馮 起，龍愛(ài)華，王寧練，鐘德鈺，薛聯(lián)青，李福生，席海洋，溫小虎，司建華

（1.中國(guó)科學(xué)院 西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅 蘭州730000；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京100038；3.西北大學(xué)，陜西 西安710075；4.清華大學(xué)，北京100084；5.石河子大學(xué)，新疆 石河子832003；6.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州450003）

1 水資源安全保障技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

西北內(nèi)陸區(qū)地處絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)，是我國(guó)生態(tài)安全戰(zhàn)略格局中的重點(diǎn)區(qū)域。然而，該區(qū)水資源短缺，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)峻，水資源供需矛盾日益突出，制約了其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展［1］。據(jù)研究，21世紀(jì)中葉西北內(nèi)陸區(qū)缺水將達(dá)每年220億m3［2］，且水資源利用效率和效益低下［3］。

西北內(nèi)陸區(qū)水資源系統(tǒng)獨(dú)特，為高山冰雪-山地水源涵養(yǎng)林-平原綠洲-河流終閭湖泊構(gòu)成的內(nèi)陸水文系統(tǒng)和相伴而生的生態(tài)系統(tǒng)［4］，在變化環(huán)境下，區(qū)域的冰川融水、降水徑流、蒸散發(fā)等水循環(huán)要素必然發(fā)生變化，使得西北內(nèi)陸區(qū)水資源系統(tǒng)的變化過(guò)程更為復(fù)雜、不確定性增大。面向絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)安全的國(guó)家需求，西北內(nèi)陸區(qū)水資源高效利用及綠洲生態(tài)保護(hù)是迫切需要解決的問(wèn)題，如何保障水資源安全是當(dāng)前的熱點(diǎn)。因此，研究變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)多尺度水循環(huán)過(guò)程及水資源安全極為必要。

變化環(huán)境下水循環(huán)和水安全是國(guó)際水問(wèn)題研究的重大課題，也是地球系統(tǒng)科學(xué)前沿［5-6］。世界氣象組織、聯(lián)合國(guó)科教文組織、國(guó)際水文科學(xué)協(xié)會(huì)、地球系統(tǒng)伙伴計(jì)劃等組織機(jī)構(gòu)都將變化環(huán)境下水循環(huán)、水資源安全與適應(yīng)性作為研究重點(diǎn)。干旱內(nèi)陸區(qū)是氣候變化的敏感區(qū)、生態(tài)脆弱區(qū)，是變化環(huán)境下水循環(huán)和水資源安全研究的熱點(diǎn)區(qū)域。

中國(guó)“九五”至“十二五”期間針對(duì)西北內(nèi)陸區(qū)水循環(huán)和水安全開(kāi)展了大量研究工作，如國(guó)家“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“西北地區(qū)水資源合理開(kāi)發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究”［7］、中國(guó)科學(xué)院重大項(xiàng)目課題“中國(guó)西部氣候與環(huán)境演化科學(xué)評(píng)估”和正在執(zhí)行的國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)重大研究計(jì)劃項(xiàng)目“黑河流域生態(tài)水文集成”等，已在水循環(huán)機(jī)理和水資源轉(zhuǎn)化規(guī)律、生態(tài)水文過(guò)程耦合、氣候變化對(duì)水循環(huán)和水資源的影響等方面取得了重要進(jìn)展，打下了由簡(jiǎn)單分散向深入綜合層面突破的良好基礎(chǔ)。

2 國(guó)內(nèi)外從事相關(guān)研究的主要機(jī)構(gòu)

