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水文與水資源工程方向范文第1篇

一、水文行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著2011年中央一號文的，水利行業(yè)乃至水文行業(yè)的重要性得到最大程度的凸顯，水文行業(yè)作為水資源調(diào)查和規(guī)劃的主力軍，其行業(yè)重要性更是不言而喻，2012年初，國務院出臺3號文件對實行最嚴格水資源管理制度提出明確目標和任務。我國水文事業(yè)發(fā)展正迎來前所未有的發(fā)展機遇。當下，水文行業(yè)已樹立“大水文”發(fā)展理念，堅持走“建設水文、管理水文、經(jīng)營水文”的發(fā)展道路。具體內(nèi)容為以科學發(fā)展觀為指導，積極踐行可持續(xù)發(fā)展治水思路，緊緊圍繞水利中心工作和經(jīng)濟社會發(fā)展需求，統(tǒng)籌規(guī)劃、突出重點、適度超前、全面發(fā)展，以加強水文水資源監(jiān)測體系建設為基礎，以提高預測預報能力為重點，以推進體制機制改革為動力，以提供全面優(yōu)質(zhì)服務為目標，以強化科技創(chuàng)新和隊伍建設為保障，加快推進水文從側重局部建設向注重整體發(fā)展轉變，從技術導向型向服務導向型轉變，從數(shù)據(jù)服務型向成果服務型轉變，從行業(yè)水文向社會水文轉變，努力提高水文現(xiàn)代化水平，為水利和經(jīng)濟社會發(fā)展提供有力支撐。具體主要有以五個方面的發(fā)展趨勢：

1．水文站網(wǎng)體系大幅度加強，機構不斷完善，投入增幅巨大

僅以湖北省為例，2010年水文站點1,000多個，2013年已增至4,000多個，到十二五末期將增至10,000多個。同時相應的組織管理機構不斷完善，地市級和縣級水文機構陸續(xù)成立。十二五期間湖北省水文事業(yè)投資規(guī)模達到18億，遠超歷史投入總和。

2．水文觀測處理應用的全面信息化

通過運用現(xiàn)代科學技術，尤其是計算機和網(wǎng)絡技術，正在實現(xiàn)各類水文及水資源信息及其處理、運用的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、集成化和智能化，達到廣泛的信息交流和共享的目的。

3．水文行業(yè)公眾服務的廣度和深度大幅增加

水文行業(yè)力圖擺脫簡單的收集信息信息的公眾服務角色，爭取在水文與水資源信息的利用上找到新的發(fā)展支撐點，具體在水質(zhì)預警、山洪預警、水土保持、水電開發(fā)、水資源論證評價、水量分配監(jiān)督等方面開展信息服務，同時要求盡量開展精細化的成果服務。

4．大力加快生態(tài)水文的建設

十中提出要建設生態(tài)文明，具體到水資源方面，首先必須要做好水量和水質(zhì)的監(jiān)測，同時積極拓展水生態(tài)監(jiān)測服務體系，特別是僅僅圍繞水生態(tài)文明建設戰(zhàn)略部署，以落實最嚴格的水資源管理制度為抓手和切入點，成為“三條紅線”考核的“水量與水質(zhì)信息的監(jiān)控者”、“技術權威人”和“考核參與者”。5．大力發(fā)展城市水文目前，國家在加快城鎮(zhèn)化建設步伐，城市的防洪、排澇和水資源保護等工作的重要性也日漸凸顯，所以，水文工作的部分重心也逐漸向城市轉移，具體來講，一是加強城市防洪水文監(jiān)測及水文預警預測工作，二是做好城市水量和水質(zhì)的監(jiān)測工作，確?！坝盟踩?。水文站網(wǎng)在城市布點的頻度也日趨加大。

