项目名称：
干旱区水权转移效应及其水资源可持续利用规划应用基础资助类别：
国家自然科学基金重大研究计划重点项目
项目负责人：
王忠静?教授依托单位：
清华大学合作单位：
中国水利水电科学研究院?瑞典隆德大学项目摘要：
水权转移既是干旱区环境变迁人类影响因素的焦点，也是水资源规划的核心，还是流域水资源管理的中心内容之一。本项目从考察干旱区水权转移及相应生态环境演化历史入手，划分不同阶段水权转移及其生态环境特征，研究水资源利用、生态环境演化、绿洲稳定间作用机制，建立以流域尺度水循环、生态环境及社会经济耦合系统为基础的流域演化模型，初步提出以水权转移为核心的干旱区水资源规划理论的应用基础。
项目背景及意义水不仅是支撑地球上各种生命形式存在的基础之一，更是人类社会发展不可替代的基础条件，纵观全人类社会的发展，都与水资源分布及其利用形式紧密相连，人类漫长的“逐水而居”发展历史，就是对这一问题的真实写照。在干旱地区，由于其生态环境的脆弱性和人类生存条件的恶劣性，水更成为维系人类社会经济活动和生态环境的纽带，而绿洲则是这些地区人类生存乃至一切生命存在的最主要区域和表现形式。这些区域内，人类经济社会活动的80%以上集中在绿洲区内，我国西部干旱内陆河区，这一比例将超过85%，北非尼罗河流域埃及境内，这一比例更上升到90%以上。
长期以来，干旱区的社会发展和经济增长都是伴随着对水资源的开发利用而进行的，水资源开发利用方式经历了从单纯利用地表水、联合利用地表地下水到强调提高水资源利用效率的3个开发利用的发展阶段，这些措施在极大地改变着流域水资源循环规律的同时，也促进和影响着区域社会经济发展以及生态环境格局，绿洲结构从天然绿洲过渡到半天然绿洲甚至发展为人工绿洲。
然而，随着人们对水资源的需求和开发利用日益提高，世界许多地区特别是干旱地区的水资源出现严重短缺，产生了水资源过度开发的状况，引发了一系列社会问题，如地下水降低、植被退化、河道断流、绿洲搬家以至绿洲消亡等。近些年来，这些干旱区发生的问题已开始扩散到半干旱区域，如黄河断流即是显著的征兆之一。如何在水资源短缺地区保证水资源的可持续利用和生态环境与社会经济的稳定，是当今的研究热点之一。随着我国西部开发战略，能否回答好这一涉及自然科学和社会科学的复杂问题，是关系着西部开发的成败与可持续发展的基础科学问题。
自九十年代中起，先后有多项国家级科学研究项目针对上述问题展开：国家“九五”科技攻关项目“西北地区水资源合理利用与生态环境保护”对此设计了6个课题20个专题，开展了西部水资源问题的第一次联合攻关；正在执行的中国工程院“西北地区水资源配置、生态环境建设和可持续发展研究”国家重大咨询项目，设计了9个课题，加强了西部开发中几个最紧迫的水资源问题技术与政策研究；国家重点基础研究发展项目（“973”）也开展了“中国西部干旱区生态环境演化与调控研究”，将焦点集中在干旱区生态环境问题。
目前国家自然科学基金委员会“中国西部生态和环境科学研究计划”，则将全球环境变化与人类活动影响下的西部水资源可持续利用问题，将西部水资源环境问题从专门领域扩展到地球圈层脆弱性的科学范围，更加关注其中基础科学问题和领域研究的交叉、集成与协调，期望实现从“过程认识”到“地球管理”的飞跃。
本申请项目，正是从这一基本思想出发，从关注干旱区水权转移入手，考察水资源开发利用对水权改变的本质特征，研究水资源再分布引导的水循环方式和生态环境变化过程机理，研究人类社会发展引导的水资源利用方式与程度改变及其水资源再分布过程，耦合水循环系统、社会经济系统及生态环境系统相互作用关系，建立可逐级描述流域演化过程流域综合动力模型，并在历史调查的实证分析和机理过程仿真分析的基础上，研究流域尺度水资源开发利用的水权转移内涵，研究不同条件下伴随水资源开发利用的水权转移阶段特征及其经济社会和生态环境效应，建立相应的分析评价方法和评价体系，用水资源规划的视角加以归纳总结，丰富干旱区水资源规划理论的水权转移效应分析基础，为实现西部水资源可持续利用与管理，为西部大开发背景下的干旱区社会经济可持续发展提供科学支撑。
本申请项目将以西部资源开发中水资源利用战略与流域管理理论为核心，以干旱区水资源可持续利用规划应用基础理论为目标，涉及如下科学问题：
1）西北干旱区人类以水权转移为表象的水资源开发利用历史调查，实证分析这种水权转移的社会经济效果及生态环境效应；
2）农田尺度水循环过程的植物耗水机理，灌区尺度水循环过程的生态耗水特性，流域尺度水循环过程绿洲耗水及其稳定性研究；
3）流域尺度宏观经济水资源生态环境耦合系统研究，分析人类活动与环境持续利用与发展的宏观调控机制；
4）干旱区水资源规划中以水权转移的经济社会与生态环境效应分析基础理论和应用研究。
本申请项目将利用经济社会发展、水权转移、水循环变化、水资源再分布、生态环境改变à经济社会调整的纽带，从以下几方面联系和继承已经启动和完成的研究成果：
1）系统总结和完善本申请集体及合作伙伴在干旱区水资源问题的机理模型与宏观调控分析模型的研究成果；
2）系统总结和吸收相关课题和计划的研究成果，包括本次西部研究计划的中间成果；
3）充分利用本研究计划的数据共享机制；
4）其它相关的研究计划和生产实践成果，包括人文历史研究成果。
本申请项目将在系统分析理论指导下，利用模型整合技术和耦合技术，进行综合性研究，除回答本申请项目关注的科学问题外，还将为西部计划的“协调”“综合”技术路线，提供流域尺度研究实例。
本申请项目问题分析及国内外研究现状流域系统定义及其演化动力中国西部干旱区流域生态环境问题，是表层地球环境脆弱性的一个具体表现方面。这个问题在一定程度上，可以概括为以水循环系统、生态环境系统、经济社会系统密切相关且相互作用的复杂系统演化问题。从宏观表象上讲，可以将其描述为：流域水循环与分布，养育着干旱区唯一适合人类社会（规模）生存的绿洲；以绿洲为基础的干旱区经济社会发展，持续改变着流域水循环方式和水资源分布；水循环方式和水资源分布的改变，不断影响着绿洲环境状态，进而影响着经济社会的发展及其水资源开发利用状态，形成复杂的动力演化过程。本申请称之为流域系统综合动力过程。
在近地层和流域尺度上，不考虑气候变迁和流域间物质能量交换时，即流域尺度流域系统封闭条件下，流域系统综合动力过程有三种原动力：太阳能量和地球重力为基础的水循环动力，太阳辐射和植被光和为基础的绿洲生长动力，人类经济社会发展利用与改造自然的能动力。三种动力相互作用、相互影响，决定着流域系统状态和的演化方向。再次假定流域尺度封闭条件下，考察系统每一次平衡的的打破，都可以归结为人类社会发展的要求，人的能动性为始动力。本申请称之为干旱流域系统演化的元动力。
在水资源为主要制约条件的干旱区绿洲经济社会，元动力的第一冲动将尝试提高水资源利用程度或改变水资源利用方式，打破水资源制约的瓶颈。瓶颈的打破本质上意味着现状水资源分布状态将改变，水资源将在人与自然之间、人与人之间、生态与生态间重新分布，也即流域各主（客）体的实际水权将发生改变，随之流域系统将朝适应水资源新分布状态方向演化。因此，封闭流域系统的流域演化，取决于流域各主（客）体实际水权再分布，即水权转移。
显性水权、隐性水权、实际水权及其意义考察西部灌溉农业以后的绿洲水资源开发利用方式及其经济社会及生态环境效应，可以发现各种各样水权分配的规定和改变水权的方式，其中有二种最引普遍：一种是清朝康熙年间，年羹尧在河西走廊诸流域制定的水权分配制度。制度规定，流域上、中、下游各县在一年内按时间段取水，下游取水时间段内，上游禁止取水。从历史上看，这种方式是西北地区近现代使用最长的水权分配方式，仍有流域沿用至今（河西走廊讨赖河流域）；另一种则是现在常用的按量划分的水权分配方式，即根据流域水资源量，遵照一定原则，按量分配。这种方式虽然直接规定了上、中、下游各用水单位的分配水量，在多年实践中，却很少有流域取得满意结果。
通过对上述现象的分析，本申请认为上述水权分配可以化为二类，显性水权和隐性水权。显性水权直接规定了水量，隐性水权仅规定了可得到水量的时间。从理论和历史的角度分析不同水权制度的实践结果，可以发现，理论上先进的显性水权分配实践中往往达不到预期效果，用户不满意度高。隐性水权分配科学性较差，但在实践中得到（群众）广泛认可，特别是下游用户。
