；（5）基于实地调查和1960年代的CORONA高分辨率遥感影像，绘制了古居延绿洲的古代灌溉渠系；（7）将扩展傅里叶振幅灵敏度检验(EFAST)方法成功应用于流域可持续发展指标权重的确定，并集成到流域可持续发展决策支持系统中；（8）资助发表论文SCI期刊论文11篇，在投论文1篇。以上研究为黑河流域集成研究增加了新的要素，为决策支持系统提供了新的数据和方法，也为评价“黑河流域生态—水文过程集成研究”的资助效果，分析黑河集成研究对世界流域科学发展的贡献提供了数据基础。