二、水文專業(yè)人才需求狀況與趨勢

水文是服務于經(jīng)濟社會發(fā)展的重要公益性基礎事業(yè)，其重要性正在逐步加強，今后類似國家氣象局、國家地震局等成立國家水文局也是非常有必要和可能的，目前各流域水文機構和省級水文機構多數(shù)屬于副廳級單位，已有11個省區(qū)市水文機構實行了參照公務員管理。截止2011年底，我國水文部門共有各類水文測站46,783處，包括水文站3,219處、水位站1,523處、雨量站19,082處、水質(zhì)站7,750處、地下水監(jiān)測站13,489處。水文部門共有從業(yè)人員66,391人，其中在職職工26,270人，離退休職工14,384人，委托觀測員25,737人。截止2013年底，全國水文部門共有各類水文測站86,554處，包括水文站4,011處、水位站9,330處、雨量站43,028處、水質(zhì)站11,795處、地下水監(jiān)測站16,407處。水文部門共有從業(yè)人員69,879人，其中在職職工26,236人，離退休職工15,113人，委托觀測員28,530人。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，自2012到2013年，各類水文測站總個數(shù)年均增長率為36%，水文站個數(shù)年均增長率為12%，水位站為148%，雨量站為50%，水質(zhì)站為22%，地下水監(jiān)測站為10%。各類水文測站總體數(shù)目顯著增加，其主要得益于國家對水文基礎設施建設的大力投入，“十五”期間國家在水文建設投資27億元，“十一五”期間投資45億元，“十二五”期間計劃投資289億元，水文建設投入大幅增長，水文站網(wǎng)數(shù)量大量增加，現(xiàn)代化儀器設備更新?lián)Q代，對水文隊伍的數(shù)量和質(zhì)量也提出了更高要求。但從2012至2013年全國水文部門的人員數(shù)量分析來看，目前各水文部門人力資源缺口較大，具體可從以下兩方面論證：一是2012到2013年水文部門從業(yè)人員數(shù)量整體未發(fā)生變化，而各類水文測站數(shù)目大幅度增加，即使廣泛推行巡測和自動測報技術，也有一個緩沖期和適應期，現(xiàn)有人員要做好新建各類水文站的日常維護和管理有非常大壓力；第二，據(jù)調(diào)查，現(xiàn)有水文單位從業(yè)人員普遍存在老齡化，青年骨干較少的困境，從數(shù)據(jù)上看，2012~2013年，不考慮委托觀測員，離退休職工占總人數(shù)比例為36%，離退休職工數(shù)凈增729人，考慮約2%的自然死亡率，年退休率在3.5%，均高于全國事業(yè)單位平均水平?？偨Y以上分析，目前全國水文行業(yè)人才需求量呈持續(xù)上升勢態(tài)，按2013年水平計算，每年實際新進職工人數(shù)約在920人，根據(jù)歷年水文單位招聘人員計劃統(tǒng)計分析，招收?？粕?、本科生和碩士生比例約為2：3：1（博士生招收數(shù)量較少，且主要集中在水文科研單位），故水文單位招收?？粕藬?shù)約在300人左右，考慮水利工程、水利信息化相關專業(yè)、水質(zhì)水保相關專業(yè)在?？粕衅赣媱澲兴急壤珖磕暾衅杆呐c水資源?？茖I(yè)學生的計劃約在200人左右。收集統(tǒng)計各各流域水文機構和省市級水文機構近3年招聘計劃，平均各省每年招聘水文專科學生在6~8名，按30個水文機構測算，全國每年招聘水文專科學生計劃約為200人，這個數(shù)據(jù)和前文統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)基本一致。目前，全國常年開設水文與水資源專科院校有2所，分別是長江工程職業(yè)技術學院和黃河水利職業(yè)技術學院，年招生規(guī)模合計約在120人，同時安徽水利水電職業(yè)技術學院、江西水利職業(yè)學院、湖南水利水電職業(yè)技術學院等平均2~3年開設有水文與水資源短期培訓班，主要培養(yǎng)水利工程偏水文與水資源專業(yè)學生，規(guī)模較小，且主要為定向培養(yǎng)。結合前文分析結論—全國每年招聘水文?？茖W生計劃約為200人，水文行業(yè)人才需求量呈持續(xù)上升勢態(tài)—可知，目前專科水文與水資源專業(yè)具有上升勢態(tài)的社會需求和繼續(xù)發(fā)展?jié)摿?。同時，結合水文行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查結果可知，目前?？扑呐c水資源專業(yè)的職業(yè)技能要求正向觀測手段信息化能力、水生態(tài)觀測能力和城市水文監(jiān)測能力遷移。

三、水文與水資源專業(yè)改革發(fā)展建議

長江工程職業(yè)技術學院水文與水資源專業(yè)為學院歷史悠久的重點特色專業(yè)之一。學院原隸屬水利部管理，具有深厚的水利行業(yè)背景，劃歸湖北省管理后，在“校企合作，工學結合”的高職辦學指導思想下，進一步密切和長江水利委員會及各省水文機構的聯(lián)系，開展專業(yè)建設和課程建設，取得了一定的成果，在水文發(fā)展的新形勢下，需要進一步加快人才培養(yǎng)模式和專業(yè)建設改革，為水文行業(yè)提供高質(zhì)量的技術技能人才。

1．緊跟水文信息化發(fā)展趨勢

我國水文行業(yè)和其它行業(yè)一樣，正在快速步入信息化發(fā)展的高速通道，具體來講，目前正在推進的信息化工程主要有四個方面，一是加強基層信息化硬件和軟件的建設，做好信息化頂層設計；二是建立水文數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)信息資源整合；三是構建信息共享一張圖，實現(xiàn)一站式服務；四是建立綜合應用服務平臺，實現(xiàn)應用協(xié)同。因此水文與水資源專業(yè)需要在課程內(nèi)容上充分融入現(xiàn)代水文信息技術，加快課程開發(fā)和革新速度。

2．加強對水生態(tài)監(jiān)測的關注度

2013年水利部水文局召開了水生態(tài)監(jiān)測工作會議，強調(diào)并部署我國的水生態(tài)監(jiān)測工作，長江水利委員會在2015年全面啟動了水生態(tài)試點監(jiān)測工作，試點主要集中在長江干支流7個江段，監(jiān)測項目包括浮游植物、浮游動物、著生藻類、魚類及魚苗等。開展這種項目對于傳統(tǒng)的水文行業(yè)來說是一次跨越式的發(fā)展，將會大大拓寬水文行業(yè)的范圍，顯著提高其社會服務貢獻度，水文與水資源專業(yè)應充分與水生物、水環(huán)境等學科交叉，形成外延更加廣大的新型水文與水資源專業(yè)。

3．逐步建立城市水文監(jiān)測技術體系

隨著我國城鎮(zhèn)化進度的加快，城市人口比例的提高，城市的重要性也在日趨提高，而城市防洪排澇、水質(zhì)安全、水環(huán)境等問題也越來越被社會所關注，從2011年開始，陸續(xù)有很多水文局開展了系統(tǒng)的城市水文監(jiān)測工作，水利部也在2014年了《城市水文監(jiān)測與分析評價技術導則SL/Z572-2014》，這也標志著我國從國家層面正式規(guī)范和發(fā)展這一水文行業(yè)方向。目前城市水文監(jiān)測剛剛進入發(fā)展階段，很多技術都有待提高和完善，學校的水文與水資源專業(yè)也應積極關注這些技術發(fā)展，參與到城市水文監(jiān)測技術體系的建立完善中。

4．適應現(xiàn)代水文巡測的新需求

傳統(tǒng)水文行業(yè)主要依靠在水文站駐測來實現(xiàn)水文資料的獲取，隨著社會的發(fā)展，以現(xiàn)代水文信息化技術為支撐的水文巡測正在迅速提高其所占比重，將逐步變成新時期水文信息獲取的主要手段和方式，同時它也是水文基層測站管理體制和水文測驗方式的重大改革。新的《水文巡測規(guī)范》已正在進行征求意見，其征求意見稿中包括了巡測的新方法、新標準和新儀器，對于處于發(fā)展階段的巡測工作有著很好的指導和規(guī)范作用。學校的水文與水資源專業(yè)也應提高水文巡測技術在人才培養(yǎng)過程中的比重，適應現(xiàn)代水文發(fā)展的新需求。

