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部分 理論篇

第1章 社會(huì)水文學(xué)概論

本章概要：在人類(lèi)和自然的共同影響下，水系統(tǒng)呈現(xiàn)出反饋環(huán)的復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特征，具有不可預(yù)測(cè)性和不確定性，成為人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。社會(huì)水文學(xué)將人類(lèi)和人類(lèi)活動(dòng)視為水循環(huán)動(dòng)力學(xué)的內(nèi)在部分，預(yù)測(cè)人水耦合系統(tǒng)及其協(xié)同進(jìn)化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，推動(dòng)流域水資源管理創(chuàng)新，探尋實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的新途徑。本章首先回顧了水文學(xué)的發(fā)展歷程、社會(huì)水文學(xué)產(chǎn)生的背景，闡述社會(huì)水文學(xué)的概念及其內(nèi)涵；辨析其與傳統(tǒng)水文學(xué)、生態(tài)水文學(xué)和水文經(jīng)濟(jì)學(xué)等學(xué)科在研究?jī)?nèi)容、方法和理論等方面的異同點(diǎn)；后概括了社會(huì)水文學(xué)的研究進(jìn)展。大多數(shù)研究基于傳統(tǒng)水文學(xué)背景、共進(jìn)化背景或者水資源管理背景，社會(huì)水文學(xué)的理論和方法還不夠成熟。

Abstract：Water systems are coupled human–nature systems， which are influenced by both the human and natural drivers. They exhibit complex systems dynamics of feedback loops， unpredictability， and uncertainties. Socio-hydrology， in which humans and their actions are considered as a part of water cycle dynamics， aims to predict the dynamics of the coupled human-water cycles. This chapter firstly introduces the establishment of socio-hydrology from the development of hydrology， then explains the concept and connotation of socio-hydrology， following that， analyses the differences and similarities in contents， methods and theories between socio-hydrology and hydrology， eco-hydrology and hydro-economics， finally， summaries the research progress of social-hydrology. Most of studies on sociohydrology were based on either hydrology， co-evolution or water resources management， the theory and methods of socio-hydrology has not been fully developed.

1.1 引言

水是人類(lèi)生產(chǎn)生活基本的資源。自古以來(lái)，人類(lèi)一方面為了利用水依水而居，許多文明沿河產(chǎn)生和發(fā)展(Liu et al.，2014；Lu et al.，2015)；另一方面為了避免洪水的襲擊并降低襲擊程度，盡量遠(yuǎn)離河流或者對(duì)其治理(Gober and Wheater，2014，2015；Di Baldassarre et al.，2015)。自人類(lèi)社會(huì)產(chǎn)生以來(lái)，人類(lèi)與干旱和洪澇災(zāi)害的抗?fàn)幘蛷奈赐Ｏ⑦^(guò)(徐宗學(xué)和李景玉，2010；Kahil et al.，2015)。探究諸如干旱洪澇的原因和提出防洪抗旱的措施等社會(huì)需求促使水文科學(xué)的誕生，也是水文科學(xué)不斷發(fā)展的動(dòng)力和源泉(徐宗學(xué)和李景玉，2010；Rui et al.，2013；Wagener et al.，2010)。

隨著地球進(jìn)入人類(lèi)世的新紀(jì)元，人類(lèi)對(duì)水資源的利用和對(duì)地表的改造程度急劇增加，水系統(tǒng)已從一個(gè)自然系統(tǒng)演變?yōu)橐粋€(gè)人類(lèi)與自然的耦合系統(tǒng)，人類(lèi)對(duì)水循環(huán)過(guò)程的影響已從外部動(dòng)力演變?yōu)橄到y(tǒng)內(nèi)力(Sivapalan et al.，2012；丁婧祎等，2015)，呈現(xiàn)出反饋環(huán)的復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特征，并具有不可預(yù)測(cè)性和不確定性。在國(guó)內(nèi)的黑河流域(Lu et al.，2015；陸志翔等，2015)、石羊河流域(Xie et al.，2009)、塔里木河流域(Liu et al.，2014，2015)、黃河流域(于瑞宏等，2011)等，以及國(guó)外的咸海流域、巴爾喀什湖流域(郭利丹等，2011；龍愛(ài)華等，2011)和墨累-達(dá)令流域(Qureshi et al.，2013；Zhou et al.，2015)等，其水問(wèn)題極為相似，先后經(jīng)歷了水資源無(wú)序開(kāi)發(fā)、水資源緊缺、水環(huán)境惡化和生態(tài)系統(tǒng)退化等，然而問(wèn)題的持續(xù)時(shí)間和治理對(duì)策不盡相同，除了流域自然環(huán)境的差異外，主要是社會(huì)因素的影響，包括經(jīng)濟(jì)、政策和文化等的區(qū)別。揭示水文系統(tǒng)與人類(lèi)系統(tǒng)之間長(zhǎng)時(shí)間尺度的互反饋機(jī)制是應(yīng)對(duì)人類(lèi)發(fā)展挑戰(zhàn)、人水和諧、水資源永續(xù)利用的首要前提(Hale et al.，2015；Sivapalan et al.，2014；Koutsoyiannis，2011)。