美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）從事水循環(huán)過(guò)程演化規(guī)律、地表水-地下水轉(zhuǎn)化、氣候變化對(duì)水文水資源的影響分析，在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上研發(fā)了一系列全球著名的水文模型，包括PRMS、GSFLOW、HYSEP模型等，研究成果已在全球范圍內(nèi)推廣應(yīng)用［8］。國(guó)際水文科學(xué)協(xié)會(huì)（IAHS）主要研究全球陸地水的物理、化學(xué)和生物過(guò)程，水和氣候及其他物理和地理因素的關(guān)系，侵蝕泥沙及其和水文循環(huán)的關(guān)系，水資源的利用和管理中的水文問(wèn)題，以及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水文的影響［9］。WMO通過(guò)其科技計(jì)劃開(kāi)展工作，發(fā)起的相關(guān)計(jì)劃包括水文和水資源計(jì)劃（HWRP）、世界氣候計(jì)劃（WCP）、世界氣候研究計(jì)劃（WCRP）等，推動(dòng)了全球水文、水循環(huán)方面的研究［10］。以色列耐特菲姆公司主要研究節(jié)水灌溉及自動(dòng)化系統(tǒng)的集成，已在全球廣泛推廣［11］。美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）主要研究全球跨尺度天氣模擬，涉及大氣環(huán)流動(dòng)力學(xué)過(guò)程、大氣邊界層動(dòng)力學(xué)過(guò)程、云動(dòng)力學(xué)過(guò)程、陸-氣聯(lián)合過(guò)程的物理機(jī)制與數(shù)值模擬、不同時(shí)空尺度精確的數(shù)值氣象預(yù)報(bào)，建立了Gulfstream IV、WP-3D Orions、Rockwell、Cessna Citation II、DeHavilland Twin Otters、Bell 212、MD369 （Hughes 500） 、Aerofab Lake amphibian aircraft等機(jī)理模型［12］。丹麥DHI公司長(zhǎng)期從事流域或者區(qū)域水資源分配、水資源供需平衡模擬，開(kāi)發(fā)了MIKEBASIN水資源分配、供需平衡模型，在水資源規(guī)劃管理和科學(xué)研究中應(yīng)用較多［13］。

中國(guó)水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事二元水循環(huán)基礎(chǔ)理論、流域水循環(huán)及其伴生過(guò)程、復(fù)雜水資源系統(tǒng)配置與調(diào)度、流域水沙調(diào)控與江河治理、水循環(huán)調(diào)控工程安全與減災(zāi)研究，開(kāi)展了“水資源大系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃與優(yōu)化調(diào)度經(jīng)驗(yàn)匯編”“華北地區(qū)宏觀經(jīng)濟(jì)水資源規(guī)劃理論與方法”“西北地區(qū)水資源合理配置和承載能力研究”“黑河流域水資源調(diào)配管理信息系統(tǒng)”“流域水循環(huán)演變機(jī)理與水資源高效利用”“中國(guó)水資源及其開(kāi)發(fā)利用調(diào)查評(píng)價(jià)”等研究項(xiàng)目，研究成果已經(jīng)應(yīng)用于我國(guó)華北、西北等多個(gè)地區(qū)或流域，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益［14］。清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主要從事水文學(xué)及水資源、水信息學(xué)、多相流動(dòng)力學(xué)、流域水量調(diào)度、數(shù)字流域等研究，已開(kāi)展了“西南河流源區(qū)徑流變化和適應(yīng)性利用”“天河動(dòng)力學(xué)研究”“巴音河-疏勒河流域空中-地表水資源聯(lián)合利用試驗(yàn)”的項(xiàng)目研究，成果已應(yīng)用于青海巴音河流域、疏勒河流域（建立試驗(yàn)基地），并開(kāi)展了初步的試驗(yàn)示范，試驗(yàn)效果良好［15］。新疆的國(guó)家節(jié)水灌溉工程技術(shù)研究中心長(zhǎng)期從事干旱區(qū)節(jié)水灌溉理論與技術(shù)、干旱區(qū)水資源優(yōu)化配置與高效利用研究，已開(kāi)展了“干旱區(qū)灌溉農(nóng)業(yè)高效用水模式及產(chǎn)業(yè)化示范”“準(zhǔn)噶爾盆地南緣水資源合理配置及高效利用技術(shù)研究”“南疆典型沙區(qū)水資源高效利用關(guān)鍵技術(shù)研究”等項(xiàng)目，研究成果如膜下滴灌技術(shù)已在甘肅、陜西、內(nèi)蒙古、黑龍江、遼寧、廣西、海南等省（區(qū)）推廣和應(yīng)用，推廣面積已達(dá)5.2萬(wàn)hm2，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，同時(shí)受到巴基斯坦和塔吉克斯坦等中亞國(guó)家的青睞（已推廣膜下滴灌面積0.24萬(wàn)hm2），我國(guó)從節(jié)水技術(shù)的輸入國(guó)變?yōu)楣?jié)水技術(shù)的輸出國(guó)［16-17］。

