?邵景力

我國西北內陸平原區(qū)地處干旱、半干旱區(qū)，天然水資源匱乏，地下水不僅是重要的水資源，而且是敏感的環(huán)境要素，由于長期過度開發(fā)利用水資源，已導致一些地區(qū)地下水位持續(xù)下降、地下水資源逐步枯竭，以及綠洲濕地退化、土地荒漠化等資源和生態(tài)環(huán)境問題。而在我國西南巖溶區(qū)，盡管降水資源豐富，但不合理的土地利用也造成石漠化區(qū)和濕地退化等水環(huán)境問題。這些都嚴重影響了當地水資源可持續(xù)利用和經濟社會可持續(xù)發(fā)展。

2017年國家重點研發(fā)計劃啟動了重點項目“我國西部特殊地貌區(qū)地下水開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境功能保護”（2017YFC406100，2017-2021），旨在通過多學科交叉與聯(lián)合攻關，揭示變化環(huán)境下流域尺度地下水-生態(tài)系統(tǒng)時空演化機理，闡明地下水生態(tài)功能危機形成機制及地下水開發(fā)利用中生態(tài)功能退化的標志特征與可控性，研發(fā)適用我國西部不同類型生態(tài)脆弱區(qū)地下水合理開發(fā)與生態(tài)功能保護的理論和探測、監(jiān)控、識別、預警及全流域精準調控關鍵技術，并開展地下水調控的應用示范。

基于本重點研發(fā)項目的部分研究成果，本刊特刊出“特殊地貌區(qū)地下水循環(huán)演化與生態(tài)研究”專欄，共7 篇學術論文，主要內容包括我國西北內陸河流域和西南巖溶區(qū)地下水循環(huán)演化規(guī)律及其生態(tài)效應研究，地下水生態(tài)功能及其地下水水位控制閾值研究，地下水-地表水體關系研究，主要研究方法包括了地下水-生態(tài)調查、地下水和包氣帶監(jiān)測和試驗、數值模擬、生態(tài)遙感、應用示范等。