5．參與水文行業(yè)的重要工程

水文與水資源工程方向范文第2篇

面對我國在水資源利用中的各種問題，清華大學水文水資源研究所，改革開放以來，先后承擔國家科技攻關、國家自然基金、國家“973”、 “863”等國家和省部級項目近百項，逐漸形成了以應用水文學、水資源規(guī)劃與水戰(zhàn)略、灌溉與排水、水生態(tài)環(huán)境，防洪減災、數(shù)字水利等為主要研究方向的學科體系，并結合國內(nèi)外學科動態(tài)和國民經(jīng)濟重大需求，開展與宏觀經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境信息科學技術和公共政策等學科的交叉研究。其中，該研究所水文水資源方向研究團隊，也在干旱半干旱區(qū)的流域水循環(huán)機理、水資源高效利用機理，以及水資源規(guī)劃理論與實踐等領域取得了突出的成績。

流域水文循環(huán)機理研究

可以說，流域水文循環(huán)機理研究是當今水文學最具希望的前沿領域。針對現(xiàn)有的水文分析方法，清華大學水文水資源研究所利用地面觀測與衛(wèi)星遙感相結合、流域宏觀規(guī)律與微觀機理相結合的方法積極探討和建立這一新的水文學理論。

2004年起，他們開始在山東省位山引黃灌區(qū)籌建生態(tài)水文綜合試驗站，并于2005年3月正式開始觀測。該試驗站采用了國際水一能量觀測計劃(GEWEX)中的通量觀測設備和觀測項目，同時還增設了土壤物理、作物生理、地下水監(jiān)測。另外，還定期和不定期對土壤水分、地下水水質(zhì)、作物長勢等進行強化觀測。通過田間直接觀測研究地下水一土壤一作物一大氣耦合系統(tǒng)中的水熱循環(huán)機理及田間蒸散發(fā)規(guī)律；結合田間觀測、衛(wèi)星遙感建立灌溉條件下區(qū)域分布式水文模擬模型，分析和評價我國北方大型灌區(qū)水資源消耗的時空變化規(guī)律。在長期觀察的基礎上，他們參考我國其他干旱半干旱地區(qū)的實地觀測與試驗，將水文數(shù)據(jù)分析方法和水動力學理論相結合，在水文學的基礎理論方面進行了探討，從水能量(熱)耦合平衡概念出發(fā)，統(tǒng)一了關于蒸發(fā)的三個假設即Penman假設、Bouchet假設和Budyko假設，一經(jīng)刊出即獲得國際學界的高度評價。此外，他們還重新推導了流域的水熱耦合平衡方程，并建立了基于水熱耦合平衡假設的流域蒸散發(fā)模型，為預測氣候變化的區(qū)域水循環(huán)響應提供了理論依據(jù)。

水熱循環(huán)基礎理論研究之外，水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室還是國內(nèi)較早開始流域分布式水文模型研究的單位之一，甚至多位成員早在上世紀90年代于國外留學期間就開始對其進行研究。近年來，又陸續(xù)推出了GBHM模型、基于代表性單元的分布式水文模型以及散耗性分布式水文模型。

其中，基于地貌特征的分布式水文模型《GBHM》充分考慮了流域的地形地貌特征，以Gls為工具，利用分形理論對分布在不同氣候條件的流域進行了地形地貌特征分析。在此基礎上，獨立提出了一套有別于常用的方形網(wǎng)格和三角形網(wǎng)格的離散單元劃分方法，將流域宏觀水文特性與水動力學過程結合描述流域水文過程，既提高了計算效率又保證了精度，從而有效地解決了特大流域分布式水文模擬的瓶頸問題。在GBHM模型的基礎上，耦合了土壤侵蝕和泥沙輸移，污染物的地表徑流沖刷及在土壤中的遷移轉化等過程，構建了分布式的流域水量水質(zhì)耦合模型。

他們提出的“基于代表性單元的分布式水文模型”，不僅總結了流域水文本構關系建立的方法，提出了具有較強適應性的基于蒙特卡羅模擬的數(shù)值法，構建了適用于一般流域水文模擬的完整的本構關系，與基本方程一起構成的閉合常微分方程組，還采用先進的數(shù)值計算方法，大大提高了模型求解的計算效率、穩(wěn)定性和魯棒性，已在中國和美國的近10個不同類型的流域進行應用和模型結構與參數(shù)的診斷研究。

同樣地，“干旱區(qū)散耗型水文模型”的提出也是他們不斷積累與創(chuàng)新的結果。在對干旱區(qū)綠洲水文過程的長期研究之上，他們突破傳統(tǒng)的流域概念，根據(jù)干旱區(qū)綠洲的水文過程以徑流的散耗為主的特點，提出了水文模型。該模型描述了干旱區(qū)完整的水文過程，包括出山口以上的徑流產(chǎn)匯和出山口以下的徑流散耗，將流域相應地可劃分為徑流產(chǎn)匯區(qū)和徑流散耗區(qū)，對干旱區(qū)綠洲內(nèi)水分轉化過程建立各種計算方程和轉化關系，從而可對整個綠洲的水資源的轉化和消耗進行計算和分析，并可為其他地區(qū)的水文模擬提供新的思路。四水轉化與水資源高效利用機理

“四水”是指大氣水、地表水，土壤水和地下水，其轉化規(guī)律及水熱耦合遷移和轉化機理是SPAC(土壤植物一大氣連續(xù)體)研究中的重點，是農(nóng)田水循環(huán)研究的基礎。