中國(guó)科學(xué)院內(nèi)陸河流域生態(tài)水文重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事流域水文與水資源、流域生態(tài)水文過(guò)程、生態(tài)恢復(fù)和流域管理等研究，已開(kāi)展了“荒漠綠洲水熱過(guò)程與生態(tài)恢復(fù)技術(shù)”“中國(guó)干旱區(qū)關(guān)鍵地表過(guò)程及其調(diào)控研究”“綠洲農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)水分高效利用研究與示范”“民勤沙漠化防治與生態(tài)修復(fù)技術(shù)集成試驗(yàn)示范研究”“干旱內(nèi)陸河流域生態(tài)恢復(fù)的水調(diào)控機(jī)理、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”“祁連山涵養(yǎng)水源生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)集成及應(yīng)用”“寒區(qū)水文過(guò)程及機(jī)理研究”“干旱區(qū)綠洲化過(guò)程及可持續(xù)性的調(diào)控途徑與技術(shù)”等項(xiàng)目［18］，相關(guān)成果已在黑河流域、石羊河流域、祁連山等地區(qū)生態(tài)恢復(fù)過(guò)程的水資源綜合調(diào)控與管理中得到廣泛應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司從事水資源安全、水資源綜合規(guī)劃、水資源調(diào)控、水資源配置等研究，開(kāi)展了“干旱、半干旱區(qū)域旱情監(jiān)測(cè)與水資源調(diào)配技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”“多維臨界調(diào)控模型體系及求解方法研究”“黃河流域旱情監(jiān)測(cè)與水資源調(diào)配技術(shù)研究與應(yīng)用”“南水北調(diào)西線工程合理調(diào)水規(guī)模和配置方案研究”“黃河流域及西北諸河水資源綜合規(guī)劃”等項(xiàng)目［19］，研究成果在黃河流域、西北內(nèi)陸河地區(qū)廣泛應(yīng)用與推廣，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

然而，變化環(huán)境下面向生態(tài)安全的西北內(nèi)陸區(qū)水資源配置研究薄弱，對(duì)國(guó)家內(nèi)陸區(qū)水安全保障決策的技術(shù)支撐不足；特別是西北內(nèi)陸區(qū)水資源“開(kāi)源”仍主要局限于傳統(tǒng)的地表水與地下水水源，而針對(duì)空中水資源、苦咸水、礦井疏干水與再生水等非常規(guī)水源的開(kāi)發(fā)與高效利用的技術(shù)研發(fā)沒(méi)有得到足夠重視與實(shí)踐［20］；流域尺度的水資源調(diào)配等技術(shù)體系尚有爭(zhēng)議。