研究上述现象的内涵可以发现，显性水权分配虽然将天气及水文的不确定性包含在规定水量中，但人们对水文过程的随机性的期望控制能力与用户对履行水权中分配水量承诺要求在实践中反差太大，更为关键的是，显形水权并没有计入人类活动的不确定性，也没有考虑显形水权分配引起的水循环系统一系列改变及其实际水量分布。这种水权规定的水量与实际得到水量的差异，本申请称之为显性水权与实际（质）水权差；隐性水权虽然没有科学计算基础，而实际水权分配权利交给水文与气象的随机现象本身，或称为交给“上帝”，显然，对随机事件讲，用水户感觉上是公平的。隐性水权的分配方式，实质上就是实际水权的分配。
流域系统的演化取决于实际发生的水资源再分布状态，也即实际水权分布。隐性水权的虽然包含实际水权的内涵，但自身仍是不确定的，在人类生产力对流域水资源有很强调控能力情况下，这种水权分配显然制约生产力发展。目前水资源规划及水资源配置理论中对水权的分配，都是显性水权的分配，无法把握实际发生的水权转移。
因此如何在制定显性水权分配的同时，预测实际水权转移及其生态环境效应，预见流域演化方向，实现对流域系统的宏观调控，是干旱区水资源规划理论与方法面临的挑战，是干旱区水资源可持续利用及流域管理理论面临的挑战，本申请项目期望对此方面有所进步。
需进一步说明的是：本申请所提出的水权转移的研究，针对的是由于水权转移所引起的水资源分布变化以及由此产生的生态环境变化问题，属自然科学范畴，是水资源宏观调控和流域管理的基础，是社会科学范畴中水资源产权及对应意义下的水权交易的科学基础。
干旱区流域宏观经济水资源生态环境耦合系统要实现水资源规划阶段设计显性水权转移的同时对实际水权转移的预测，必须对显性水权转移所引起的水循环改变、水资源再分布以及经济社会和生态环境效应进行系统分析及合理评价，需要对流域系统内部各系统自身规律及系统间作用机制的研究，建立可逐级描述流域系统综合动力过程的模型，本申请称之为流域综合动力模型。
流域综合动力模型包括以下几个基础科学问题和关键技术：
干旱区水循环机理及水文过程。
包括农田尺度一维SPAC/GSPAC系统模型、灌区尺度准二维/二维SVAT系统模型、绿洲及流域尺度水循环及水资源配置模型等。一维SPAC模型已经有比较广泛的基础，准二维SVAT也有一定探讨，绿洲及流域尺度水循环模型及水资源配置模型，已有许多可用模型。对上述机理及模型的改进和整理，是现在面临的重要研究内容。对二维SVAT模型，各国学者正在尝试不同途经解决，如借助陆面过程研究方法，借助遥感技术辅助分析等，但这是国际上的公认得难点，短时难以突破。
干旱区流域水循环与生态耗水机制及其环境效应问题。
水循环及生态耗水可分为山区产流区过程和平原绿洲区过程二部分。在考虑流域封闭系统情况下，山区产流区水循环过程与生态耗水可认为具有水文统计规律，一般可直接引用。对平原区部分，又可归结为二维/准二维SVAT系统问题。对我国西部干旱区流域水循环及生态耗水的环境效应的分析，其实践意义上的中心问题是绿洲稳定性问题，在季风胁迫下的绿洲稳定性，直接关系着西部地区承载能力。
干旱区宏观经济水资源系统模型及其应用。
国家“八五”攻关项目以华北地区为背景，建立了宏观经济水资源分析理论，“九五”攻关中这一方法结合了干旱区特点后，在许多流域中得到应用。目前尚需要解决的问题是如何将生态退化的经济问题，有机的纳入宏观经济水资源基本方程，如草原过牧的宏观经济与生态环境作用方程等。
干旱区人口迁移与社会发展格局动力模型及其应用。
人口迁移是干旱区最具特色的问题之一。历史资料表明，我国西部绿洲经济有很大部分是在屯垦戍边移民政策下发展起来的，这种政策性移民一直到20世纪末仍然存在，如疏勒河流域。随着干旱区水资源矛盾日益严重，伴随发生了许多与水资源再分布密切相关的生态环境移民问题，其表象就是“绿洲搬家”。找到生态环境移民和“绿洲搬家”元动力作用的机制，是解决这一问题的关键。申请者在国家自然基金资助下，已开始了初步研究，类似的研究成果，也越来越多。
流域复杂系统的自适应理论与模型。
复杂系统研究者认为，干旱区流域系统是由水循环系统、生态环境系统、社会经济系统组成的复杂系统。目前人们对流域系统的研究，或专于微观层面具体技术问题，或专于宏观层面的政策调控问题，不能够解决复杂系统从“定性到定量、从个体运动到整体特征”的描述问题。复杂系统自适应理论认为“适应性造就复杂性”，认为解决描述复杂系统中个体成员的对环境的“适应性”学习问题，将是定量描述宏观系统状态、逐级描述系统细部的关键。
不同尺度水循环模型整合关键技术。
升尺度和降尺度问题是陆面过程的热点为之一，干旱区流域水循环及生态耗水机理性模型同样存在类似的问题。解决这一问题，就基本解决了对不同尺度水文及其生态过程的描述问题。从目前研究动态看，这一问题在短期内还得不到满意成果。解决流域不同尺度的水循环过程及生态效应的描述问题，将采用模型整合技术，在大系统分解协调原理下控制整合精度。信息技术的发展提高了模型整合及其使用的效率，如GIS技术、空间数据库技术、数字流域技术等。
干旱流域社会经济、水资源、生态环境系统耦合关键技术。
相对于水资源系统与生态环境系统的相互作用，经济系统与自然系统间的关系则松散一些，是社会科学与自然科学的耦合的问题，一般情况下多采用外部耦合的办法。但人们注意到西部干旱区经济区域的本底是绿洲，这决定了绿洲经济社会系统与水资源生态系统的耦合还必须考虑机理作用。如何描述前面所述干旱绿洲演化的元动力在“绿洲搬家”中的动力方程（组），将是难点之一。目前这方面研究尚未见报道。
应用遥感手段对干旱区生态耗水分析的关键技术。
遥感技术在水资源方面的应用发展是非常迅速的，用于估算生态耗水量的研究日渐增多。目前，在植被单一且茂密的干旱区单元上，已达到一定的精度。根据信息技术发展预测，对干旱区其它单元的生态耗水量估计精度，在未来时期内会逐步提高，达到可使用水平。运用遥感技术对生态耗水量的分析，将有助于模型整合的分级控制。
系统分析的宏观调控与分解集成关键技术。
系统分析对水资源配置及流域系统分析的必要性是显而易见的，分别体现在对水资源分布的流动性影响分析和对经济社会系统宏观调控能动性的分析上。系统分解协调是构造流域综合动力模型框架及其运行机制的主要手段，多目标分析常被应用于协调人与自然关系的决策分析中，是当前水资源配置的主要方法。
值得一提的是，流域综合动力模型所面临的的基本问题和关键技术，虽然涉及面广，难度较大。但其中不少内容已在本申请集体的研究积累中得到一定程度的解决并加以应用（详见研究基础部分），还有一些问题也正被不同领域科学家逐步解决着，西部计划已经资助的研究计划中，也包括了许多内容针对上述问题。
因此本申请项目虽提出了上述问题，但并不企图解决上述每一个关键问题，而是致力于在本申请项目所关注问题的框架下，在西部计划的成果交流的基础上，系统的应用上述技术进行综合研究，以期达到预期目的。
水权转移在干旱区水资源规划理论意义及应用基础目前我国水资源规划中尚未要求对水权（使用权）作出明确规定，更谈不上对实际水权分配作出安排。现代水资源规划实践中，经常采用环境影响评价，可以在一定程度上修正规划方法的不足。干旱区水资源是这个区域发展的基础，有牵一发、动全局的作用。仅采用常规环境影响评价的方法，分析水资源再分配的环境效应，显然不能满足实际需要。
2003年1月，中国工程院在“西北地区水资源配置、生态环境建设和可持续发展研究”国家重大咨询项目向国务院进行的综合成果汇报中，提出了干旱区水资源利用的2个50％的指导性控制指标，具体含义是：为保持干旱区生态环境的可持续性，应保持社会经济系统的总耗水量（相当于本申请项目中的实际水权）小于总水资源量的50％。换句话说，干旱区水资源在社会经济系统与自然生态系统间的分配，应各占50%。以本申请项目的定义，亦即：在干旱区水资源利用规划中，为保持生态环境的可持续性，分配给社会经济系统的实际水权应<50％。
可见，干旱区水资源配置与流域管理的核心内容是各种水权的分配，包括社会经济系统（人）与自然生态系统之间、人与人之间、生态与生态中间等等。流域社会经济与生态环境演化的最终效应是实际水权分配的结果。而目前水资源规划所规定的都是显性水权，显性水权与实际水权存在较为复杂的转化关系。通过对水资源系统的分析，研究显性水权与实际水权在不同条件下的转化规律，提高我们在水资源规划中对流域演化趋势的预见，是干旱区水资源规划理论基础所面临的新问题，是西部大开发背景下对水资源规划理论提出的新要求。因此，本申请提出的以水权转移为核心的干旱区水资源规划理论应用基础研究，是十分必要的，也是非常现实的。
