第1章 科学发展视域下的海河流域水资源问题诊断 1
1.1 海河流域概况 1
1.1.1 自然地理条件 1
1.1.2 水文气象 4
1.2 海河流域人类活动特点 7
1.2.1 人口密度大，城镇化率较高 7
1.2.2 经济发展迅速，区域间发展不均衡 8
1.2.3 水资源需求量大，供给不足 8
1.2.4 水利工程发达，用水量大，水资源开发利用强度高 9
1.2.5 节水工作较好，用水效率相对较高 9
1.3 海河流域面临的主要水问题 10
1.3.1 水资源短缺，供需矛盾突出 10
1.3.2 水污染严重，水环境恶化 10
1.3.3 河道干涸，功能退化 11
1.3.4 入海水量锐减，河口生态环境退化 12
1.3.5 湿地大幅度减少，生物多样性衰退 12
1.3.6 地下水严重超采，地面沉降严重 13
第2章 “自然－社会”水循环模式与水资源系统演变机理 14
2.1 变化环境下流域自然水循环演化 14
2.1.1 流域自然水循环定义 14
2.1.2 流域自然水循环演化 16
2.2 社会水循环系统过程及其演变 16
2.2.1 社会水循环系统及其特征 16
2.2.2 社会水循环驱动力与演化机理 17
2.2.3 分行业社会水循环过程与机理 18
2.2.4 社会水循环模拟理论与描述方法 20
2.3 二元水循环耦合机制与模式 21
2.3.1 流域二元水循环的科学内涵 21
2.3.2 “自然－社会”二元水循环耦合机制与认知模式 23
2.3.3 “自然－社会”二元水循环系统演化模式动力学描述 24
2.3.4 流域二元水循环过程的模拟 28
2.4 二元模式下的水循环演变机理 30
2.4.1 万年尺度水循环演化规律的研究 30
2.4.2 千年尺度水循环演化规律研究 31
2.4.3 百年尺度水循环演化规律研究 31
第3章 水循环演化驱动下的流域水生态与环境演变机理 33
3.1 海河流域水景观生态系统演变机理 33
3.1.1 流域生态系统类型与水分补给模式 33
3.1.2 不同垂直梯度流域生态系统类型分布特征 35
3.1.3 基于景观指数的生态系统空间格局分析 38
3.2 典型流域生态水文演变特征及其驱动机制 42
3.2.1 白洋淀水文演变特征及驱动机制 42
3.2.2 白洋淀水文变化对湿地生态系统的影响机制 47
3.2.3 白洋淀水文变化对生态系统服务功能的影响及机制 55
3.3 海河流域主要污染物分布特征 58
3.3.1 有机污染物（POPs） 58
3.3.2 无机污染物（重金属） 60
3.3.3 新型污染物 61
3.3.4 小结 62
3.4 典型单元污染物分布规律 63
3.4.1 湖泊——白洋淀 63
3.4.2 水库——西大洋水库 63
3.4.3 城市——北京市 64
3.4.4 小结 65
第4章 海河流域水循环及其伴生过程综合模型系统构建 67
4.1 变化环境下流域水循环及伴生过程耦合机制 67
4.1.1 流域水循环、水环境与水生态三大系统相互作用机制 67
4.1.2 流域水循环及其伴生过程耦合模型框架 68
4.1.3 流域水循环及其伴生过程模型之间的耦合 69
4.2 “水－生态－环境”信息集成和时空展布 71
4.2.1 基础信息采集 71
4.2.2 数据处理与加工 72
4.3 二元循环耦合过程系统模拟 75
4.3.1 流域二元循环耦合过程系统模拟模型框架 75
4.3.2 WEP-L模型 78
4.3.3 MODFLOW模型 79
4.3.4 ROWAS模型 80
4.3.5 DAMOS模型 81
4.4 流域生态过程描述与模拟 81
4.4.1 流域生态水文模型构建 82
4.4.2 流域分布式作物生长模型的构建 86
4.4.3 植被生态模型构建 87
4.5 流域水环境过程描述与模拟模型 91
4.5.1 流域地表水质模型 91
4.5.2 流域地下水质模型 93
4.5.3 基于水动力学的河湖水系水质模拟 95
4.6 水循环及其伴生过程系统构建 99
4.6.1 总体框架 99
4.6.2 综合模拟系统界面与功能 101