因此，應(yīng)從開(kāi)源、節(jié)流兩方面重點(diǎn)突破保水節(jié)水、空中與地表水資源聯(lián)合利用、水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化配置，構(gòu)建水資源安全保障體系，緩解水資源短缺壓力，為絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶水資源安全保障提供科技支撐。以變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全保障為需求，構(gòu)建適宜西北內(nèi)陸區(qū)的水資源安全評(píng)價(jià)理論方法，定量評(píng)價(jià)西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全狀況，闡明變化環(huán)境下水循環(huán)演化關(guān)鍵過(guò)程，集成保水節(jié)水、多水源開(kāi)發(fā)利用、荒漠綠洲生態(tài)保護(hù)等技術(shù)體系，創(chuàng)建面向生態(tài)的荒漠綠洲水資源調(diào)配技術(shù)體系、水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化技術(shù)，提出西北內(nèi)陸區(qū)水資源配置方案、保障體系與對(duì)策，為“一帶一路”水資源安全提供支撐。分析變化環(huán)境下水循環(huán)演化過(guò)程、水資源高效利用及水調(diào)控機(jī)理和水資源安全評(píng)價(jià)理論方法；開(kāi)展綜合保水-節(jié)水技術(shù)、空中與地表水資源聯(lián)合利用技術(shù)、水資源調(diào)配技術(shù)體系和水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化技術(shù)研究；提出西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全配置方案、西北內(nèi)陸區(qū)水資源高效利用與安全保障對(duì)策；將新的理論方法、關(guān)鍵技術(shù)方案、軟件平臺(tái)、技術(shù)專(zhuān)利、政策建議等應(yīng)用于西北內(nèi)陸區(qū)水利、農(nóng)業(yè)、生態(tài)建設(shè)、環(huán)保、水資源評(píng)價(jià)等，發(fā)揮作用，創(chuàng)造社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

3 關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和研究方向

3.1 關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題

探究變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)水循環(huán)關(guān)鍵過(guò)程，揭示水資源高效利用及綠洲生態(tài)保護(hù)水調(diào)控機(jī)理，提出水資源安全評(píng)價(jià)理論方法是關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。同時(shí)，研發(fā)西北內(nèi)陸區(qū)綜合保水-節(jié)水技術(shù)，突破空中與地表水資源聯(lián)合利用關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建荒漠綠洲生態(tài)保護(hù)水調(diào)控技術(shù)，集成水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

3.2 研究方向

（1）西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全狀況與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。重點(diǎn)圍繞“一帶一路”與生態(tài)文明建設(shè)這一重要因素，提出變化環(huán)境下適宜西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、水資源承載潛力分析方法與模型技術(shù)，全面定量評(píng)價(jià)變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全風(fēng)險(xiǎn)。

收集西北內(nèi)陸區(qū)不同尺度的水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境資料信息，開(kāi)展西北內(nèi)陸區(qū)水資源評(píng)價(jià)，分析西北內(nèi)陸區(qū)水資源特征及演變情勢(shì)；開(kāi)展研究區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查評(píng)價(jià)，研發(fā)西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全評(píng)估模型，評(píng)估西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全狀況；構(gòu)建適宜于西北內(nèi)陸區(qū)水資源承載潛力分析的理論方法和指標(biāo)體系，在水資源高效利用、非常規(guī)水資源開(kāi)發(fā)利用、跨流域調(diào)水等多水源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀條件下，評(píng)估西北內(nèi)陸區(qū)水資源承載潛力；識(shí)別西北內(nèi)陸區(qū)水資源供需影響因素，分析其相互作用機(jī)制，構(gòu)建西北內(nèi)陸區(qū)水資源供需分析模型，提出多種情景下水資源供需方案，綜合分析西北內(nèi)陸區(qū)未來(lái)水資源供需形勢(shì)；建立面向變化環(huán)境的西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論方法和模型，定量評(píng)估西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全及其風(fēng)險(xiǎn)。

（2）變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)多尺度水循環(huán)過(guò)程與系統(tǒng)模擬。揭示氣候變化對(duì)冰雪融水、森林徑流、草地徑流以及出山徑流變化的影響機(jī)制，揭示變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)冰雪消融、降水徑流、綠洲耗水的系統(tǒng)水循環(huán)過(guò)程及其調(diào)控機(jī)理，預(yù)測(cè)西北內(nèi)陸區(qū)變化環(huán)境下水循環(huán)要素及水資源演化趨勢(shì)。開(kāi)展西北內(nèi)陸區(qū)冰川消融、降水徑流、綠洲耗水、地表水-地下水轉(zhuǎn)化等關(guān)鍵水循環(huán)要素的時(shí)空變化特征研究。