變化環(huán)境下流域水循環(huán)及其生態(tài)響應是本重點研發(fā)項目的關鍵科學問題，張光輝教授等撰寫的《西北內陸流域下游區(qū)天然綠洲退變主因與機制》以石羊河流域、艾丁湖流域為研究區(qū)，基于近50年的水文地質、地下水開發(fā)利用、地下水監(jiān)測、土地利用、遙感等資料，針對下游區(qū)天然綠洲退變主因與機制問題，應用流域水循環(huán)和水量均衡理論、時間序列分析和地學多元相關分析等方法，分析了研究區(qū)綠洲退化的主要驅動因子為人類活動，給出了灌溉面積增加與下游綠洲面積減少的定量關系。陳喜教授等撰寫的《西北內陸河流域水循環(huán)和生態(tài)演變與功能保障機制研究》，針對內陸河流域上、中、下游水循環(huán)與生態(tài)退化的歷史演變以及新形勢下面臨的問題，從“大氣-植被-土壤-地下水”的作用機理以及水資源與生態(tài)、社會相協(xié)調的機制和平衡分析，以石羊河流域為例預測氣候暖濕背景下上游植被和水文演變趨勢，提出中下游維持綠洲植被的生態(tài)地下水水位埋深、生態(tài)需水量和生態(tài)輸水方案，以及整個流域水均衡和生態(tài)功能保障措施。石羊河流域的尾閭湖—青土湖合理生態(tài)輸水量一直是本流域水資源配置的關注熱點，《西北典型內陸流域地下水與濕地生態(tài)系統(tǒng)協(xié)同演化機制》基于地下水-濕地生態(tài)系統(tǒng)多要素一體化動態(tài)監(jiān)測網絡，結合穩(wěn)定同位素和衛(wèi)星遙感技術手段，分析生態(tài)輸水情形下的地下水動態(tài)變化與濕地植被恢復情況，從水文地質角度揭示地下水與濕地生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同演化機制?！痘贕SFLOW 的青土湖生態(tài)輸水量-湖水面積關系研究》基于定量遙感、青土湖輸水量和地下水監(jiān)測數據，采用GSFLOW建立了青土湖區(qū)域地表水-地下水耦合數值模擬模型，模擬了不同生態(tài)輸水方案下湖泊湖面面積、地下水水位等要素的變化情況，分析確定了青土湖生態(tài)輸水量-湖水面積非線性定量關系，提出了基于輸水效益的青土湖生態(tài)輸水量的合理范圍。應用示范是本項目的重點內容和主要考核指標，《旱區(qū)濕地周邊鹽漬化農田生態(tài)水位閾值與“水位-水量”雙控技術》選定西北石羊河流域鄧馬營湖濕地與農田之間過渡帶為示范區(qū)，通過分析地下水埋深變化特征及其與表層土壤鹽分的協(xié)同關系，確定生態(tài)水位閾值，并基于該閾值研發(fā)了以虹吸輻射井群為支撐的地下水“水位-水量”智能雙控技術，實現地下水水位和水量的實時精準調控。《包氣帶巖性結構對地下水生態(tài)功能影響特征》以甘肅石羊河流域下游天然綠洲區(qū)為研究區(qū)，運用包氣帶巖性結構野外調查、室內土柱試驗和包氣帶水分運移數值模擬（Hydrus1-D）等方法，研究包氣帶巖性結構與地下水耦合作用的生態(tài)效應，分析不同巖性結構的包氣帶獲取地下水供給水分和持水能力差異，定量對比不同包氣帶巖性結構對地下水生態(tài)功能影響?！豆鹆謺蓾竦鬲{子巖地下河系統(tǒng)水循環(huán)對降水的響應》以桂林會仙濕地為典型研究區(qū)，基于氣象、地下河流量、土壤含水量和洞穴滴水監(jiān)測數據，采用水文動態(tài)分析與水均衡等方法，開展不同水體對不同降水強度和降水量的響應研究，分析巖溶濕地的調蓄能力，形成會仙濕地地下河系統(tǒng)水循環(huán)概念模型。

新時代的水資源管理要求水資源不僅僅滿足社會發(fā)展需求，而且作為重要的生態(tài)環(huán)境要素還需要服務于生態(tài)文明建設。針對我國西北內陸河流域和西南巖溶區(qū)復雜的水資源及其環(huán)境所面臨的困境，仍有很多的關鍵科學問題、技術難題需要進一步解決以及相應的基礎工作有待加強。（1）變化環(huán)境下水資源循環(huán)演化及其生態(tài)響應仍然是本研究領域關注的重點和熱點問題，在此基礎上開展不同類型地區(qū)地下水生態(tài)水位、生態(tài)需水量評價的理論和方法研究；（2）地下水及其環(huán)境要素的監(jiān)測、地下水開采量的計量統(tǒng)計是地下水科學研究和管理的基礎，仍需加強；（3）我國西北內陸河流域和西南巖溶區(qū)地表水-地下水轉換頻繁、是統(tǒng)一的水資源，應完善和創(chuàng)立新的水資源評價理論和方法，在流域和區(qū)域水資源配置中，也要充分考慮地表水-地下水轉化關系和轉化量；（4）數值模擬技術仍然是定量刻畫和計算水資源及其環(huán)境狀態(tài)的主要手段，應在以上研究的基礎上，建立盆地或流域級的降水-徑流-包氣帶水-地下水耦合的數值模型，并通過這類模型模擬變化環(huán)境下水資源和環(huán)境的響應；（5）重視多學科交叉和先進技術方法的應用。目前遙感技術已廣泛應用于本研究領域，并且已經成為重要的技術手段。機器學習、人工智能等算法，將會在本研究領域和地下水管理中發(fā)揮越來越重要的作用。