4.7 模型系统校验与评估 107
4.7.1 二元水循环模型验证 107
4.7.2 水环境模型验证 110
4.7.3 生态模型验证 116
第5章 海河流域水资源系统评价及其演变规律研究 128
5.1 海河流域水量平衡与水资源评价 128
5.1.1 海河流域水量平衡 128
5.1.2 海河流域水资源评价 128
5.2 海河流域水资源演变规律研究 130
5.2.1 水资源历史演变 130
5.2.2 海河流域水资源演变规律分析 131
5.3 海河流域水资源演变归因分析 133
5.3.1 基于指纹的归因方法 133
5.3.2 归因情景设置 134
5.3.3 地表水资源量演变的归因分析 135
5.3.4 狭义水资源量演变的归因分析 137
5.4 海河流域水资源情景仿真预测 139
5.4.1 气候变化预测 139
5.4.2 情景设定 143
5.4.3 水量调控下的水资源演变规律预测 146
5.4.4 气候变化下的水资源演变预测 147
第6章 海河流域水生态与环境演变规律与评价 151
6.1 海河流域水生态演变规律 151
6.1.1 海河流域生态敏感性空间格局分析 151
6.1.2 海河流域农业生态演变规律 155
6.1.3 自然植被生态演变规律 158
6.2 海河流域水环境演变规律 162
6.2.1 海河流域水污染排放和水环境现状 162
6.2.2 海河流域地表水环境演变规律 163
6.2.3 海河流域地下水环境变化规律 165
6.2.4 典型流域水环境演变过程与归因分析 166
6.3 海河流域水环境和生态演变预测 167
6.3.1 海河流域水环境演变趋势预测 167
6.3.2 海河流域生态演变趋势预测 169
第7章 基于均衡理论的海河流域水循环综合调控模式 171
7.1 用水强竞争地区的流域水循环调控基础分析 171
7.1.1 流域水循环的多维属性和临界特征 171
7.1.2 流域多维临界调控的准则和决策机制 171
7.1.3 多维临界调控的决策机制 172
7.1.4 多维临界调控整体调控技术框架 174
7.1.5 模型体系 174
7.2 海河流域水循环系统均衡调控理论与模式 177
7.2.1 多维均衡调控目标函数 177
7.2.2 多维效益关系分析 178
7.2.3 水资源环境经济效益分析 179
7.2.4 多维均衡调控方案设置与评价 182
7.2.5 多维均衡临界调控阈值 185
7.2.6 多维理想点与均衡协调模式 189
7.3 海河流域水循环调控体系构架与基本途径 194
7.3.1 国家需求和关键任务分析 194
7.3.2 总量控制策略与方案 195
7.3.3 多维均衡调控的生态环境效应 197
第8章 水资源利用效率评价方法与海河流域用水效率度量 205
8.1 水资源利用效率与效益评价方法 205
8.1.1 相关研究进展与趋势 206
8.1.2 评价方法体系 210
8.2 海河流域水资源利用效率与效益评价 235
8.2.1 土壤水资源及其消耗效率评价 235
8.2.2 社会经济用水效率效益评价 239
8.2.3 生态用水效率效益评价 251
8.3 海河流域高效用水的重点与环节分析 254
8.3.1 农业高效用水 255
8.3.2 工业和生活高效用水 256
第9章 海河流域农业高效用水原理与节水模式 258
9.1 现状农业用水与需水分析 258
9.1.1 海河流域农业用水特征 258
9.1.2 主要作物需水量的变化规律 259
9.1.3 海河流域农业节水发展 262
9.1.4 海河流域节水灌溉分区 264
9.2 海河流域农业用水解析及高效利用原理 268
9.2.1 土壤墒情的遥感监测与地面验证 268
9.2.2 海河流域冬小麦的水分与养分吸收过程 271
9.2.3 冬小麦的土壤水通量过程与地下水利用 273
9.2.4 交替滴灌条件下葡萄根系水分通量过程 273
9.2.5 土壤水分运动的多尺度数值模拟方法 281
9.2.6 交替灌水对作物根系氮素吸收的补偿效应 281