構(gòu)建高寒山區(qū)分布式水文模型、綠洲地表-地下水轉(zhuǎn)化模型、荒漠綠洲生態(tài)耗水模型，分析冰雪消融的變化規(guī)律、降水對(duì)出山徑流的影響、綠洲耗水規(guī)律，闡明變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)冰雪消融、降水徑流、綠洲耗水的系統(tǒng)水循環(huán)過(guò)程。

耦合高寒山區(qū)分布式水文模型和綠洲區(qū)、荒漠區(qū)水循環(huán)模型，揭示變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)典型流域多尺度水循環(huán)機(jī)理。

以CMIP5中GCMs氣候變化情景作為驅(qū)動(dòng)，模擬分析未來(lái)氣候變化對(duì)冰雪融水、降水徑流、蒸散發(fā)等水循環(huán)要素的影響，分析土地利用變化對(duì)水資源的影響，預(yù)測(cè)西北內(nèi)陸區(qū)變化環(huán)境下水循環(huán)要素及水資源演化趨勢(shì)。

（3）多水源開(kāi)發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)與示范。解決主要問(wèn)題即評(píng)估西北內(nèi)陸區(qū)空中水汽資源化潛力，提出空中與地表水資源聯(lián)合利用技術(shù)，集成微咸水、礦井疏干水資源利用技術(shù)和面向生態(tài)的再生水資源利用技術(shù)。

分析空中水資源遷移、轉(zhuǎn)化過(guò)程，揭示其落地后的遷移、轉(zhuǎn)化及其在水資源系統(tǒng)中的演化特征和一般規(guī)律，評(píng)估西北內(nèi)陸區(qū)空中水資源開(kāi)發(fā)潛力，確定西北內(nèi)陸區(qū)典型流域空中水資源開(kāi)發(fā)與利用的承載與調(diào)控能力。

分析空中水資源化利用對(duì)流域水資源的影響，建立“空-地”水循環(huán)流域水資源演化模型，揭示“空-地”聯(lián)合水資源系統(tǒng)一般動(dòng)力學(xué)特征和變化規(guī)律，構(gòu)建空中與地表水資源聯(lián)合利用分析平臺(tái)，優(yōu)化空中與地表水資源聯(lián)合高效利用模式，在巴音河—疏勒河開(kāi)展試驗(yàn)驗(yàn)證和效果評(píng)估。

分析西北內(nèi)陸區(qū)微咸水和礦井疏干水分布范圍、數(shù)量質(zhì)量，評(píng)估微咸水、礦井疏干水開(kāi)發(fā)利用潛力和應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，研發(fā)西北內(nèi)陸區(qū)微咸水和礦井疏干水的開(kāi)發(fā)技術(shù)，形成微咸水和礦井疏干水資源合理利用模式。

分析西北內(nèi)陸區(qū)再生水利用現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題，評(píng)估再生水利用潛力和應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，集成再生水資源在城市綠化、防護(hù)林建設(shè)、河湖濕地等的利用技術(shù)，提出西北內(nèi)陸區(qū)面向生態(tài)的再生水綜合利用模式。

（4）西北內(nèi)陸區(qū)保水節(jié)水技術(shù)集成與應(yīng)用。集成水源涵養(yǎng)區(qū)水文調(diào)蓄功能提升技術(shù)、山前生態(tài)系統(tǒng)水土保持技術(shù)、庫(kù)-渠水量高效輸配技術(shù)，提出綠洲灌區(qū)農(nóng)田和防護(hù)林高效節(jié)水技術(shù)。

分析山區(qū)水源涵養(yǎng)功能空間分異規(guī)律，量化不同生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能，研發(fā)水源涵養(yǎng)功能增儲(chǔ)潛力優(yōu)化技術(shù)、水源涵養(yǎng)林植被空間配置與結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，集成水源涵養(yǎng)區(qū)水文調(diào)蓄功能提升技術(shù)。