本申请项目尝试通过对历史调查的实证分析和流域综合动力模型的模拟分析，在大量计算和实际调查资料对比分析的基础上，研究不同阶段水权转移的表象与实质，分析相应的社会经济特征及生态环境特点，从而划分出水权转移的阶段特征及其经济与生态内涵，提出相应的分析方法和评价体系，丰富水资源规划理论的应用基础。
期望成果及应用前景本申请项目成果期望在如下方面对解决科学问题本身和加速“西部研究计划”总体进展方面有所贡献：
1）系统分析与整理现有成果，在集成、整合、耦合干已有模型的基础上，在流域尺度上建立描述封闭流域系统演化的流域综合动力模型。建立封闭流域综合动力模型本身，既是实现本申请项目目标的需要，也是为在整个“西部研究计划”中，建立开放流域系统综合模型进行的前期探索；
2）在建立的流域综合动力模型总体框架下，促进其中若干机理模型进一步修改和完善，促进“西部研究计划”中基本科学问题的研究与解决。同时，建立综合动力模型的过程，也将促进模型整合技术与耦合技术的研究与进步；
3）在机理模型与实证分析的基础上，将水资源开发利用的社会经济与生态环境效应问题，归纳为水资源规划理论的实际水权分配问题，将促进干旱区水资源可持续利用规划的应用基础研究，对西部大开发中的水资源可持续利用具有理论指导意义。
项目的内容、目标、拟解决的关键科学问题及在重大研究计划中的作用立项依据中国西部干旱区环境和生态问题与水资源密不可分，特别是近百年来，生态环境演变更是人类活动对水资源利用的主要响应。因此研究改变水资源利用格局的动因，研究提出水资源利用方案的水资源规划的基础理论，就成为问题集中的焦点。
考察水资源规划，并无专门针对干旱区的规划原则，人们常常将水资源规划的一般原则套用在干旱区，然而，近百年的实践证明，一般地区的水资源规划原则对干旱区是有缺陷的，有时甚至是致命的。
如何分配水资源在人类社会与自然生态之间的比例，如何分配水资源在人类社会不同地域和不同用途之间的比例，也即水权的分配，是水资源规划的最根本问题，但目前的水资源规划基础理论尚无这样的准则，人们仅仅用少数零星的研究成果作为规划原则。由于这样的成果是非系统的，特别它不是针对水权分配比例的，以致成果在使用中产生了20%、40%、50%等水资源在人类社会与自然之间分配的比例。更进一步，这些比例在水资源利用率、水资源耗散率中被频繁地混淆使用着。
上述问题，就产生了干旱区水资源规划中水权分配问题。从自然科学基本规律出发，回答好社会科学的水权分配问题，有助于干旱区水资源规划的基础理论，这也对中国西部干旱区环境与生态在西部大开发背景下保持可持续发展，有着理论探索和实践指导意义。
项目研究目标本申请项目从水资源规划理论的角度，采用通过历史调查的实证研究、水循环的生态耗水和绿洲稳定的尺度效应的机理研究、干旱区流域宏观经济水资源生态环境系统相互作用动力的复杂系统研究等方法与手段，全面分析干旱区区域发展和流域演化的水权转移表象与本质，研究及其经济社会与生态环境效应，实现建立基于实证分析和机理研究的干旱区水权转移的经济社会及生态环境效应的分析方法和评价体系的目标，丰富干旱区水资源规划理论基础,同时完成干旱区流域系统综合动力模型的建立，实现对绿洲稳定性状态预测和评价的目的。
本研究目标可以分解为以下几方面的具体目标：
考察我国西部地区干旱内陆河区水权转移及其对应社会经济发展及生态环境演化历史，分析流域不同水资源禀赋、不同流域区位及不同经济阶段的水权转移特征，分析与此相对应的社会经济发展格局及生态环境演化特点，提出干旱区以水权转移为核心的流域水资源开发利用阶段划分评价体系；
充分利用干旱区水循环研究积累，综合分析不同尺度的水循环模型、水资源配置模型特点及其对社会经济和生态环境分析的效用，利用模型整合技术，在流域尺度水循环框架下，研究建立变尺度水循环模型体系，通过对流域尺度下四水转化及生态耗水量计算，分析绿洲规模与绿洲稳定性的尺度效应；
综合分析不同的宏观经济水资源模型特点，用复杂系统理论与分析方法，耦合流域尺度的水循环模型、社会经济发展模型及生态环境演化模型，建立流域－灌区尺度综合动力模型，分析水循环系统、社会经济系统及生态环境系统间相互作用的动力机制。通过对典型流域仿真计算，分析绿洲结构与绿洲稳定性的区位效应；
通过对干旱区水权转移的实证研究，分析干旱区水权转移的内在机制及生态效应。利用流域综合模型，回溯分析西北地区典型流域历史不同阶段水权转移的社会经济与生态环境内涵，预测分析在水资源开发利用新方式下的流域经济发展与生态演化趋势，评价其水权转移的可持续性，充实干旱区水资源规划理论基础。
研究内容
为实现上述研究目标，使研究成果达到对水资源规划理论应用基础的支撑的作用，本申请项目拟从下述相互关联、相互支撑的4个方面进行：
(1)、干旱区水权转移阶段特征及对应社会经济发展和生态环境结构特点分析
以河西走廊及新疆为背景的西部干旱内陆河流域近二千年水权转移及其社会发展与生态环境演化过程调查，特别关注农业规模生产以来历史变迁；
构建基于GIS平台的西部水资源开发利用历史过程数据库，虚拟再现各主要流域社会经济及生态环境演化历史过程；
分析不同时期各流域水权转移内涵及其社会经济与生态环境特征，对照分析现状条件不同流域的水资源下建立水权转移的社会经济及生态环境效应评价体系；
评价西部干旱区水资源开发利用的经济发展与生态环境演化的协同性，划分水权转移阶段，提出与其相对应的宏观经济与环境特征。
(2)、干旱区流域变尺度水循环模型整合研究及绿洲稳定的水循环机理和尺度效应分析
分析干旱区生态耗水的四水转化的机理，建立农田尺度水循环模型，分析不同水分条件下的典型农田系统生态耗水量；
研究干旱区不同类型灌区水分转化机制与耗水结构体系，建立灌区尺度水循环模型，分析水资源不同利用方式下的典型灌区系统生态耗水量；
研究干旱内陆河绿洲稳定性的流域尺度的水循环机理及影响因素，建立绿洲宏观二维水热平衡分析模型，实证对比分析不同绿洲景观的水热平衡状态及稳定性趋势；
整合不同尺度的流域水循环模型及生态系统响应模型，分析干旱区绿洲在不同尺度的稳定性因素，建立变尺度绿洲稳定性分析模型体系，分析绿洲稳定性尺度效应。
(3)、流域尺度的水循环系统、生态环境系统及社会经济系统耦合及典型应用研究
分析干旱区典型经济发展模式及其经济系统结构，建立适合干旱区绿洲经济发展特点的宏观经济模型，耦合水资源制约下的宏观经济水资源模型体系；
研究干旱区经济社会发展过程与水资源分配变化的相互影响作用，研究生态环境变化的人口迁移动力及相应的绿洲经济社会发展方向，建立干旱区流域－灌区尺度宏观经济水资源生态环境耦合模型－流域综合动力模型；
利用流域综合动力模型，仿真典型流域在封闭系统条件下的绿洲迁移，研究典型流域集在有限开放系统条件下的绿洲迁移，分析绿洲稳定性的流域区位效应。
(4)、基于水权转移内在机制及生态环境效应的干旱区水资源规划理论基础研究
以塔里木流域和疏勒河流域为背景，分别回溯研究和预测研究因政策移民牵引的经济社会发展格局，分析政策移民中水资源配置变化的水权转移实质及生态环境效应
以石羊河流域和黑河流域为背景，分别回溯研究和预测研究以生态环境和经济发展为主要牵引动力的人口迁移及其相应的经济社会发展格局，分析其中的水权转移实质及生态环境效应。
利用流域动力模型仿真模拟与统计计算，对比研究干旱区经济发展过程中，不同水资源开发利用的水资源规划规划所规定的显性规定的水权转移表象与隐性包含的水权转移实质，分析不同条件下水权转移的社会经济发展与生态环境演化内涵。
研究提出干旱区水资源规划的水权转移的社会经济与生态环境效应分析评价方法，充实干旱区水资源规划理论基础。
拟解决的关键问题及在西部研究计划中的作用本申请拟将尝试探索和解决西部干旱区水资源利用中，水资源系统与社会经济系统及生态环境系统相互影响相互作用的机理，探讨由此引发干旱区水资源可持续利用规划的应用基础理论，为实现西部水资源可持续利用与管理，为西部大开发背景下的干旱区社会经济可持续发展提供科学支撑。研究内容中拟解决4个关键问题：
干旱区水权转移的阶段特征及其社会经济发展和生态环境结构特点分类；