上世紀80年代初，當時的水文教研組就開始了土壤水領域的研究，在土壤水分運動機理、土壤水分運動參數(shù)測定，植被蒸發(fā)蒸騰原理、降雨入滲機制等方面取得了一系列研究成果，他們編著出版的《土壤水動力學》已是國內(nèi)該領域的權威著作。建立新疆葉爾羌灌區(qū)地下水和土壤水，鹽觀測基地在國內(nèi)較早地開展了SPAC相關研究，形成了SPAC機理、模型與應用的一系列成果。微觀機理方面，包括陸面蒸發(fā)和騰發(fā)的機理、飽和一非飽和土壤中的水分運動機理、田間土壤一植物一大氣系統(tǒng)中水熱的耦合運移機理、伴隨水循環(huán)的作物生態(tài)過程機理。宏觀區(qū)域水循環(huán)方面，他們又應用“3S”技術將微觀(田間)水循環(huán)機理應用到灌區(qū)或區(qū)域，用以研究區(qū)域水資源消耗，特別是蒸散發(fā)的時空變化規(guī)律并評價農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力。

由于長期在新疆塔里木河流域開展四水轉化與水資源高效利用研究，他們提出干旱區(qū)綠洲四水轉化模型，并進一步提出了以耗水平衡為基礎的干旱半干旱地區(qū)水資源高效利用理論，為新疆葉爾羌、山東位山、寧夏青銅峽等大型灌區(qū)的節(jié)水改造及水資源的合理高效利用提供支撐，為干旱區(qū)水土資源的可持續(xù)利用提供了理論支撐。此外，結合遙感技術的發(fā)展，他們還開發(fā)了遙感騰發(fā)模型PT-VITT，為大尺度非均勻區(qū)域的騰發(fā)研究提供了新途徑。

水資源規(guī)劃理論與實踐

在不斷的探索中，他們逐漸尋找出水資源研究的突破口，將研究重點從水資源系統(tǒng)本身的規(guī)律，擴展到對水資源系統(tǒng)與社會經(jīng)濟系統(tǒng)及生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合問題的研究，研究尺度也從單個水利工程向覆蓋全流域和相關區(qū)域的范圍發(fā)展，研究成果主要集中在流域尺度的宏觀經(jīng)濟水資源理論，面向生態(tài)環(huán)境的宏觀經(jīng)濟水資源合理配置理論與方法上。

針對流域生態(tài)用水管理與調(diào)度評估關鍵技術，他們結合塔里木河流域生態(tài)用水問題，建立了干流地表水、地下水、土壤水監(jiān)測系統(tǒng)，取得了系統(tǒng)的監(jiān)測資料建立了干流上中游，干流下游水均衡模型，測算了不同根系深度、不同地下水埋深對應的潛水蒸發(fā)量，確定了自然植被的年耗水量，計算了塔里木河干流生態(tài)需水量。一系列成果在干流下游水資源配置和工程規(guī)劃以及應急輸水的效果評估等工作中發(fā)揮了重要價值。

針對水權理論框架和實施關鍵技術，以及基于水權的水資源管理理論與方法的研究，他們在全國水資源綜合規(guī)劃，石羊河流域近期綜合治理、中澳水權項目、中日水權項目中

得到體現(xiàn)，提出了我國初始水權分配的理論、原則和模型方法。相關成果已成功應用于石羊河流域綜合治理規(guī)劃中，該規(guī)劃于2007年12月國務院正式批準實施。

針對流域人與自然用水沖突協(xié)調(diào)關鍵技術，他們又提出了以耗水為中心的，社會經(jīng)濟發(fā)展與自然生態(tài)保護相協(xié)調(diào)的，干旱區(qū)綠洲水資源配置規(guī)劃的思路和方法，應用于葉爾羌河流域規(guī)劃修編及水資源合理配置研究，提出干旱區(qū)社會經(jīng)濟用水比例，適宜灌溉面積，合理地下水位，自然生活耗水量等指標，為干旱半干旱區(qū)水資源高效利用以及人與自然用水沖突協(xié)調(diào)提供了理論支撐。

而針對干旱半干旱地區(qū)的地面地下水聯(lián)合調(diào)度關鍵技術，他們在大比例尺水文地質(zhì)條件勘查、流域地下水監(jiān)測網(wǎng)絡、大型水均衡試驗場等試驗觀測的基礎上，建立了基于Gls平臺的灌區(qū)地表水一土壤水一地下水，溶質(zhì)垂向運移與二維水平擴散耦合的模型體系，運用數(shù)量化理論進行了區(qū)域水文地質(zhì)參數(shù)的評估，應用于疏勒河流域的水土資源綜合規(guī)劃，對世行項目規(guī)劃的移民方案提出了重要的修正意見并得到采納。

流域水量統(tǒng)一調(diào)度

不唯如此，在水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室平臺上，他們整合水文水資源的研究成果并應用于流域水量統(tǒng)一調(diào)度。以黃河流域和塔里木河流域水量統(tǒng)一調(diào)度工作為背景，他們提出了系統(tǒng)流域水量調(diào)控的理論方法和模型體系，建立適用于流域水量統(tǒng)一調(diào)度的管理系統(tǒng)和情景模擬平臺，應用于兩個流域的水量統(tǒng)一調(diào)度實際工作中，對防止河道斷流和提高水量統(tǒng)一調(diào)度的科學性具有重要作用。在理論方法層面，提出了水量統(tǒng)一調(diào)度的兩個理論基礎，即水流演進與水量調(diào)控機理和水資源與社會經(jīng)濟系統(tǒng)耦合作用機理；在模型層面，提出了流域水量調(diào)控的自適應模型和基于復雜適應系統(tǒng)理論的整體優(yōu)化模型；在應用層面，更是開發(fā)了黃河流域水量調(diào)度決策支持系統(tǒng)和塔里木河流域水量調(diào)度決策支持系統(tǒng)，并投入使用。