分析山前生態(tài)系統(tǒng)的水土流失特征，研發(fā)坡地集水、梯田蓄水、田間微集水等水土保持技術(shù)，集成集水補(bǔ)充灌溉、抗旱保墑、林灌草配置等技術(shù)，提出山前生態(tài)系統(tǒng)水土保持技術(shù)模式。

建立干旱寒冷地區(qū)輸水渠道防滲-抗凍脹的耦合力學(xué)模型，提出襯砌材料、結(jié)構(gòu)與凍土地基相適應(yīng)的渠道防滲抗凍脹技術(shù)；建立山區(qū)水庫(kù)與平原水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度模型，集成山區(qū)-平原水庫(kù)群協(xié)同運(yùn)行模式，提出綠洲灌區(qū)水量輸配方案，形成綠洲灌區(qū)庫(kù)-渠水量高效輸配技術(shù)。

分析不同灌溉類(lèi)型區(qū)農(nóng)田節(jié)水灌溉效率及效益，優(yōu)化西北內(nèi)陸區(qū)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，研發(fā)滴灌系統(tǒng)信息化控制與管理技術(shù)，建立以水權(quán)制度為核心的水資源管理模式，集成工程、農(nóng)藝、管理綜合節(jié)水技術(shù)，提出西北內(nèi)陸不同灌溉區(qū)適宜的節(jié)水灌溉模式。

分析西北內(nèi)陸區(qū)節(jié)水模式下農(nóng)田防護(hù)林體系格局演變特征，確定綠洲灌區(qū)農(nóng)田防護(hù)林抗逆樹(shù)種及配置模式；研發(fā)保水劑及非常規(guī)水灌溉等防護(hù)林建植技術(shù)，提出節(jié)水模式下農(nóng)田防護(hù)林適宜的灌溉方式及灌溉制度，構(gòu)建西北內(nèi)陸區(qū)綠洲節(jié)水型防護(hù)林技術(shù)體系。

（5）荒漠綠洲生態(tài)保護(hù)的水資源調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)集成示范。提出荒漠綠洲生態(tài)穩(wěn)定的地下水位控制技術(shù)、過(guò)渡帶結(jié)構(gòu)優(yōu)化水分穩(wěn)定技術(shù)，集成荒漠綠洲生態(tài)穩(wěn)定的地表水與地下水聯(lián)合調(diào)控技術(shù)體系；建立面向生態(tài)的流域尺度水資源優(yōu)化調(diào)度方案；建立面向生態(tài)的多目標(biāo)水資源優(yōu)化配置模型，提出流域中、下游生態(tài)水量實(shí)時(shí)調(diào)度方案；確定渠系水利用系數(shù)的最優(yōu)化組合，研發(fā)綠洲區(qū)地表水優(yōu)化配置技術(shù)、河-渠輪灌技術(shù)；集成綠洲過(guò)渡帶低耗水林灌草優(yōu)化配置技術(shù)、雨養(yǎng)植被恢復(fù)集流技術(shù)；提出荒漠綠洲生態(tài)穩(wěn)定的地表水與地下水聯(lián)合調(diào)控技術(shù)。

確定荒漠綠洲不同植被類(lèi)型適宜的地下水位閾值；研發(fā)植被生長(zhǎng)關(guān)鍵需水期適時(shí)地下水補(bǔ)水技術(shù)，集成綠洲植被群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化的水分穩(wěn)定技術(shù)，地下水采補(bǔ)平衡技術(shù)，河道滲灌、渠灌、井灌補(bǔ)水的地下水位控制技術(shù)；形成荒漠綠洲生態(tài)穩(wěn)定的地下水位調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)體系。

提出不同類(lèi)型荒漠綠洲過(guò)渡帶植被群落優(yōu)化配置結(jié)構(gòu)。研發(fā)荒漠綠洲過(guò)渡帶植被群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化的水分穩(wěn)定技術(shù)；集成荒漠綠洲過(guò)渡帶天然植被保護(hù)、雨養(yǎng)植被補(bǔ)植、低耗水植被引種技術(shù)，建立荒漠綠洲過(guò)渡帶植被保護(hù)水調(diào)控技術(shù)模式；集成荒漠綠洲過(guò)渡帶河岸林退化區(qū)更新技術(shù)，提出荒漠綠洲過(guò)渡帶植被恢復(fù)與重建配套生態(tài)保護(hù)水調(diào)控技術(shù)模式。