变尺度下绿洲生态系统水热平衡模型及流域尺度绿洲稳定性分级；
考虑绿洲迁移的干旱区流域宏观经济水资源生态环境耦合模型；
干旱区水资源规划理论中水权转移的社会经济与生态环境效应分析评价方法。
在上述4个关键问题中，第一、四为应用基础问题，分别是本申请项目的出发点和成果应用的归宿；第二、三为基础科学问题，它们是了解干旱区水资源的复杂转换和利用过程中对社会经济与生态环境影响的基础问题，是理解水权转移生态环境效应、掌握水资源分布的生态环境演化规律、运用水资源调控措施的理论基础。
上述4个关键问题同样是紧密关联的。从第一问题的实证研究，可以在一定程度上总结出水资源规划理论所要求的水权转移分级分类，回答第四关键问题，但对现代条件下的水资源规划理论，尚缺乏机理分析基础，难以支撑现代条件特别是西部大开发背景下的水资源规划；因此，在第一关键问题的基础上，通过第二、第三关键问题的解决，最终上升到对第四问题的回答，从机理上解决干旱区水资源规划理论中水权转移的应用基础问题，是现代水利科学与地理科学从定性描述到定量分析跨越所要求的发展方向。
本申请项目利用经济社会发展、水权转移、水循环变化、水资源再分布、生态环境改变、经济社会调整的纽带，研究西部大开发中水资源开发利用说产生的生态环境效应，从探讨水权转移这一人类利用水资源表象内容入手，在系统分析理论指导下，通过模型整合技术与耦合技术以及实证研究与机理研究的角度，探讨水资源利用中水权转移的理论问题，尝试提出以水权转移及其生态环境效应为核心的干旱区水资源可持续利用规划应用基础，以实现西部计划中从“过程认识”到“地球管理”总体目标在水资源利用层次的飞跃。
上述关键问题的解决还将为西部计划的“协调”“综合”技术路线，提供流域尺度研究实例。
项目研究特色与创新之处
将首次探讨干旱区水资源开发利用的水权转移内涵与实质及其在水资源规划中理论基础地位，并通过大量历史调查，实证分析西部干旱区水权转移的社会经济及生态环境效应，划分水权转移阶段及其社会经济与生态环境特征；
将首次整合干旱区不同尺度水循环模型，在对农田、灌区、流域尺度生态系统组成分析、耗水结构分析和水循环模型边界分析基础上，建立流域变尺度水循环模型，通过模拟与实证对比分析，在流域单元上提出绿洲稳定性的尺度效应。
将首次在流域尺度上耦合干旱区流域社会经济系统、水资源系统系生态环境系统，建立流域可描述绿洲迁移的流域综合动力模型，并通过模拟和实证对比分析，在流域尺度上提出绿洲稳定性的区位效应。
将首次提出对干旱区水资源规划及水资源配置中水权转移的社会经济及生态环境效应评价的必要性、分析方法及参照指标体系，丰富干旱区水资源规划理论基础。
拟采取的研究方案及可行性分析研究方法：
采用历史回顾、典型调查、样本监测、统计分析的方法，考察分析西部干旱区社会经济发展与水资源开发利用历史过程中的水权转移及其对应的生态环境演化过程，借鉴GIS技术和虚拟现实技术，构建我国西部水资源开发利用及经济社会发展与生态环境演化历史数据库，并实现其虚拟再现；
在完善已有的干旱区不同尺度水循环及其生态耗水机理性模型基础上，系统总结研究不同尺度模型的边界差异，采用模型整合技术，构建变尺度流域水循环分析模型，分析不同尺度下绿洲生态组成体系、耗水量结构特征。通过仿真分析及实证对比，研究绿洲稳定性的水热平衡特征和规模效应；
采用宏观经济水资源系统分析理论和人口迁移理论，总结、开发和完善适应干旱区绿洲经济发展的动力模型，耦合干旱区变尺度水资源循环模型，分析绿洲经济社会发展à水资源开发利用、水循环变化、生态环境改变、绿洲演化迁移等干旱区流域过程各系统的相互作用机制。通过对流域系统封闭与有限开放条件下的模拟计算和实证对比，分析干旱区绿洲经济及绿洲稳定性的区位效应；
以干旱区水资源规划的视角，在流域综合动力模型支撑下，利用仿真技术，回溯分析和预测分析典型流域在不同条件下的经济社会发展和水资源开发利用策略下的水资源再分布特征，研究水资源规划的理论与实践中水权转移的表象与实质，研究显形水权转移与隐性水权转移差异，并进行实证对比分析；
通过历史调查、实证分析、机理研究和仿真分析，在空间尺度与时间尺度上系统总结干旱区经济发展与水资源利用的水权转移实质，在分析其社会经济与生态环境效应基础上，制定水资源配置的水权转移效应的分析评价方法及评估体系，丰富干旱区水资源规划理论。
技术路线
在复杂系统理论指导下，用系统分析方法，以水资源系统对干旱区绿洲经济社会与生态环境支撑为框架，以水系统的动力循环为纽带，集成、整合、耦合水资源、社会经济及生态环境系统，通过仿真与实证研究，实现本项目研究目标。
本项目技术路线及各研究内容关系见图1所示。
年度研究计划本项目研究计划分三个年度实施，具体为：
第一阶段，2004年1月1日～2004年12月31日。调查西北干旱内陆河区近2000年水资源开发利用历史，分析甄别与此对应的社会经济发展与生态环境演化过程，构建数据框架；总结干旱区不同尺度水循环模型，初步整合建立变尺度流域水循环模型；初步建立典型流域宏观经济水资源模型。本阶段提出干旱内陆河区近2000年水权转移阶段特征及其经济社会发展与生态环境效应的实证研究报告（初步），拟发表论文5～8篇。
第二阶段，2005年1月1日～2005年12月31日。建成西北干旱内陆河区近2000年水权转移及其相应经济社会发展与生态环境演化过程调查成果数据库；完成流域变尺度水循环模型，进行绿洲稳定性的尺度效应分析；初步建立流域宏观经济系统、水循环系统、和生态环境系统的耦合模型，初步模拟分析绿洲迁移的动力因素及区位效应；补充收集典型流域资料，初步模拟分析典型流域不同发展条件下水权转移及其经济社会和生态环境效应。本阶段提交数据库系统（试用），完善干旱内陆河区近2000年水权转移阶段特征及其经济社会发展与生态环境效应的实证研究报告，提交干旱区流域变尺度水循环模型整合研究及绿洲稳定的水循环机理和尺度效应研究报告（初步），提交干旱区流域宏观经济、水资源、生态环境系统耦合模型研究及绿洲稳定性区位效应研究报告（初步），发表论文7～10篇；
第三阶段，2006年1月1日～2006年12月31日。完成西北干旱内陆河区近2000年水权转移及其相应经济社会发展与生态环境演化过程GIS虚拟重现系统，充实完善数据库；完善干旱区流域变尺度水循环模型，进一步分析绿洲稳定的尺度效应；完善流域宏观经济系统、水循环系统和生态环境系统的耦合模型，进一步模拟分析绿洲迁移的动力因素及区位效应；模拟分析典型流域不同发展条件下水权转移及其经济社会和生态环境效应，在与实证对比分析的基础上，提出干旱区水资源规划中水权转移的分析评价方法。本阶段提交完整数据库及虚拟再现软件系统，提交干旱区流域变尺度水循环模型整合研究及绿洲稳定的水循环机理和尺度效应研究报告，提交干旱区流域宏观经济、水资源、生态环境系统耦合模型研究及绿洲稳定性区位效应研究报告，发表论文8～10篇，出版专著1部（或列入出版计划）。
各年度研究计划及预期进度示意见下图：
研究项目
2004
2005
2006
资料收集现场调查
数据整理与数据库建立
研究内容（1）
研究内容（2）
研究内容（3）
研究内容（4）
总结、报告、验收
论文与专著发表出版
提交成果
本研究将以论文、报告、专著和数据库软件方式提交成果，包括：
（1） 西北干旱内陆河区近500a水权转移及其相应经济社会发展与生态环境演化过程调查成果数据库及GIS虚拟重现系统；
（2） 干旱内陆河区近500a水权转移阶段特征及其经济社会发展与生态环境效应的实证研究报告；
（3） 干旱区流域变尺度水循环模型整合及绿洲稳定的水循环机理和尺度效应研究报告（或论文集）；
（4） 干旱区宏观经济、水资源、生态环境系统耦合模型及绿洲稳定性区位效应研究报告（或论文集）；
（5） 基于水权转移内在机制及生态环境效应的干旱区水资源规划方法研究报告（或论文集、专著）；
（6） 在国内外核心刊物上发表论文15～25篇，其中期望3~5篇被SCI检索，8~15篇被EI检索（含SCI）；
（7） 出版本研究项目成果专著1～2部。
国际合作与交流计划安排情况为配合本研究计划，项目组外方成员以河西走廊流域为背景，以与本研究项目密切相关的部分内容，在欧盟科技框架下，申请研究项目，已获得更广泛的技术支持和经费支持。根据申请计划，学术交流将每年进行1～2次，交流经费将由欧盟项目承担。