理論方法與模型暫且不論，僅是應用層面的工作就大大值得稱道。經(jīng)過反復的實踐，他們將現(xiàn)行水量調(diào)度方法方案編制由原來的人工計算變?yōu)橛嬎銠C控制，而且應用自適應理論和基于復雜適應理論的水資源優(yōu)化配置理論，建立了水量自適應分配模型和優(yōu)化調(diào)度模型，克服了以往調(diào)度中存在的多項缺點，不僅能根據(jù)國務院分水指標，實時跟蹤動態(tài)目標，快速精確地將水量分配給各用水單位，也能對全流域年水量調(diào)度分配指標進行優(yōu)化，并通過三維仿真對調(diào)度方案進行模擬仿真。應用實踐表明，所建立的模型系統(tǒng)，克服了實際調(diào)度中存在的關鍵技術難題，增強了水量統(tǒng)一調(diào)度的科學性和預見性，提高方案編制的效率和調(diào)度精度，為黃河和塔里木河流域水量統(tǒng)一，科學調(diào)度提供了操作平臺和決策環(huán)境。兩個流域水量調(diào)度系統(tǒng)的建立，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

樁樁件件，不一而足，在水文水資源研究所師生的共同努力下，該研究所在水文學方向上先后榮獲多項國家級、省部級科技獎勵；編寫出版了一批優(yōu)秀的科研成果專著，在國內(nèi)外著名學術期刊發(fā)表了大量具有影響力的學術論文。

水文與水資源工程方向范文第3篇

【關鍵詞】數(shù)學建模；水文預報；水資源規(guī)劃

中圖分類號：TV12 文獻標識碼：A 文章編號：1006-0278（2013）07-202-01

近半個多世紀以來，隨著計算機技術的迅速發(fā)展，數(shù)學的應用不僅在工程技術、自然科學等領域發(fā)揮著越來越重要的作用，而且以空前的廣度和深度向經(jīng)濟、金融、生物、醫(yī)學、環(huán)境、地質(zhì)、人口、交通等新的領域滲透，所謂數(shù)學技術已經(jīng)成為當代高新技術的重要組成部分。不論是用數(shù)學方法在科技和生產(chǎn)領域解決哪類實際問題，還是與其它學科相結合形成交叉學科，首要的和關鍵的一步是建立研究對象的數(shù)學模型，并加以計算求解。人們常常把數(shù)學建模和計算機技術在知識經(jīng)濟時代的作用比喻為如虎添翼。

數(shù)學建模在水文與水資源工程專業(yè)中更是發(fā)揮著重要的作用，尤其是在水文預報和水資源規(guī)劃方面。

一、數(shù)學建模的介紹

（一）數(shù)學建模概述

數(shù)學建模是在20世紀60和70年代進入一些西方國家大學的，我國清華大學、北京理工大學等在80年代初將數(shù)學建模引入課堂。經(jīng)過20多年的發(fā)展現(xiàn)在絕大多數(shù)本科院校和許多專科學校都開設了各種形式的數(shù)學建模課程和講座，為培養(yǎng)學生利用數(shù)學方法分析、解決實際問題的能力開辟了一條有效的途徑。數(shù)學建模是一種數(shù)學的思考方法，是運用數(shù)學的語言和方法，通過抽象、簡化建立能近似刻畫并“解決”實際問題的一種強有力的數(shù)學手段。

（二）數(shù)學建模的應用

數(shù)學建模應用就是將數(shù)學建模的方法從目前純競賽和純科研的領域引向商業(yè)化領域，解決社會生產(chǎn)中的實際問題，接受市場的考驗。可以涉足企業(yè)管理、市場分類、經(jīng)濟計量學、金融證券、數(shù)據(jù)挖掘與分析預測、物流管理、供應鏈、信息系統(tǒng)、交通運輸、軟件制作、數(shù)學建模培訓等領域，提供數(shù)學建模及數(shù)學模型解決方案及咨詢服務，是對咨詢服務業(yè)和數(shù)學建模融合的一種全新的嘗試。

（三）數(shù)學建模十大算法

1.蒙特卡羅算法，該算法又稱隨機性模擬算法，是通過計算機仿真來解決問題的算法，同時可以通過模擬可以來檢驗自己模型的正確性。2.數(shù)據(jù)擬合、參數(shù)估計、插值等數(shù)據(jù)處理算法，通常使用Matlab作為工具。3.線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、多元規(guī)劃、二次規(guī)劃等規(guī)劃類問題，通常使用Lindo、Lingo軟件實現(xiàn)。4.圖論算法，這類算法可以分為很多種，包括最短路、網(wǎng)絡流、二分圖等算法，涉及到圖論的問題可以用這些方法解決。5.動態(tài)規(guī)劃、回溯搜索、分治算法、分支定界等計算機算法。6.最優(yōu)化理論的三大非經(jīng)典算法：模擬退火法、神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法（這些問題是用來解決一些較困難的最優(yōu)化問題的算法，對于有些問題非常有幫助，但是算法的實現(xiàn)比較困難，需慎重使用）7.網(wǎng)格算法和窮舉法，網(wǎng)格算法和窮舉法都是暴力搜索最優(yōu)點的算法，在很多競賽題中有應用，當重點討論模型本身而輕視算法的時候，可以使用這種暴力方案，最好使用一些高級語言作為編程工具。8.一些連續(xù)離散化方法，很多問題都是實際來的，數(shù)據(jù)可以是連續(xù)的，而計算機只認的是離散的數(shù)據(jù)，因此將其離散化后進行差分代替微分、求和代替積分等思想是非常重要。9.數(shù)值分析算法（如果在比賽中采用高級語言進行編程的話，那一些數(shù)值分析中常用的算法比如方程組求解、矩陣運算、函數(shù)積分等算法就需要額外編寫庫函數(shù)進行調(diào)用）。10.圖象處理算法。