分析西北內(nèi)陸區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水與生態(tài)建設(shè)需水的雙重需求，研制面向生態(tài)的內(nèi)陸河流域水庫(kù)群與引水工程聯(lián)合調(diào)度新規(guī)則、不同流域生態(tài)水量調(diào)度技術(shù)，生態(tài)調(diào)度模型算法并以典型流域開(kāi)展案例研究，提出基于生態(tài)用水安全的流域尺度水資源優(yōu)化配置技術(shù)及調(diào)度方案。

（6）西北內(nèi)陸區(qū)水資源多維協(xié)同配置與安全保障體系。集成保水節(jié)水、生態(tài)水調(diào)控、多水源利用等技術(shù)，建立西北內(nèi)陸區(qū)水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化配置技術(shù)，提出水資源安全保障配置方案與保障體系。

集成西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全保障的保水節(jié)水、生態(tài)水調(diào)控、多水源利用等水資源調(diào)控技術(shù)，解析西北內(nèi)陸區(qū)不同用戶需水量、多種水源可供水量及其時(shí)空分布格局，提出西北內(nèi)陸區(qū)水資源供需分析邊界。

分析西北內(nèi)陸區(qū)水資源的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)、環(huán)境等多維屬性特征及關(guān)聯(lián)性，構(gòu)建具有時(shí)空分析、過(guò)程模擬功能的西北內(nèi)陸區(qū)水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化配置模型，提出多維協(xié)同優(yōu)化配置技術(shù)。

構(gòu)建西北內(nèi)陸區(qū)水資源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，應(yīng)用水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化配置模型，優(yōu)化提出西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全保障綜合配置方案，評(píng)估配置方案實(shí)施的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境效果。

從供給、需求、技術(shù)、政策、管理等方面構(gòu)建西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全保障框架與體系；結(jié)合西北內(nèi)陸區(qū)未來(lái)水資源安全狀況、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要與生態(tài)文明建設(shè)，提出變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全保障的對(duì)策建議，支撐絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶水資源安全。

4 基礎(chǔ)和技術(shù)前沿問(wèn)題

4.1 理論創(chuàng)新

揭示西北內(nèi)陸區(qū)空中水汽資源化的轉(zhuǎn)換規(guī)律，建立集冰雪消融、山區(qū)降水徑流、荒漠綠洲耗水的系統(tǒng)水循環(huán)過(guò)程模型，構(gòu)建適宜西北內(nèi)陸區(qū)的水資源安全評(píng)價(jià)理論方法。

4.2 技術(shù)創(chuàng)新

綜合集成水源涵養(yǎng)區(qū)的水文調(diào)蓄功能提升、山前生態(tài)系統(tǒng)水土保持、綠洲防護(hù)林節(jié)水、田間水量調(diào)控等技術(shù)，創(chuàng)新西北內(nèi)陸區(qū)保水節(jié)水技術(shù)；研發(fā)空中與地表水資源聯(lián)合利用技術(shù)，提出多水源多目標(biāo)的非常規(guī)水資源利用技術(shù)，創(chuàng)新水資源開(kāi)發(fā)利用新途徑；從水資源配置、調(diào)控、利用等途徑，集成荒漠綠洲生態(tài)穩(wěn)定的地表與地下水聯(lián)合調(diào)控技術(shù)，建立荒漠綠洲過(guò)渡帶結(jié)構(gòu)優(yōu)化的水分利用模式，創(chuàng)建面向生態(tài)的荒漠綠洲水資源調(diào)配技術(shù)體系；構(gòu)建水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境多維協(xié)同優(yōu)化技術(shù)，提出西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全保障體系和配置方案，突破傳統(tǒng)單一的水資源供需配置方法。