干旱区水权转移效应及其水资源可持续利用规划应用基础资助类别：
国家自然科学基金重大研究计划重点项目
项目负责人：
王忠静?教授依托单位：
清华大学合作单位：
中国水利水电科学研究院?瑞典隆德大学项目摘要：
水权转移既是干旱区环境变迁人类影响因素的焦点，也是水资源规划的核心，还是流域水资源管理的中心内容之一。本项目从考察干旱区水权转移及相应生态环境演化历史入手，划分不同阶段水权转移及其生态环境特征，研究水资源利用、生态环境演化、绿洲稳定间作用机制，建立以流域尺度水循环、生态环境及社会经济耦合系统为基础的流域演化模型，初步提出以水权转移为核心的干旱区水资源规划理论的应用基础。
项目背景及意义水不仅是支撑地球上各种生命形式存在的基础之一，更是人类社会发展不可替代的基础条件，纵观全人类社会的发展，都与水资源分布及其利用形式紧密相连，人类漫长的“逐水而居”发展历史，就是对这一问题的真实写照。在干旱地区，由于其生态环境的脆弱性和人类生存条件的恶劣性，水更成为维系人类社会经济活动和生态环境的纽带，而绿洲则是这些地区人类生存乃至一切生命存在的最主要区域和表现形式。这些区域内，人类经济社会活动的80%以上集中在绿洲区内，我国西部干旱内陆河区，这一比例将超过85%，北非尼罗河流域埃及境内，这一比例更上升到90%以上。
长期以来，干旱区的社会发展和经济增长都是伴随着对水资源的开发利用而进行的，水资源开发利用方式经历了从单纯利用地表水、联合利用地表地下水到强调提高水资源利用效率的3个开发利用的发展阶段，这些措施在极大地改变着流域水资源循环规律的同时，也促进和影响着区域社会经济发展以及生态环境格局，绿洲结构从天然绿洲过渡到半天然绿洲甚至发展为人工绿洲。
然而，随着人们对水资源的需求和开发利用日益提高，世界许多地区特别是干旱地区的水资源出现严重短缺，产生了水资源过度开发的状况，引发了一系列社会问题，如地下水降低、植被退化、河道断流、绿洲搬家以至绿洲消亡等。近些年来，这些干旱区发生的问题已开始扩散到半干旱区域，如黄河断流即是显著的征兆之一。如何在水资源短缺地区保证水资源的可持续利用和生态环境与社会经济的稳定，是当今的研究热点之一。随着我国西部开发战略，能否回答好这一涉及自然科学和社会科学的复杂问题，是关系着西部开发的成败与可持续发展的基础科学问题。
自九十年代中起，先后有多项国家级科学研究项目针对上述问题展开：国家“九五”科技攻关项目“西北地区水资源合理利用与生态环境保护”对此设计了6个课题20个专题，开展了西部水资源问题的第一次联合攻关；正在执行的中国工程院“西北地区水资源配置、生态环境建设和可持续发展研究”国家重大咨询项目，设计了9个课题，加强了西部开发中几个最紧迫的水资源问题技术与政策研究；国家重点基础研究发展项目（“973”）也开展了“中国西部干旱区生态环境演化与调控研究”，将焦点集中在干旱区生态环境问题。
目前国家自然科学基金委员会“中国西部生态和环境科学研究计划”，则将全球环境变化与人类活动影响下的西部水资源可持续利用问题，将西部水资源环境问题从专门领域扩展到地球圈层脆弱性的科学范围，更加关注其中基础科学问题和领域研究的交叉、集成与协调，期望实现从“过程认识”到“地球管理”的飞跃。
本申请项目，正是从这一基本思想出发，从关注干旱区水权转移入手，考察水资源开发利用对水权改变的本质特征，研究水资源再分布引导的水循环方式和生态环境变化过程机理，研究人类社会发展引导的水资源利用方式与程度改变及其水资源再分布过程，耦合水循环系统、社会经济系统及生态环境系统相互作用关系，建立可逐级描述流域演化过程流域综合动力模型，并在历史调查的实证分析和机理过程仿真分析的基础上，研究流域尺度水资源开发利用的水权转移内涵，研究不同条件下伴随水资源开发利用的水权转移阶段特征及其经济社会和生态环境效应，建立相应的分析评价方法和评价体系，用水资源规划的视角加以归纳总结，丰富干旱区水资源规划理论的水权转移效应分析基础，为实现西部水资源可持续利用与管理，为西部大开发背景下的干旱区社会经济可持续发展提供科学支撑。
本申请项目将以西部资源开发中水资源利用战略与流域管理理论为核心，以干旱区水资源可持续利用规划应用基础理论为目标，涉及如下科学问题：
1）西北干旱区人类以水权转移为表象的水资源开发利用历史调查，实证分析这种水权转移的社会经济效果及生态环境效应；
2）农田尺度水循环过程的植物耗水机理，灌区尺度水循环过程的生态耗水特性，流域尺度水循环过程绿洲耗水及其稳定性研究；
3）流域尺度宏观经济水资源生态环境耦合系统研究，分析人类活动与环境持续利用与发展的宏观调控机制；
4）干旱区水资源规划中以水权转移的经济社会与生态环境效应分析基础理论和应用研究。
本申请项目将利用经济社会发展、水权转移、水循环变化、水资源再分布、生态环境改变à经济社会调整的纽带，从以下几方面联系和继承已经启动和完成的研究成果：
1）系统总结和完善本申请集体及合作伙伴在干旱区水资源问题的机理模型与宏观调控分析模型的研究成果；
2）系统总结和吸收相关课题和计划的研究成果，包括本次西部研究计划的中间成果；
3）充分利用本研究计划的数据共享机制；
4）其它相关的研究计划和生产实践成果，包括人文历史研究成果。
本申请项目将在系统分析理论指导下，利用模型整合技术和耦合技术，进行综合性研究，除回答本申请项目关注的科学问题外，还将为西部计划的“协调”“综合”技术路线，提供流域尺度研究实例。
本申请项目问题分析及国内外研究现状流域系统定义及其演化动力中国西部干旱区流域生态环境问题，是表层地球环境脆弱性的一个具体表现方面。这个问题在一定程度上，可以概括为以水循环系统、生态环境系统、经济社会系统密切相关且相互作用的复杂系统演化问题。从宏观表象上讲，可以将其描述为：流域水循环与分布，养育着干旱区唯一适合人类社会（规模）生存的绿洲；以绿洲为基础的干旱区经济社会发展，持续改变着流域水循环方式和水资源分布；水循环方式和水资源分布的改变，不断影响着绿洲环境状态，进而影响着经济社会的发展及其水资源开发利用状态，形成复杂的动力演化过程。本申请称之为流域系统综合动力过程。
在近地层和流域尺度上，不考虑气候变迁和流域间物质能量交换时，即流域尺度流域系统封闭条件下，流域系统综合动力过程有三种原动力：太阳能量和地球重力为基础的水循环动力，太阳辐射和植被光和为基础的绿洲生长动力，人类经济社会发展利用与改造自然的能动力。三种动力相互作用、相互影响，决定着流域系统状态和的演化方向。再次假定流域尺度封闭条件下，考察系统每一次平衡的的打破，都可以归结为人类社会发展的要求，人的能动性为始动力。本申请称之为干旱流域系统演化的元动力。
在水资源为主要制约条件的干旱区绿洲经济社会，元动力的第一冲动将尝试提高水资源利用程度或改变水资源利用方式，打破水资源制约的瓶颈。瓶颈的打破本质上意味着现状水资源分布状态将改变，水资源将在人与自然之间、人与人之间、生态与生态间重新分布，也即流域各主（客）体的实际水权将发生改变，随之流域系统将朝适应水资源新分布状态方向演化。因此，封闭流域系统的流域演化，取决于流域各主（客）体实际水权再分布，即水权转移。
显性水权、隐性水权、实际水权及其意义考察西部灌溉农业以后的绿洲水资源开发利用方式及其经济社会及生态环境效应，可以发现各种各样水权分配的规定和改变水权的方式，其中有二种最引普遍：一种是清朝康熙年间，年羹尧在河西走廊诸流域制定的水权分配制度。制度规定，流域上、中、下游各县在一年内按时间段取水，下游取水时间段内，上游禁止取水。从历史上看，这种方式是西北地区近现代使用最长的水权分配方式，仍有流域沿用至今（河西走廊讨赖河流域）；另一种则是现在常用的按量划分的水权分配方式，即根据流域水资源量，遵照一定原则，按量分配。这种方式虽然直接规定了上、中、下游各用水单位的分配水量，在多年实践中，却很少有流域取得满意结果。
通过对上述现象的分析，本申请认为上述水权分配可以化为二类，显性水权和隐性水权。显性水权直接规定了水量，隐性水权仅规定了可得到水量的时间。从理论和历史的角度分析不同水权制度的实践结果，可以发现，理论上先进的显性水权分配实践中往往达不到预期效果，用户不满意度高。隐性水权分配科学性较差，但在实践中得到（群众）广泛认可，特别是下游用户。