二、數(shù)學建模在水文與水資源中的應用

（一）數(shù)學建模在水資源規(guī)劃中的應用

全國水資源綜合規(guī)劃的目的是為我國水資源可持續(xù)利用和管理提供規(guī)劃基礎，要在進一步查清我國水資源及其開發(fā)利用現(xiàn)狀、分析和評價水資源承載能力的基礎上，根據(jù)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護對水資源的要求，提出水資源合理開發(fā)、優(yōu)化配置、高效利用、有效保護和綜合治理的總體布局及實施方案，促進我國人口、資源、環(huán)境和經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展，以水資源的可持續(xù)利用支持經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

（二）數(shù)學模型在水文預報中的應用

水文預報是水文學為經(jīng)濟和社會服務的重要方面，特別是對災害性水文現(xiàn)象做出預報，對綜合利用大型水利樞紐做出短期、中期和長期的預報，作用很大。中國已開展預報服務的項目有：洪水水位與流量、枯水水位與流量、含沙量、各種冰情、水質(zhì)等。

水文預報的方法，在產(chǎn)流方面常用降雨徑流相關圖，在匯流方面常用單位線。現(xiàn)在的發(fā)展方向是應用流域水文模型，根據(jù)流域上實測的降雨或降雪資料預報流域出口的流量過程。

在實際應用中，通過建立模型并求解，做出短期或中長期的預報，對防洪、抗旱、水資源合理利用和國防事業(yè)中有重要意義。

水文與水資源工程方向范文第4篇

關鍵詞：土地利用變化； 水文效應； 探究視角

中圖分類號： P285.2+3 文獻標識碼： A

眾所周知，由于人口數(shù)量不斷增加，城市化趨勢日益明顯，土地資源與水資源需求越來越緊張。從這個角度出發(fā)，不斷總結現(xiàn)階段土地利用對于水資源影響的理論基礎，探析土地利用與水資源利用之間的關系，從而為后期土地利用變化對于水文效應的研究工作打下基礎。

一，土地利用變化的水文效應研究困難

現(xiàn)階段，在水資源影響因素中土地利用變化因素的研究中，總會出現(xiàn)很多

的困難。詳細來講，其一，數(shù)據(jù)資料獲取難度大，我們知道，水文數(shù)據(jù)記錄時間都比較短，精度不是很準確，但是在現(xiàn)在以模型方式去研究的背景下，要求使用高精度的數(shù)據(jù)資料。其二，土地利用對于水資源產(chǎn)生的影響是多方面的，往往涉及到自然，社會與經(jīng)濟等方面的因素。其三，以傳統(tǒng)的試驗方法和統(tǒng)計分析方法去分析土地變化的水文效應，顯得以偏概全。其四，土地利用變化的水文效應的尺度不明確，很可能在時間和空間上表現(xiàn)出很大的差異性。上述四個基本問題是研究土地利用變化的水文效應的切入點，如何使用以先進的視角去審視，以先進的技術去處理，將關系到土地利用變化的水文效應的研究成果。

二.研究內(nèi)容上的多樣性

2.1植被覆蓋度對于土地利用變化的影響

土地利用變化對于水資源影響的研究，一開始是從植被覆蓋度的角度開始的。相關學者普遍認為森林類型的變換將對于水文產(chǎn)生顯著的影響，但是在影響的界定卻存在很多的異議。比如在其對于徑流的影響上，英國學者Robinson認為成熟林可以在抑制洪峰流量上發(fā)揮作用；Sikka 等將印度草改造成為藍桉樹林地，卻發(fā)現(xiàn)枯水流量不斷減少，對于洪峰流量有著明顯的抑制作用；還有新西蘭學生的研究得出了造林對于洪峰的影響程度遠遠高于對于枯水流量的影響程度。這樣的差異性結論，是由于其研究的對象有著時間和空間上的差異性。

2.2人為驅動對于土地利用變化的影響

隨著城市化趨勢不斷發(fā)展，人們對于土地利用的水文效應的研究開始轉向于城市用地，工農(nóng)業(yè)用地和牧草地。在此方面眾多學者有著一直的觀點：城市用地的不斷增加，使得徑流量不斷增加，相對應的地下水不斷減少，從而使得區(qū)域的水文處于不穩(wěn)定狀態(tài)，很容易誘發(fā)洪水危險；例如, Wijesekara等結合加拿大某流域的研究發(fā)現(xiàn)，由于人口的不斷增加，使得集水區(qū)不斷出現(xiàn)，相對應的落葉林和常綠林不斷減少，這不僅僅使得集水區(qū)承受這洪水危險，而且將不利于地表水的穩(wěn)定供給。

2.3土地利用空間對于土地利用變化的影響

現(xiàn)階段，對于土地利用變化的水文研究也開始向土地利用空間方向研究，其主要集中在對于因為空間差異性導致的水資源影響進行探析，比如，Thanapakpawin 等以泰國Mae C haem 流域為研究區(qū)域，高地貌特征明顯區(qū)域，如果耕地米阿尼不斷擴張，將會對于其年均降水量產(chǎn)生影響，這樣的影響程度往往相對于低地貌來說更加的明顯。這說明了土地利用空間對于土地利用變化的水文特征產(chǎn)生了很深刻的影響。

三.研究方式的發(fā)展性

傳統(tǒng)意義上的土地利用變化研究，主要是以土地數(shù)量結構為基礎，通過對于歷史記錄信息去歸納土地利用的變化特征。主要涉及到三個方面的內(nèi)容，即土地空間使用變化，植被覆蓋面積變化和人為建筑的變化。從這個角度來講，為了更好的迎合現(xiàn)實需求，研究在方式上實現(xiàn)了全面的發(fā)展，呈現(xiàn)出動態(tài)化和復雜性的特點。其主要表現(xiàn)在三個方面：其一，基于情境分析法的理論，土地利用變化模型成為情境構建的基礎的同時，也便于社會經(jīng)濟因素的全面滲入，使得研究更加的全面和深刻；其二，隨著研究工作的不斷深入發(fā)展，使得人們開始關注于土地變化的空間分布，不再是單純意義上的建筑數(shù)量結構，極大的延伸了其研究的視角；其三，結合土地利用變化模型可以結合其時間和空間上的特征，保證合理使用各方面的信息要素，在分布式水文模型的理論基礎上實現(xiàn)與土地利用變化模型的結合。