傳統(tǒng)的水文學(xué)以及現(xiàn)有交叉學(xué)科往往基于穩(wěn)定的假設(shè)，將人類(lèi)誘導(dǎo)的水資源管理活動(dòng)視作水循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)的外部因子(Peel and Gunter，2011；Milly et al.，2008)，從方法上不能揭示水文系統(tǒng)與人類(lèi)系統(tǒng)之間長(zhǎng)時(shí)間尺度的相互作用反饋機(jī)制。其中，傳統(tǒng)水文學(xué)關(guān)注水體的理化性質(zhì)及其循環(huán)過(guò)程和對(duì)環(huán)境的作用；生態(tài)水文學(xué)聚焦于水環(huán)境下的生態(tài)進(jìn)化及其自組織過(guò)程；水文社會(huì)學(xué)研究人水相互作用但并不考慮其變化動(dòng)態(tài)；而綜合水資源管理旨在社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益化而不關(guān)注其背后的機(jī)制。因此，亟須發(fā)展一門(mén)綜合自然、社會(huì)以及人文等多方面的新學(xué)科以便更好地闡釋人水耦合系統(tǒng)及其協(xié)同進(jìn)化的動(dòng)態(tài)和機(jī)制，應(yīng)對(duì)水資源利用過(guò)程中人類(lèi)所面臨的挑戰(zhàn)，社會(huì)水文學(xué)(socio-hydrology)應(yīng)運(yùn)而生(Sivapalan et al.，2012)。

本章首先通過(guò)介紹水文科學(xué)的發(fā)展歷程、社會(huì)水文學(xué)的產(chǎn)生背景，進(jìn)而闡述社會(huì)水文學(xué)的概念及其內(nèi)涵、與相關(guān)學(xué)科和理論的異同點(diǎn)，后概括其研究進(jìn)展及存在的不足，以推動(dòng)社會(huì)水文學(xué)的發(fā)展及其在流域水資源管理中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用。

1.2 社會(huì)水文學(xué)的產(chǎn)生歷程

1.2.1 水文科學(xué)的發(fā)展回顧

水文科學(xué)是一門(mén)既古老而又年輕的學(xué)科，Koutsoyiannis(2011)認(rèn)為："實(shí)際的水文知識(shí)在哲學(xué)和科學(xué)產(chǎn)生之前就已存在，這些知識(shí)源自于人類(lèi)的需求，包括水的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和管理等"。早在公元前3000 多年前，古埃及已開(kāi)始在尼羅河估測(cè)水位，人們?cè)陂L(zhǎng)期的社會(huì)實(shí)踐中逐漸認(rèn)識(shí)到水文循環(huán)的基本規(guī)律(Koutsoyiannis，2011)。整體來(lái)說(shuō)，水文科學(xué)的發(fā)展可以分為3 個(gè)階段。個(gè)階段是19 世紀(jì)中葉前期，這個(gè)時(shí)期主要集中于對(duì)地球上河流水位和流速、洪水、降水等基本水文現(xiàn)象的原始觀測(cè)以及猜測(cè)思辨，因此這一時(shí)期可以說(shuō)是水文科學(xué)的萌芽和古典時(shí)期(王浩和王建華，2007；葉守澤和夏軍，2002；汪靜萍和潘理中，1999)。

第二個(gè)階段是從19 世紀(jì)中期到20 世紀(jì)中期，是水文學(xué)作為一門(mén)相對(duì)獨(dú)立的科學(xué)的奠基和發(fā)展階段(王浩和王建華，2007)。以1851年Mulvaney 提出匯流時(shí)間為標(biāo)志，隨后逐漸形成了一套方法論，包括一些經(jīng)典的研究河道和坡面匯流、土壤水與地下水運(yùn)動(dòng)的定律和方程。從20 世紀(jì)后半葉到當(dāng)前，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用引發(fā)的信息技術(shù)革命，水文科學(xué)得到了前所未有的迅猛發(fā)展，可看作是現(xiàn)代水文學(xué)的發(fā)展時(shí)期，也是水文科學(xué)的第三個(gè)階段。這一時(shí)期水文學(xué)的發(fā)展有3 個(gè)重要特征：一是水文計(jì)算機(jī)模擬模型得到快速發(fā)展，如分布式水文模型；二是水文信息獲取和處理技術(shù)得到長(zhǎng)足進(jìn)步，如水熱通量測(cè)試技術(shù)、遙感技術(shù)以及溫度、水化學(xué)與同位素示蹤技術(shù)等；三是水文學(xué)與其他學(xué)科的交叉和融合趨勢(shì)逐漸顯現(xiàn)并逐步增強(qiáng)，如環(huán)境水文學(xué)和生態(tài)水文學(xué)等(徐宗學(xué)和李景玉，2010；王浩和王建華，2007；傅國(guó)斌和劉昌明，2001)。