研究上述现象的内涵可以发现，显性水权分配虽然将天气及水文的不确定性包含在规定水量中，但人们对水文过程的随机性的期望控制能力与用户对履行水权中分配水量承诺要求在实践中反差太大，更为关键的是，显形水权并没有计入人类活动的不确定性，也没有考虑显形水权分配引起的水循环系统一系列改变及其实际水量分布。这种水权规定的水量与实际得到水量的差异，本申请称之为显性水权与实际（质）水权差；隐性水权虽然没有科学计算基础，而实际水权分配权利交给水文与气象的随机现象本身，或称为交给“上帝”，显然，对随机事件讲，用水户感觉上是公平的。隐性水权的分配方式，实质上就是实际水权的分配。
流域系统的演化取决于实际发生的水资源再分布状态，也即实际水权分布。隐性水权的虽然包含实际水权的内涵，但自身仍是不确定的，在人类生产力对流域水资源有很强调控能力情况下，这种水权分配显然制约生产力发展。目前水资源规划及水资源配置理论中对水权的分配，都是显性水权的分配，无法把握实际发生的水权转移。
因此如何在制定显性水权分配的同时，预测实际水权转移及其生态环境效应，预见流域演化方向，实现对流域系统的宏观调控，是干旱区水资源规划理论与方法面临的挑战，是干旱区水资源可持续利用及流域管理理论面临的挑战，本申请项目期望对此方面有所进步。
需进一步说明的是：本申请所提出的水权转移的研究，针对的是由于水权转移所引起的水资源分布变化以及由此产生的生态环境变化问题，属自然科学范畴，是水资源宏观调控和流域管理的基础，是社会科学范畴中水资源产权及对应意义下的水权交易的科学基础。
干旱区流域宏观经济水资源生态环境耦合系统要实现水资源规划阶段设计显性水权转移的同时对实际水权转移的预测，必须对显性水权转移所引起的水循环改变、水资源再分布以及经济社会和生态环境效应进行系统分析及合理评价，需要对流域系统内部各系统自身规律及系统间作用机制的研究，建立可逐级描述流域系统综合动力过程的模型，本申请称之为流域综合动力模型。
流域综合动力模型包括以下几个基础科学问题和关键技术：
干旱区水循环机理及水文过程。
包括农田尺度一维SPAC/GSPAC系统模型、灌区尺度准二维/二维SVAT系统模型、绿洲及流域尺度水循环及水资源配置模型等。一维SPAC模型已经有比较广泛的基础，准二维SVAT也有一定探讨，绿洲及流域尺度水循环模型及水资源配置模型，已有许多可用模型。对上述机理及模型的改进和整理，是现在面临的重要研究内容。对二维SVAT模型，各国学者正在尝试不同途经解决，如借助陆面过程研究方法，借助遥感技术辅助分析等，但这是国际上的公认得难点，短时难以突破。
干旱区流域水循环与生态耗水机制及其环境效应问题。
水循环及生态耗水可分为山区产流区过程和平原绿洲区过程二部分。在考虑流域封闭系统情况下，山区产流区水循环过程与生态耗水可认为具有水文统计规律，一般可直接引用。对平原区部分，又可归结为二维/准二维SVAT系统问题。对我国西部干旱区流域水循环及生态耗水的环境效应的分析，其实践意义上的中心问题是绿洲稳定性问题，在季风胁迫下的绿洲稳定性，直接关系着西部地区承载能力。
干旱区宏观经济水资源系统模型及其应用。
国家“八五”攻关项目以华北地区为背景，建立了宏观经济水资源分析理论，“九五”攻关中这一方法结合了干旱区特点后，在许多流域中得到应用。目前尚需要解决的问题是如何将生态退化的经济问题，有机的纳入宏观经济水资源基本方程，如草原过牧的宏观经济与生态环境作用方程等。
干旱区人口迁移与社会发展格局动力模型及其应用。
人口迁移是干旱区最具特色的问题之一。历史资料表明，我国西部绿洲经济有很大部分是在屯垦戍边移民政策下发展起来的，这种政策性移民一直到20世纪末仍然存在，如疏勒河流域。随着干旱区水资源矛盾日益严重，伴随发生了许多与水资源再分布密切相关的生态环境移民问题，其表象就是“绿洲搬家”。找到生态环境移民和“绿洲搬家”元动力作用的机制，是解决这一问题的关键。申请者在国家自然基金资助下，已开始了初步研究，类似的研究成果，也越来越多。
流域复杂系统的自适应理论与模型。
复杂系统研究者认为，干旱区流域系统是由水循环系统、生态环境系统、社会经济系统组成的复杂系统。目前人们对流域系统的研究，或专于微观层面具体技术问题，或专于宏观层面的政策调控问题，不能够解决复杂系统从“定性到定量、从个体运动到整体特征”的描述问题。复杂系统自适应理论认为“适应性造就复杂性”，认为解决描述复杂系统中个体成员的对环境的“适应性”学习问题，将是定量描述宏观系统状态、逐级描述系统细部的关键。
不同尺度水循环模型整合关键技术。
升尺度和降尺度问题是陆面过程的热点为之一，干旱区流域水循环及生态耗水机理性模型同样存在类似的问题。解决这一问题，就基本解决了对不同尺度水文及其生态过程的描述问题。从目前研究动态看，这一问题在短期内还得不到满意成果。解决流域不同尺度的水循环过程及生态效应的描述问题，将采用模型整合技术，在大系统分解协调原理下控制整合精度。信息技术的发展提高了模型整合及其使用的效率，如GIS技术、空间数据库技术、数字流域技术等。
干旱流域社会经济、水资源、生态环境系统耦合关键技术。
相对于水资源系统与生态环境系统的相互作用，经济系统与自然系统间的关系则松散一些，是社会科学与自然科学的耦合的问题，一般情况下多采用外部耦合的办法。但人们注意到西部干旱区经济区域的本底是绿洲，这决定了绿洲经济社会系统与水资源生态系统的耦合还必须考虑机理作用。如何描述前面所述干旱绿洲演化的元动力在“绿洲搬家”中的动力方程（组），将是难点之一。目前这方面研究尚未见报道。
应用遥感手段对干旱区生态耗水分析的关键技术。
遥感技术在水资源方面的应用发展是非常迅速的，用于估算生态耗水量的研究日渐增多。目前，在植被单一且茂密的干旱区单元上，已达到一定的精度。根据信息技术发展预测，对干旱区其它单元的生态耗水量估计精度，在未来时期内会逐步提高，达到可使用水平。运用遥感技术对生态耗水量的分析，将有助于模型整合的分级控制。
系统分析的宏观调控与分解集成关键技术。
系统分析对水资源配置及流域系统分析的必要性是显而易见的，分别体现在对水资源分布的流动性影响分析和对经济社会系统宏观调控能动性的分析上。系统分解协调是构造流域综合动力模型框架及其运行机制的主要手段，多目标分析常被应用于协调人与自然关系的决策分析中，是当前水资源配置的主要方法。
值得一提的是，流域综合动力模型所面临的的基本问题和关键技术，虽然涉及面广，难度较大。但其中不少内容已在本申请集体的研究积累中得到一定程度的解决并加以应用（详见研究基础部分），还有一些问题也正被不同领域科学家逐步解决着，西部计划已经资助的研究计划中，也包括了许多内容针对上述问题。
因此本申请项目虽提出了上述问题，但并不企图解决上述每一个关键问题，而是致力于在本申请项目所关注问题的框架下，在西部计划的成果交流的基础上，系统的应用上述技术进行综合研究，以期达到预期目的。
水权转移在干旱区水资源规划理论意义及应用基础目前我国水资源规划中尚未要求对水权（使用权）作出明确规定，更谈不上对实际水权分配作出安排。现代水资源规划实践中，经常采用环境影响评价，可以在一定程度上修正规划方法的不足。干旱区水资源是这个区域发展的基础，有牵一发、动全局的作用。仅采用常规环境影响评价的方法，分析水资源再分配的环境效应，显然不能满足实际需要。
2003年1月，中国工程院在“西北地区水资源配置、生态环境建设和可持续发展研究”国家重大咨询项目向国务院进行的综合成果汇报中，提出了干旱区水资源利用的2个50％的指导性控制指标，具体含义是：为保持干旱区生态环境的可持续性，应保持社会经济系统的总耗水量（相当于本申请项目中的实际水权）小于总水资源量的50％。换句话说，干旱区水资源在社会经济系统与自然生态系统间的分配，应各占50%。以本申请项目的定义，亦即：在干旱区水资源利用规划中，为保持生态环境的可持续性，分配给社会经济系统的实际水权应<50％。
可见，干旱区水资源配置与流域管理的核心内容是各种水权的分配，包括社会经济系统（人）与自然生态系统之间、人与人之间、生态与生态中间等等。流域社会经济与生态环境演化的最终效应是实际水权分配的结果。而目前水资源规划所规定的都是显性水权，显性水权与实际水权存在较为复杂的转化关系。通过对水资源系统的分析，研究显性水权与实际水权在不同条件下的转化规律，提高我们在水资源规划中对流域演化趋势的预见，是干旱区水资源规划理论基础所面临的新问题，是西部大开发背景下对水资源规划理论提出的新要求。因此，本申请提出的以水权转移为核心的干旱区水资源规划理论应用基础研究，是十分必要的，也是非常现实的。