3.1分布式水文模型

所謂分布式水文模型，是指以氣候，人類活動和水資源為元素，構建起科學合理的框架，其對于土地利用變化的水文效應的研究工作有著巨大的作用。也就是說物理的分布式水文模型有著其他模型難以比擬的優(yōu)勢，其不僅僅可以有效的反映出流域內(nèi)的空間信息，還可以揭示氣候特征和物理參數(shù)情況，因此被廣泛的使用到水文研究工作中。由于實驗對象，實驗條件和實驗目的不同，其在研究過程中可能將其分為分布式和半分布式水文模型，基本上涉及到以下幾個類型：SWAT模型，MIKE-SHE模型，PRMS模型，VIC模型，DiCaSM模型和ArcEGMO模型等。在上述模型的建立過程中，不僅僅要充分結合研究區(qū)域的實際特點和研究對象，還要對于其制約因素和可用情況進行分析。

3.2情景分析方法

情景分析方法，在土地利用變化中應用也是比較普遍的。情景設定主要是由于土地利用變化特征和發(fā)展目標的差異性。尤其是在研究內(nèi)容不斷增多的情況下，研究者將視角轉移到氣候變化和土地利用上，不僅僅要求實現(xiàn)兩者的獨立分析，還要對于其間的相互影響表現(xiàn)出來。這就需要借助情景分析法。但是情景分析法是在土地利用變化模型和水文模型發(fā)展成熟的情況下慢慢開展的，一方面土地利用變化模型使得土地利用變化實現(xiàn)了動態(tài)化模擬，能夠成為情景分析法詳實的信息來源，實現(xiàn)了從數(shù)據(jù)結構向空間結構的轉化。另外一方面，水文模型可以幫助情景分析法去處理很復雜的情景設定，使得其在不同情景中展開對比。

四.結束語

綜上所述，隨著人類經(jīng)濟社會活動加劇，勢必會不斷加大對于土地資源的使用，由此帶來的影響是多方面的，動態(tài)化的。尤其在土地利用變化的水文效應方面，雖然現(xiàn)階段我們在很多角度和方法上都有所突破，但是由于自然，社會，經(jīng)濟的不確定性，使得其影響因素之間產(chǎn)生不同程度的影響，從而使得土地變化的水文效應的研究工作的難度不斷加大，我們應該堅持實事求是，在現(xiàn)有理論基礎上去促進研究工作的發(fā)展。

參考文獻

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[2]李昌峰,高俊峰,曹慧.土地利用變化對水資源影響研究的現(xiàn)狀和趨勢[J].土壤,2002,(4):191～205.

水文與水資源工程方向范文第5篇

關鍵詞：需求與推廣；水資源；技術

一、發(fā)展趨勢和科技需求

在強烈的社會實踐需求和現(xiàn)代科學技術發(fā)展的推動下，水文水資源的技術開發(fā)和研究將進一步深化，其研究領域和研究尺度不斷擴大，技術方法的先進性將進一步提高，服務于水利和相關行業(yè)生產(chǎn)實踐的能力將進一步提高。水文水資源領域科技發(fā)展的趨勢是：

(一)水文信息的采集和監(jiān)測能力將不斷提高。地面水文信息采集監(jiān)測站點與氣象雷達和遙感衛(wèi)星等將形成立體觀測信息網(wǎng)絡，大大提高對整體水文事件特別是極端水文事件的分析、監(jiān)測和預警能力。

(二)大尺度以及環(huán)境變遷影響下水文研究工作的開展。不僅研究陸面地表水、土壤水和地下水量的轉換機制，而且利用高分辨率遙感衛(wèi)星等更先進的空間觀測手段研究陸面海洋大氣界面上的水分和能量的交換過程。

(三)跨學科的綜合和交叉。水文水資源與地球科學、計算機與信息系統(tǒng)、系統(tǒng)工程科學、社會學、經(jīng)濟學、生態(tài)學等的交叉性不斷加強，將促進實現(xiàn)水源有效開發(fā)利用與經(jīng)濟高速增長和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

(四)現(xiàn)代高新技術的廣泛應用。隨著現(xiàn)代科學技術的迅猛發(fā)展，核技術、地球觀測技術、信息技術、現(xiàn)代控制理論和方法等在水文水資源研究的各個領域中融合滲透，使得水文水資源的研究方法出現(xiàn)突破性進展。

我國經(jīng)濟社會快速發(fā)展、城市化進程加快和人民生活水平不斷提高，與此同時我們又面臨水資源短缺、水環(huán)境惡化和水旱災害嚴重等問題，并成為國家經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。力爭以水資源的可持續(xù)利用支持經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，著力解決水資源的供需平衡矛盾，是水文水資源科技研究的中心任務。圍繞這個中心任務，結合水文水資源領域科

技的發(fā)展趨勢，水文水資源領域的技術需求主要包括：

(1)在防洪抗旱減災方面。加強新技術、新途徑(如雷達測雨、衛(wèi)星遙感、地理信息系統(tǒng)、同位素技術、信息技術等)在洪澇、干旱、水環(huán)境監(jiān)測(包括水雨情時空分布、地下水監(jiān)測、土壤墑情生態(tài)條件等)和預測預報技術的推廣應用，加強水文與氣象耦合的水文預報技術研究，提高防汛抗旱能力。

(2)在水資源利用和管理方面。一方面是“開源”，包括非傳統(tǒng)水資源的利用技術(流域洪水資源利用技術、城市雨水資源利用技術、雨洪回補地下水技術、污水資源利用以及海水淡化等)的應用和推廣；另一方面是“節(jié)水”，開發(fā)和推廣先進的節(jié)水灌溉技術、水資源水質(zhì)水量監(jiān)控技術，建設水資源實時監(jiān)控與管理信息系統(tǒng)。