1.2.2 水文科學(xué)的發(fā)展動(dòng)態(tài)

國(guó)際水文科學(xué)協(xié)會(huì)(International Association of Hydrological Sciences，IAHS)是國(guó)際上比較有影響的水文科學(xué)學(xué)術(shù)組織，其使命之一就是促進(jìn)水文科學(xué)的發(fā)展以便更好地服務(wù)于社會(huì)(夏軍和左其亭，2006)。IAHS 對(duì)水文科學(xué)重要的貢獻(xiàn)就是提出了"國(guó)際水文十年計(jì)劃"(International Hydrological Decade，IHD)，其宗旨是從人類(lèi)合理利用水資源的角度出發(fā)，加速對(duì)水文及水資源的研究，促進(jìn)這些領(lǐng)域內(nèi)的國(guó)際合作。個(gè)"國(guó)際水文十年"始于1965年，21 世紀(jì)以來(lái)，圍繞水文學(xué)未來(lái)的發(fā)展方向，IAHS 先后提出了以PUB(Prediction of Ungauged Basin)即"無(wú)觀測(cè)資料流域水文預(yù)報(bào)"和"`Panta Rhei-Everything Flows(萬(wàn)物皆流)`：水文和社會(huì)的變化"為主題的兩個(gè)科學(xué)十年(Scientific Decade，SD)(Alberto et al.，2013)。已結(jié)束的PUB 科學(xué)十年計(jì)劃(2003～2012年)，證明IAHS 在水文科學(xué)的發(fā)展過(guò)程中起到了領(lǐng)導(dǎo)作用(Bl？schl et al.，2013；Hrachowitz et al.，2013；Pomeroy et al.，2013)。而當(dāng)前進(jìn)行中的"萬(wàn)物皆流"的科學(xué)十年計(jì)劃(2013～2022年)，則側(cè)重于水文和社會(huì)的變化行為，旨在通過(guò)強(qiáng)調(diào)水循環(huán)與急劇變化的人類(lèi)系統(tǒng)的變化動(dòng)態(tài)，更好地解釋控制水循環(huán)的過(guò)程，提高預(yù)測(cè)水資源動(dòng)態(tài)的能力，以支持變化環(huán)境的社會(huì)可持續(xù)發(fā)展(Alberto et al.，2013)。

"國(guó)際水文計(jì)劃"(International Hydrological Programme，IHP)開(kāi)始于"國(guó)際水文十年"，聯(lián)合國(guó)教育、科學(xué)及文化組織(UNESCO，簡(jiǎn)稱(chēng)聯(lián)合國(guó)教科文組織)第17 次大會(huì)(1972年)決定在"國(guó)際水文十年"結(jié)束時(shí)開(kāi)展"國(guó)際水文計(jì)劃"，并于1975年由聯(lián)合國(guó)教科文組織和世界氣象組織(WMO)通過(guò)了"國(guó)際水文計(jì)劃"階段計(jì)劃綱要。"國(guó)際水文計(jì)劃"是一個(gè)以水文科學(xué)研究和教育為重點(diǎn)的計(jì)劃，每階段都設(shè)置不同的研究主題(表1-1)，充分反映國(guó)際水文研究的趨勢(shì)，終是為了幫助解決重大的水資源問(wèn)題以及與水有關(guān)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展問(wèn)題(徐宗學(xué)和李景玉，2010；夏軍和左其亭，2006；尉穎琪，2011)。目前這一計(jì)劃已進(jìn)入第八階段，主題為"水安全：應(yīng)對(duì)地方、區(qū)域和全球挑戰(zhàn)"，需要應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)包括發(fā)揮人的行為、文化信仰和態(tài)度的作用，以及開(kāi)展社會(huì)與經(jīng)濟(jì)學(xué)研究以便開(kāi)發(fā)工具，適應(yīng)水資源變化對(duì)人類(lèi)的影響，終完善水資源的綜合管理(Integrated Water Resources Management，IWRM)。

表1-1 國(guó)際水文計(jì)劃的發(fā)展

Table 1-1 The development of the International Hydrological Programme

IAHS關(guān)注水文科學(xué)的未來(lái)發(fā)展，所提的科學(xué)十年代表著水文學(xué)未來(lái)的發(fā)展方向；而IHP 著重水文科學(xué)的研究和教育，其研究主題充分反映了國(guó)際水文研究的趨勢(shì)。從IAHS科學(xué)十年和IHP 的主題均能夠發(fā)現(xiàn)，人水系統(tǒng)之間的相互反饋機(jī)制及其變化已成為水文學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。

1.2.3 社會(huì)水文學(xué)的產(chǎn)生

早在1977年，F(xiàn)alkenmark 就強(qiáng)調(diào)"水與人類(lèi)是一個(gè)相互作用的復(fù)雜系統(tǒng)"(Falkenmark，1997b)；針對(duì)人類(lèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生的水文變化所帶來(lái)的水文挑戰(zhàn)，Wagener 等(2010)呼吁重新定義水文科學(xué)。在IAHS 的科學(xué)十