4.3 集成創(chuàng)新

在西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全評(píng)價(jià)和水循環(huán)演化過(guò)程研究的基礎(chǔ)上，集成保水節(jié)水、空中與地表水資源聯(lián)合利用、面向生態(tài)的荒漠綠洲水資源調(diào)配等技術(shù)，開(kāi)展綜合示范應(yīng)用，提出西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全保障方案及其配套技術(shù)，支撐絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶水資源安全。

開(kāi)展西北內(nèi)陸區(qū)水資源安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為國(guó)家內(nèi)陸區(qū)水安全保障決策提供重要科學(xué)依據(jù)；研究變化環(huán)境下西北內(nèi)陸區(qū)水循環(huán)關(guān)鍵過(guò)程，提高預(yù)測(cè)變化環(huán)境下水循環(huán)要素及水資源變化趨勢(shì)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性；揭示水資源高效利用及綠洲生態(tài)保護(hù)水調(diào)控機(jī)理，為西北內(nèi)陸區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)建設(shè)的管理決策提供理論依據(jù)；構(gòu)建適宜西北內(nèi)陸區(qū)的水資源安全評(píng)價(jià)理論方法，完善水資源安全評(píng)價(jià)理論，可促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)科發(fā)展，提升我國(guó)在水資源安全評(píng)價(jià)研究領(lǐng)域的國(guó)際影響力。

（1）空中與地表水資源聯(lián)合利用技術(shù)開(kāi)辟了水資源開(kāi)發(fā)的新途徑，保水-節(jié)水及微咸水、礦井疏干水、再生水高效利用和荒漠綠洲水資源調(diào)配等技術(shù)可有效提升西北內(nèi)陸區(qū)水資源利用效率、緩解水資源短缺壓力，改善研究區(qū)的生產(chǎn)和生活環(huán)境條件，促進(jìn)西北內(nèi)陸區(qū)的社會(huì)穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展，保障絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)中的水資源安全。另外，示范園區(qū)建設(shè)可帶動(dòng)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，增加群眾收入，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

（2）微咸水、礦井疏干水、再生水高效利用技術(shù)可促進(jìn)微咸水在沙產(chǎn)業(yè)培育，礦井疏干水在農(nóng)田灌溉和再生水在城市綠化、防護(hù)林建設(shè)、河湖濕地等中的綜合利用，減少產(chǎn)業(yè)培育及生態(tài)保護(hù)的經(jīng)濟(jì)投入。保水節(jié)水技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，可提高農(nóng)業(yè)用水產(chǎn)值，增加農(nóng)民收入。項(xiàng)目研發(fā)的保水、節(jié)水和水資源高效利用技術(shù)將有效促進(jìn)節(jié)水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高行業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值，形成水資源高效利用與經(jīng)濟(jì)效益提高的良性循環(huán)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)繁榮。

（3）面向生態(tài)的再生水資源利用技術(shù)可提高水資源利用效率、降低河道水污染風(fēng)險(xiǎn)、改善居民生活環(huán)境質(zhì)量；水源涵養(yǎng)區(qū)水文調(diào)蓄功能提升和山前生態(tài)系統(tǒng)水土保持技術(shù)可有效降低徑流泥沙含量、改善流域水質(zhì)、恢復(fù)森林和草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能；綠洲灌區(qū)農(nóng)田防護(hù)林節(jié)水技術(shù)、荒漠綠洲生態(tài)穩(wěn)定的地表水與地下水聯(lián)合調(diào)控技術(shù)、荒漠綠洲生態(tài)穩(wěn)定的地下水位控制技術(shù)、荒漠綠洲過(guò)渡帶結(jié)構(gòu)優(yōu)化的水分利用模式和流域尺度生態(tài)水量調(diào)度方案等可促進(jìn)區(qū)域植被恢復(fù)、保護(hù)植物多樣性、減小沙漠化危害和保護(hù)地下水，從而改善西北內(nèi)陸區(qū)的生態(tài)環(huán)境。