(3)在生態(tài)安全和環(huán)境保護方面。加強供水水源地水質(zhì)監(jiān)測實時和預警技術；加強新一代衛(wèi)星遙感技術對水體濁度、水環(huán)境、生態(tài)條件等監(jiān)測信息的推廣應用。

(4)大型公用基礎軟件和信息共享平臺建設。水文水資源領域包括大量的專業(yè)軟件，包括水文監(jiān)測分析、水資源評價、水資源調(diào)度、水資源管理等，這些軟件專業(yè)性強、適用性廣泛，推廣這些軟件，有助于提高水文水資源行業(yè)的水平。促進信息共享平臺的建設十分必要，因為基礎資料是進行所有創(chuàng)新性科學研究的根本和基礎。

二、水文水資源領域技術的推廣應用

(一)現(xiàn)代水文預報預測技術

現(xiàn)代水文預報預測技術的核心就在于提高水文預報預測的預見能力，從而為抗旱防洪減災更好地服務。所以應當加強氣象與水文相耦合的預報預測技術的開發(fā)和推廣，并推進定量的氣象數(shù)值預報預測產(chǎn)品在水文領域中的應用，尤其是提高水環(huán)境變化、抗旱、防汛的預報預測水平；并加強對短中期臺風暴潮、水雨情、天氣的預報預測工作。這些推廣技術包括了氣象與水文相耦合的對降雨徑流長中期的預報技術、結合定量的氣象數(shù)值預報預測產(chǎn)品、基于新途徑和新技術的水文預報預測技術、基于分布式水文模型和天氣雷達測雨信息源的實時的洪水預報預測技術。

(二)水文信息的監(jiān)測、傳輸技術

必須推廣具有較高效率、操作方便和高靈敏度的水質(zhì)、旱情、水雨情等實時監(jiān)測與預警的技術和設備，以滿足我國社會經(jīng)濟發(fā)展過程中對抗旱防洪減災目標的要求。這些推廣技術包括了新型、高靈敏度的水文信息的監(jiān)測傳感器、遠程傳輸、信息采集、數(shù)據(jù)管理、處理和分析的技術與設備、地下水溫度和水位等自動監(jiān)測的技術與設備、河湖水質(zhì)的在線自動監(jiān)測的技術與設備、依靠衛(wèi)星遙感信息進行大范圍的土壤墑情的實時監(jiān)測分析技術與設備等。

(三)水資源的合理配置與調(diào)度技術

對于流域水資源進行綜合管理的實質(zhì)就是以統(tǒng)籌解決生態(tài)安全、供水安全與防洪安全目標等的流域水資源的統(tǒng)一調(diào)度。因此應當建立和推廣將總量控制來作為核心的統(tǒng)一調(diào)度的流域水資源技術體系，從而實現(xiàn)從單一的水利工程調(diào)度跨越到跨流域或全流域多水源(過境水、地下水、地表水)的統(tǒng)一配置和調(diào)度技術。這些推廣技術包括了跨流域生態(tài)改善與應急輸水監(jiān)測技術、流域工程體系中多目標聯(lián)合調(diào)控的技術、區(qū)域地下水的修復與保護技術研究、半干旱和干旱地區(qū)的地下水數(shù)值的模擬及其水資源的優(yōu)化配置等。

三、地下水數(shù)值模擬發(fā)展趨勢

就目前的地下水動態(tài)預測模型研究進展來看，研究結果更多都是比較側重于特定區(qū)域、單一模型研究，結果不具有普遍應用性。對于耦合模型來說，更多的是從數(shù)學優(yōu)化角度來進行耦合，單純追求模型模擬精度，忽略對耦合模型內(nèi)在機理的討論研究。實際上，由于地下水系統(tǒng)的復雜性、非線性、多尺度性、突變性和隨機性等本質(zhì)屬性的存在，使得對地下水動態(tài)預測研究變得較為復雜，如何建立既能提高地下水動態(tài)預測精度又能真實反映地下水系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律的預測模型，顯得具有重要意義。另外地下水模擬軟件的發(fā)展取決于地下水數(shù)學模型及計算機軟件技術的發(fā)展兩個方面。模型是地下水模擬軟件的內(nèi)在核心，模擬軟件是模型實現(xiàn)的技術手段。模型的發(fā)展將會擴大軟件的適用范圍，提高模擬的精確度。軟件技術的應用將大大提高模擬軟件的速度、質(zhì)量及現(xiàn)代化水平。盡管世界上地下水及其相關模擬軟件多達數(shù)百個，但由于地下水系統(tǒng)的復雜性，到目前為止，還沒有任何一種地下水軟件能解決一切地下水問題。根據(jù)國際上地下水的研究動向，可以預計今后地下水數(shù)值模擬的發(fā)展趨向可能有以下幾個方面：

(1)反映實際地下水流的數(shù)學模型的建立和機理研究。如以確定性模型描述地下水系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)境特征，將邊界條件和源項作為隨機時間序列建立預測模型，從而建立確定性隨機耦合模型，來預測地下水動態(tài)，提高預測的精度與可靠性。

(2)無限邊界有限處理的研究，尤其給定水頭邊界。

(3)數(shù)值計算方法，減少計算內(nèi)存仍是地下水流數(shù)值分析的重要課題。多種數(shù)值分析方法相結合來處理一個課題是一個值得探討的方向。

(4)介質(zhì)的非均質(zhì)性及由此而引起的參數(shù)的尺度效應研究。

(5)非飽和流及非飽和運移問題，多相流及其運移問題等的模擬研究。

(6)3s技術與地下水模擬模型緊密集成技術依然是將來的主要研究方向。

(7)隨著污染的加劇，地下水中痕量污染物在遷移過程中發(fā)生的物化反應和有微生物參加的生物化學作用所造成的對人體健康的可能影響將日益成為人們關注的焦點。因此，考慮物化反應和生化作用的溶質(zhì)遷移模型，特別是地下水中有機物質(zhì)遷移模型將是一個重要研究趨勢。