丝路经济带黑河流域人水关系的系统动力学研究

Human-water contradiction is the key issue for the sustainable development of inland river basins along the Silk Road Economic Belt, and the co-evolutionary dynamics of coupled human-water systems is the aim of socio-hydrology. For the inadequacy of the present study on the human-water feedback and its spatio-temporal dynamics in inland river basins, this project takes the changes of human-water relationship in the past 300 years in the Heihe River Basin as a case study. A systematic method is developed to build long time data sets of water-ecology-society and to establish a quantitative evaluation index system for human-water relationship with the key parameters, by adapting the combinative method of historical analysis and hydrological reconstruction and building the system dynamics model for the human-water feedback based on the system dynamics method and hydrological and eco-hydrological models. It will identify the change of human-water relationship and its driving mechanism in Heihe River Basin, explore the spatio-temporal dynamics of the human-water feedback, and reveal the human’s adaptation strategies under changing water environments and the response mechanism of water system to the human activities. The results will provide theoretical basis for integrated water resources management and the coordination of human-water relationship and provide references for the study on the historical socio-hydrology and process socio-hydrology.

人水矛盾是影响丝绸之路经济带沿线内陆河流域可持续发展的关键问题，而人水耦合系统及其协同进化动力学是社会水文学研究的核心问题。针对当前内陆河流域人水互馈机制及其时空动态研究欠缺的问题，本项目以黑河流域近300年人水关系演变为典型案例，采用历史分析和水文重建相结合的方法，基于系统动力学方法和水文与生态水文模型构建人水互馈机制的系统动力学模型，构建长时间尺度的水-生态-社会数据集，遴选关键参数建立人水关系定量评价指标体系。辨识黑河流域人水关系演变特征及其驱动机制，探索人水互馈机制的时空变化，揭示人类在水环境变化下的适应性策略以及水系统对人类活动的响应机理，为内陆河流域综合水资源管理和人水关系协调提供理论依据，为历史社会水文学和过程社会水文学研究提供参考。

随着气候变化和社会经济发展，人水矛盾问题在全球已逐渐普遍并且日趋激烈，急需有目的地调控，实现人水关系协调，以达到经济-社会-生态环境的可持续发展。认识和理解区域人水互馈机制的演变，成为干旱区流域可持续发展的当务之急。此外，随着社会水文学的提出，人水耦合系统及其演变研究已经成为水文科学发展的趋势和当前科学研究的热点。在此背景下，本项目以黑河流域为典型案例，通过系统梳理水文学发展过程与社会水文学研究进展，提出其发展方向，探索人水关系演变研究的学科基础；进而利用历史分析、水文重建和信息融合方法，构建了黑河流域近300年的水-生态-社会基础数据库；然后分析黑河流域垦殖绿洲时空演变特征并确定其社会-自然驱动因子；遴选耗水量和NPP等关键指标，利用权衡和协同理论，刻画和量化人水关系演变过程；并针对人水关系演变过程，构建耦合社会因子的社会水文模型框架，包括狭义社会水文模型框架和广义社会水文模型框架。最后厘清了黑河流域近300年人水关系演变过程及其驱动机制，揭示丝绸之路经济带沿线内陆河流域的人水互馈机制及其时空动态特征，包括各时段中下游人类在变化水环境下的适应性策略以及水系统对人类不同水土开发利用活动的响应变化。基于以上研究结果，有助于提高对区域人水关系演变规律的认识，促进区域的水资源综合管理和人水关系的协调，保障丝绸之路经济带的可持续发展，同时促进内陆河流域社会水文学的研究。在本项目资助下，共计发表论文9篇，其中SCI论文6篇，EI论文1篇，CSCD论文2篇，并于2018年参加国际水文科学协会组织的国际会议和AGU秋季会议，分别作了口头报告和展板报告；参与项目的两名研究生顺利获得博士学位和硕士学位。