本申请项目尝试通过对历史调查的实证分析和流域综合动力模型的模拟分析，在大量计算和实际调查资料对比分析的基础上，研究不同阶段水权转移的表象与实质，分析相应的社会经济特征及生态环境特点，从而划分出水权转移的阶段特征及其经济与生态内涵，提出相应的分析方法和评价体系，丰富水资源规划理论的应用基础。
期望成果及应用前景本申请项目成果期望在如下方面对解决科学问题本身和加速“西部研究计划”总体进展方面有所贡献：
1）系统分析与整理现有成果，在集成、整合、耦合干已有模型的基础上，在流域尺度上建立描述封闭流域系统演化的流域综合动力模型。建立封闭流域综合动力模型本身，既是实现本申请项目目标的需要，也是为在整个“西部研究计划”中，建立开放流域系统综合模型进行的前期探索；
2）在建立的流域综合动力模型总体框架下，促进其中若干机理模型进一步修改和完善，促进“西部研究计划”中基本科学问题的研究与解决。同时，建立综合动力模型的过程，也将促进模型整合技术与耦合技术的研究与进步；
3）在机理模型与实证分析的基础上，将水资源开发利用的社会经济与生态环境效应问题，归纳为水资源规划理论的实际水权分配问题，将促进干旱区水资源可持续利用规划的应用基础研究，对西部大开发中的水资源可持续利用具有理论指导意义。
项目的内容、目标、拟解决的关键科学问题及在重大研究计划中的作用立项依据中国西部干旱区环境和生态问题与水资源密不可分，特别是近百年来，生态环境演变更是人类活动对水资源利用的主要响应。因此研究改变水资源利用格局的动因，研究提出水资源利用方案的水资源规划的基础理论，就成为问题集中的焦点。
考察水资源规划，并无专门针对干旱区的规划原则，人们常常将水资源规划的一般原则套用在干旱区，然而，近百年的实践证明，一般地区的水资源规划原则对干旱区是有缺陷的，有时甚至是致命的。
如何分配水资源在人类社会与自然生态之间的比例，如何分配水资源在人类社会不同地域和不同用途之间的比例，也即水权的分配，是水资源规划的最根本问题，但目前的水资源规划基础理论尚无这样的准则，人们仅仅用少数零星的研究成果作为规划原则。由于这样的成果是非系统的，特别它不是针对水权分配比例的，以致成果在使用中产生了20%、40%、50%等水资源在人类社会与自然之间分配的比例。更进一步，这些比例在水资源利用率、水资源耗散率中被频繁地混淆使用着。
上述问题，就产生了干旱区水资源规划中水权分配问题。从自然科学基本规律出发，回答好社会科学的水权分配问题，有助于干旱区水资源规划的基础理论，这也对中国西部干旱区环境与生态在西部大开发背景下保持可持续发展，有着理论探索和实践指导意义。
项目研究目标本申请项目从水资源规划理论的角度，采用通过历史调查的实证研究、水循环的生态耗水和绿洲稳定的尺度效应的机理研究、干旱区流域宏观经济水资源生态环境系统相互作用动力的复杂系统研究等方法与手段，全面分析干旱区区域发展和流域演化的水权转移表象与本质，研究及其经济社会与生态环境效应，实现建立基于实证分析和机理研究的干旱区水权转移的经济社会及生态环境效应的分析方法和评价体系的目标，丰富干旱区水资源规划理论基础,同时完成干旱区流域系统综合动力模型的建立，实现对绿洲稳定性状态预测和评价的目的。
本研究目标可以分解为以下几方面的具体目标：
考察我国西部地区干旱内陆河区水权转移及其对应社会经济发展及生态环境演化历史，分析流域不同水资源禀赋、不同流域区位及不同经济阶段的水权转移特征，分析与此相对应的社会经济发展格局及生态环境演化特点，提出干旱区以水权转移为核心的流域水资源开发利用阶段划分评价体系；
充分利用干旱区水循环研究积累，综合分析不同尺度的水循环模型、水资源配置模型特点及其对社会经济和生态环境分析的效用，利用模型整合技术，在流域尺度水循环框架下，研究建立变尺度水循环模型体系，通过对流域尺度下四水转化及生态耗水量计算，分析绿洲规模与绿洲稳定性的尺度效应；
综合分析不同的宏观经济水资源模型特点，用复杂系统理论与分析方法，耦合流域尺度的水循环模型、社会经济发展模型及生态环境演化模型，建立流域－灌区尺度综合动力模型，分析水循环系统、社会经济系统及生态环境系统间相互作用的动力机制。通过对典型流域仿真计算，分析绿洲结构与绿洲稳定性的区位效应；
通过对干旱区水权转移的实证研究，分析干旱区水权转移的内在机制及生态效应。利用流域综合模型，回溯分析西北地区典型流域历史不同阶段水权转移的社会经济与生态环境内涵，预测分析在水资源开发利用新方式下的流域经济发展与生态演化趋势，评价其水权转移的可持续性，充实干旱区水资源规划理论基础。
研究内容
为实现上述研究目标，使研究成果达到对水资源规划理论应用基础的支撑的作用，本申请项目拟从下述相互关联、相互支撑的4个方面进行：
(1)、干旱区水权转移阶段特征及对应社会经济发展和生态环境结构特点分析
以河西走廊及新疆为背景的西部干旱内陆河流域近二千年水权转移及其社会发展与生态环境演化过程调查，特别关注农业规模生产以来历史变迁；
构建基于GIS平台的西部水资源开发利用历史过程数据库，虚拟再现各主要流域社会经济及生态环境演化历史过程；
分析不同时期各流域水权转移内涵及其社会经济与生态环境特征，对照分析现状条件不同流域的水资源下建立水权转移的社会经济及生态环境效应评价体系；
评价西部干旱区水资源开发利用的经济发展与生态环境演化的协同性，划分水权转移阶段，提出与其相对应的宏观经济与环境特征。
(2)、干旱区流域变尺度水循环模型整合研究及绿洲稳定的水循环机理和尺度效应分析
分析干旱区生态耗水的四水转化的机理，建立农田尺度水循环模型，分析不同水分条件下的典型农田系统生态耗水量；
研究干旱区不同类型灌区水分转化机制与耗水结构体系，建立灌区尺度水循环模型，分析水资源不同利用方式下的典型灌区系统生态耗水量；
研究干旱内陆河绿洲稳定性的流域尺度的水循环机理及影响因素，建立绿洲宏观二维水热平衡分析模型，实证对比分析不同绿洲景观的水热平衡状态及稳定性趋势；
整合不同尺度的流域水循环模型及生态系统响应模型，分析干旱区绿洲在不同尺度的稳定性因素，建立变尺度绿洲稳定性分析模型体系，分析绿洲稳定性尺度效应。
(3)、流域尺度的水循环系统、生态环境系统及社会经济系统耦合及典型应用研究
分析干旱区典型经济发展模式及其经济系统结构，建立适合干旱区绿洲经济发展特点的宏观经济模型，耦合水资源制约下的宏观经济水资源模型体系；
研究干旱区经济社会发展过程与水资源分配变化的相互影响作用，研究生态环境变化的人口迁移动力及相应的绿洲经济社会发展方向，建立干旱区流域－灌区尺度宏观经济水资源生态环境耦合模型－流域综合动力模型；
利用流域综合动力模型，仿真典型流域在封闭系统条件下的绿洲迁移，研究典型流域集在有限开放系统条件下的绿洲迁移，分析绿洲稳定性的流域区位效应。
(4)、基于水权转移内在机制及生态环境效应的干旱区水资源规划理论基础研究
以塔里木流域和疏勒河流域为背景，分别回溯研究和预测研究因政策移民牵引的经济社会发展格局，分析政策移民中水资源配置变化的水权转移实质及生态环境效应
以石羊河流域和黑河流域为背景，分别回溯研究和预测研究以生态环境和经济发展为主要牵引动力的人口迁移及其相应的经济社会发展格局，分析其中的水权转移实质及生态环境效应。
利用流域动力模型仿真模拟与统计计算，对比研究干旱区经济发展过程中，不同水资源开发利用的水资源规划规划所规定的显性规定的水权转移表象与隐性包含的水权转移实质，分析不同条件下水权转移的社会经济发展与生态环境演化内涵。
研究提出干旱区水资源规划的水权转移的社会经济与生态环境效应分析评价方法，充实干旱区水资源规划理论基础。
拟解决的关键问题及在西部研究计划中的作用本申请拟将尝试探索和解决西部干旱区水资源利用中，水资源系统与社会经济系统及生态环境系统相互影响相互作用的机理，探讨由此引发干旱区水资源可持续利用规划的应用基础理论，为实现西部水资源可持续利用与管理，为西部大开发背景下的干旱区社会经济可持续发展提供科学支撑。研究内容中拟解决4个关键问题：
干旱区水权转移的阶段特征及其社会经济发展和生态环境结构特点分类；