9.2.7 非充分灌溉下主要作物耗水与需水规律 283
9.2.8 节水措施下的作物水分利用率与产量响应 287
9.3 海河流域农业用水效率控制红线制定 288
9.3.1 海河流域农业用水效率评价 288
9.3.2 农业用水效率的尺度效应及其机理 289
9.3.3 农业用水效率尺度转换关系 290
9.3.4 不同尺度农业节水潜力评价方法 291
9.3.5 海河流域农业节水潜力评估 295
9.4 海河流域农业节水模式与途径 296
9.4.1 平原区农业节水措施 296
9.4.2 山地旱农区集蓄径流节水技术 307
第10章 海河流域城市节水减排机制与高效利用 310
10.1 海河流域城市用水发展与现状分析 310
10.1.1 海河流域饮用水源水质状况 310
10.1.2 海河流域城市用水特征 311
10.2 基于二元水循环的可持续城市水系统理论 312
10.2.1 基于二元循环的可持续城市水系统理论框架 312
10.2.2 多尺度城市水资源利用效率评价理论与方法 314
10.2.3 可持续城市水系统规划设计运行理论 316
10.3 海河流域城市节水与安全用水模式与途径 319
10.3.1 海河流域城市生活用水节水潜力分析与管理对策 320
10.3.2 海河流域工业用水节水潜力分析与管理对策 324
10.3.3 海河流域城市雨水利用潜力分析与未来发展重点 328
第11章 海河流域水资源综合调控方案与管理红线制定 334
11.1 海河流域水循环多维整体调控措施与方案 334
11.1.1 经济社会发展、生态环境保护及其水资源需求预测 334
11.1.2 多维临界调控方案的比选与评价 339
11.1.3 调控方案风险分析 341
11.2 海河流域水循环多维整体调控总量控制指标分析 342
11.2.1 总量控制策略 342
11.2.2 总量控制指标选取 343
11.2.3 地表水取水总量 344
11.2.4 地下水开采总量 345
11.2.5 ET总量及国民经济用水总量 346
11.2.6 排污总量 350
11.2.7 入海水量 352
11.2.8 生态用水总量指标 353
11.3 海河流域水资源综合管理三条红线细化指标 356
11.3.1 用水总量指标细化 356
11.3.2 用水效率与水功能区达标率分解 360
第12章 海河流域“水资源－生态－环境”综合调控建议 368
12.1 存在问题分析 368
12.1.1 海河流域面临的主要问题 368
12.1.2 经济社会发展对海河水利保障的新要求 370
12.1.3 海河流域水利保障工作的指导思想、基本原则、目标和任务 371
12.2 调控措施建议 373
12.2.1 大力开展节水与非常规水源利用 373
12.2.2 完善流域水资源配置工程体系 376
12.2.3 大力做好水资源保护工作 381
12.2.4 全面开展河流湿地的水生态修复 385
12.3 管理政策建议 389
12.3.1 严格控制用水总量增长 389
12.3.2 加强水功能区监督管理和水生态修复 392
12.3.3 加强水利信息化建设，完善流域水资源监测网 394
12.3.4 提高水利的社会管理和公共服务能力 395
第13章 成果创新与未来展望 399
13.1 成果创新总结 399
13.1.1 强人类活动影响下的流域水循环与水资源演变机理 399
13.1.2 水循环伴生的流域水化学与生态过程演化机理 401
13.1.3 流域二元水循环及其伴生过程综合模拟与预测技术 403
13.1.4 海河流域水资源与生态环境演变规律 404
13.1.5 海河流域多尺度水资源高效利用机制与标准 406
13.1.6 海河流域水循环多维临界整体调控理论、阈值与模式 410
13.2 未来研究展望 413
13.2.1 海河流域未来需要关注的水问题 413
13.2.2 与本书内容相关的新生科学增长点 414
13.2.3 资源领域水资源保障科技发展思路 414
13.2.4 国际水文发展十年计划 415
参考文献 417
索引 419