变尺度下绿洲生态系统水热平衡模型及流域尺度绿洲稳定性分级；
考虑绿洲迁移的干旱区流域宏观经济水资源生态环境耦合模型；
干旱区水资源规划理论中水权转移的社会经济与生态环境效应分析评价方法。
在上述4个关键问题中，第一、四为应用基础问题，分别是本申请项目的出发点和成果应用的归宿；第二、三为基础科学问题，它们是了解干旱区水资源的复杂转换和利用过程中对社会经济与生态环境影响的基础问题，是理解水权转移生态环境效应、掌握水资源分布的生态环境演化规律、运用水资源调控措施的理论基础。
上述4个关键问题同样是紧密关联的。从第一问题的实证研究，可以在一定程度上总结出水资源规划理论所要求的水权转移分级分类，回答第四关键问题，但对现代条件下的水资源规划理论，尚缺乏机理分析基础，难以支撑现代条件特别是西部大开发背景下的水资源规划；因此，在第一关键问题的基础上，通过第二、第三关键问题的解决，最终上升到对第四问题的回答，从机理上解决干旱区水资源规划理论中水权转移的应用基础问题，是现代水利科学与地理科学从定性描述到定量分析跨越所要求的发展方向。
本申请项目利用经济社会发展、水权转移、水循环变化、水资源再分布、生态环境改变、经济社会调整的纽带，研究西部大开发中水资源开发利用说产生的生态环境效应，从探讨水权转移这一人类利用水资源表象内容入手，在系统分析理论指导下，通过模型整合技术与耦合技术以及实证研究与机理研究的角度，探讨水资源利用中水权转移的理论问题，尝试提出以水权转移及其生态环境效应为核心的干旱区水资源可持续利用规划应用基础，以实现西部计划中从“过程认识”到“地球管理”总体目标在水资源利用层次的飞跃。
上述关键问题的解决还将为西部计划的“协调”“综合”技术路线，提供流域尺度研究实例。
项目研究特色与创新之处
将首次探讨干旱区水资源开发利用的水权转移内涵与实质及其在水资源规划中理论基础地位，并通过大量历史调查，实证分析西部干旱区水权转移的社会经济及生态环境效应，划分水权转移阶段及其社会经济与生态环境特征；
将首次整合干旱区不同尺度水循环模型，在对农田、灌区、流域尺度生态系统组成分析、耗水结构分析和水循环模型边界分析基础上，建立流域变尺度水循环模型，通过模拟与实证对比分析，在流域单元上提出绿洲稳定性的尺度效应。
将首次在流域尺度上耦合干旱区流域社会经济系统、水资源系统系生态环境系统，建立流域可描述绿洲迁移的流域综合动力模型，并通过模拟和实证对比分析，在流域尺度上提出绿洲稳定性的区位效应。
将首次提出对干旱区水资源规划及水资源配置中水权转移的社会经济及生态环境效应评价的必要性、分析方法及参照指标体系，丰富干旱区水资源规划理论基础。
拟采取的研究方案及可行性分析研究方法：
采用历史回顾、典型调查、样本监测、统计分析的方法，考察分析西部干旱区社会经济发展与水资源开发利用历史过程中的水权转移及其对应的生态环境演化过程，借鉴GIS技术和虚拟现实技术，构建我国西部水资源开发利用及经济社会发展与生态环境演化历史数据库，并实现其虚拟再现；
在完善已有的干旱区不同尺度水循环及其生态耗水机理性模型基础上，系统总结研究不同尺度模型的边界差异，采用模型整合技术，构建变尺度流域水循环分析模型，分析不同尺度下绿洲生态组成体系、耗水量结构特征。通过仿真分析及实证对比，研究绿洲稳定性的水热平衡特征和规模效应；
采用宏观经济水资源系统分析理论和人口迁移理论，总结、开发和完善适应干旱区绿洲经济发展的动力模型，耦合干旱区变尺度水资源循环模型，分析绿洲经济社会发展à水资源开发利用、水循环变化、生态环境改变、绿洲演化迁移等干旱区流域过程各系统的相互作用机制。通过对流域系统封闭与有限开放条件下的模拟计算和实证对比，分析干旱区绿洲经济及绿洲稳定性的区位效应；
以干旱区水资源规划的视角，在流域综合动力模型支撑下，利用仿真技术，回溯分析和预测分析典型流域在不同条件下的经济社会发展和水资源开发利用策略下的水资源再分布特征，研究水资源规划的理论与实践中水权转移的表象与实质，研究显形水权转移与隐性水权转移差异，并进行实证对比分析；
通过历史调查、实证分析、机理研究和仿真分析，在空间尺度与时间尺度上系统总结干旱区经济发展与水资源利用的水权转移实质，在分析其社会经济与生态环境效应基础上，制定水资源配置的水权转移效应的分析评价方法及评估体系，丰富干旱区水资源规划理论。
技术路线
在复杂系统理论指导下，用系统分析方法，以水资源系统对干旱区绿洲经济社会与生态环境支撑为框架，以水系统的动力循环为纽带，集成、整合、耦合水资源、社会经济及生态环境系统，通过仿真与实证研究，实现本项目研究目标。
本项目技术路线及各研究内容关系见图1所示。
年度研究计划本项目研究计划分三个年度实施，具体为：
第一阶段，2004年1月1日～2004年12月31日。调查西北干旱内陆河区近2000年水资源开发利用历史，分析甄别与此对应的社会经济发展与生态环境演化过程，构建数据框架；总结干旱区不同尺度水循环模型，初步整合建立变尺度流域水循环模型；初步建立典型流域宏观经济水资源模型。本阶段提出干旱内陆河区近2000年水权转移阶段特征及其经济社会发展与生态环境效应的实证研究报告（初步），拟发表论文5～8篇。
第二阶段，2005年1月1日～2005年12月31日。建成西北干旱内陆河区近2000年水权转移及其相应经济社会发展与生态环境演化过程调查成果数据库；完成流域变尺度水循环模型，进行绿洲稳定性的尺度效应分析；初步建立流域宏观经济系统、水循环系统、和生态环境系统的耦合模型，初步模拟分析绿洲迁移的动力因素及区位效应；补充收集典型流域资料，初步模拟分析典型流域不同发展条件下水权转移及其经济社会和生态环境效应。本阶段提交数据库系统（试用），完善干旱内陆河区近2000年水权转移阶段特征及其经济社会发展与生态环境效应的实证研究报告，提交干旱区流域变尺度水循环模型整合研究及绿洲稳定的水循环机理和尺度效应研究报告（初步），提交干旱区流域宏观经济、水资源、生态环境系统耦合模型研究及绿洲稳定性区位效应研究报告（初步），发表论文7～10篇；
第三阶段，2006年1月1日～2006年12月31日。完成西北干旱内陆河区近2000年水权转移及其相应经济社会发展与生态环境演化过程GIS虚拟重现系统，充实完善数据库；完善干旱区流域变尺度水循环模型，进一步分析绿洲稳定的尺度效应；完善流域宏观经济系统、水循环系统和生态环境系统的耦合模型，进一步模拟分析绿洲迁移的动力因素及区位效应；模拟分析典型流域不同发展条件下水权转移及其经济社会和生态环境效应，在与实证对比分析的基础上，提出干旱区水资源规划中水权转移的分析评价方法。本阶段提交完整数据库及虚拟再现软件系统，提交干旱区流域变尺度水循环模型整合研究及绿洲稳定的水循环机理和尺度效应研究报告，提交干旱区流域宏观经济、水资源、生态环境系统耦合模型研究及绿洲稳定性区位效应研究报告，发表论文8～10篇，出版专著1部（或列入出版计划）。
各年度研究计划及预期进度示意见下图：
研究项目
2004
2005
2006
资料收集现场调查
数据整理与数据库建立
研究内容（1）
研究内容（2）
研究内容（3）
研究内容（4）
总结、报告、验收
论文与专著发表出版
提交成果
本研究将以论文、报告、专著和数据库软件方式提交成果，包括：
（1） 西北干旱内陆河区近500a水权转移及其相应经济社会发展与生态环境演化过程调查成果数据库及GIS虚拟重现系统；
（2） 干旱内陆河区近500a水权转移阶段特征及其经济社会发展与生态环境效应的实证研究报告；
（3） 干旱区流域变尺度水循环模型整合及绿洲稳定的水循环机理和尺度效应研究报告（或论文集）；
（4） 干旱区宏观经济、水资源、生态环境系统耦合模型及绿洲稳定性区位效应研究报告（或论文集）；
（5） 基于水权转移内在机制及生态环境效应的干旱区水资源规划方法研究报告（或论文集、专著）；
（6） 在国内外核心刊物上发表论文15～25篇，其中期望3~5篇被SCI检索，8~15篇被EI检索（含SCI）；
（7） 出版本研究项目成果专著1～2部。
国际合作与交流计划安排情况为配合本研究计划，项目组外方成员以河西走廊流域为背景，以与本研究项目密切相关的部分内容，在欧盟科技框架下，申请研究项目，已获得更广泛的技术支持和经费支持。根据申请计划，学术交流将每年进行1～2次，交流经费将由欧盟项目承担。
