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节水与水资源综合利用研究室
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一、科室简介

    中国水利水电科学研究院水资源研究所节水与水资源综合利用研究室(简称节水室)于2000年正式成立,但其节水研究可追溯至1960年代。团队秉承"服务国家战略、贡献水资源可持续发展"的使命,致力于解决水资源节约集约利用中的重大科学问题和关键技术瓶颈。建室二十余年来,研究室始终聚焦综合节水、节水型社会建设、自然-社会水循环系统调控、国家水网等前沿领域,通过理论创新、技术突破和实践应用,为国家水资源可持续发展提供科技支撑。相关研究不仅产生了丰硕的学术成果,更为国家重大治水实践提供了关键科技支持。

    目前,研究室拥有职工10人和36名博士、硕士研究生,是一支朝气蓬勃、锐意创新的科研团队。我们诚挚欢迎全国各高校的优秀学生加入我们的团队,共同在水资源科技创新的道路上砥砺前行。

  

    何凡,研究室主任,博士,正高级工程师,硕士生导师。水利部京津冀水安全保障重点实验室学术带头人,中国水利学会节水专业委员会副秘书长,中国水利学会流域发展战略专业委员会委员,中国自然资源学会政策专业委员会委员。长期从事水资源战略、规划和管理领域研究,先后主持和参与国家自然科学基金、工程院重大咨询项目、部重大科研专项等国家和省部级科研项目六十余项。深度参与了节水型社会建设、最严格水资源管理制度、水生态文明、河湖长制等一系列国家重大治水实践,作为技术负责人,先后主持编制了第一个国家级水生态文明试点实施方案(济南),雄安新区水资源保障规划、济南节水典范城市建设方案以及德州现代水网规划等重要规划方案,提出的《关于优化南水北调东线二期工程进京线路的建议》《如何解决我国水资源的新老浪费问题》多项重大建议得到党和国家领导人批示。研究成果先后被世界银行《中国水治理》、国务院参事室《国参建言》等重要刊物收入。出版《黄河极限节水潜力与缺水识别》《超大城市健康水循环诊断与调控》等专著9部;发表论文60余篇;发明专利9项;编写国家和地方标准5项。获省部级科技进步特等奖1项、一等奖2项、二等奖1项。

  

    秦长海,博士,正高级工程师,硕士生导师。长期从事水资源经济与管理方面研究与技术咨询工作,研究领域为水资源定价理论方法、CGE模型构建及政策应用、水资源资产负债核算、节水理论与技术方法研究等。中国自然资源学会资源环境承载力分会理事,工信部京津冀工业节水专家咨询委员会委员。先后主持和参与国家和省部级等科研项目60余项,发表论文60余篇,出版专著9部、译著1部;主编国标、团标、地标等标准6项;授权发明专利10余项,软件著作权3项;获省部级特等奖1项,一等奖4项。

  

    翟家齐,博士,正高级工程师,2012年毕业于中国水利水电科学研究院。长期从事水循环模型研发与水资源模拟预测相关工作,主要研究领域包括流域水循环模拟、灌区生态水文模型、农业节水潜力评估等。先后主持和参与国家、省部级等科研项目50余项,发表论文70余篇,出版专著5部,授权发明专利28项,软件著作权8项,水利先进实用技术5项,参编标准6项,成果获省部级特等奖2项、一等奖4项、二等奖2项。

  

    朱永楠,博士,教授级高级工程师,兼任亚洲水理事会气候变化专委会协调人,中国可持续发展研究会水问题专业委员会副秘书长。重点围绕节水和水资源高效利用、能源与水学科交叉领域开展研究,先后主持参与世界银行、国家自然科学基金、国家重点研发等各类项目或这题40余项。已发表学术论文80余篇,合作出版专著2部,获省部级科技进步特等奖2项、一等奖3项,二等奖1项。

  男人站在建筑前
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    王庆明,博士,高级工程师。2016年毕业于河海大学,主要研究方向包括水循环过程演变解析、山区植被生态水文过程及水文遥感应用等方面研究,主要成果为解析了海河流域水资源衰减原因与贡献,揭示了海河山区植被演变规律及对水文过程的影响等。主持或参与国家、省部级科研项目30余项,以第一/通讯作者发表论文40余篇,其中SCI/EI论文 23篇,合作出版专著2部,获省部级一、二等奖4项。

  

    姜珊,博士,高级工程师。2017年毕业于中国水利水电科学研究院,一直从事粮食、能源与水交叉领域、水文及水资源管理、水资源经济等方面研究。主持国家自然科学基金、国家重点研发课题以及省部级等科研项目10余项,在国内外学术期刊上累计发表论文100余篇,出版专著5部,获省部级一等奖4项。2019年入选国家留学基金委“国际清洁能源拔尖创新人才培养项目”。

  

    何国华,博士,高级工程师。中国水利学会青年科技工作委员会委员,中国自然资源学会政策专业委员会委员。长期从事国家水网布局优化、水-能-粮纽带关系、水资源演变规律解析等方面研究,先后主持和参与国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、工程院重大咨询项目、省部级科研项目三十余项。提出的《实施国家污水资源化》《黄河几字弯水网建设构想》《拓展南水北调工程供水范围还水于滦河》等5多项政策建议得到党和国家领导人批示。发表论文50余篇,多篇论文入选水利学报、水科学进展年度优秀论文;以第一发明人申请发明专利7项;编写国家和地方标准6项。获省部级科技进步特等奖1项、一等奖3项。

  

    汪勇,博士,高级工程师。2020年毕业于中国水利水电科学研究院。主要研究方向为中国北方生态水文系统自然属性演变与科学调控、水分与植被耦合互馈机制、生态水文极值、土壤次生盐渍化和荒漠化治理等,主持国家科学基金2项、重点研发专题1项、中国工程院院地合作重大咨询项目课题1项,作为技术骨干主持或参与数十项重大科研项目。累计发表论文20余篇、合作出版专著3部、授权国家发明专利10余项,获得省部级科技进步奖3项,5项关键技术入选水利部成熟适用水利科技成果推广清单或水利先进实用技术重点推广指导目录。

    在此,我们特别提到原团队的1位核心成员,尽管现已调往其他岗位,但依然与团队保持紧密的学术联系和交流,始终为团队进步发挥着重要作用。

  

    王丽珍,现任中国水科院标准与计量中心副主任,博士,教授级高级工程师,硕士生导师。2012年毕业于清华大学。主要从事节水与水资源高效利用、水资源管理、非常规水利用、水权与水市场等方面的研究工作。主持或参与国家、省部级科研项目30余项,发表论文30余篇,授权发明专利20余项,主/参编标准10项,出版专著9部,水利先进实用技术推广目录4项,成果获省部级特等奖1项、一等奖2项、二等奖3项。被聘为北京市节水型机关建设评审专家和中国水科院节水机关建设工作咨询专家。


二. 主要研究方向

    节约资源是我国的基本国策。水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源,是资源节约的重点领域。支撑国家和地方水资源节约集约利用是研究室成立的初衷,“综合节水理论与技术方法”作为研究室的主要研究方向,我们始终紧密对接国家和地方重大治水实践需求,不断拓展、深化、细分研究领域,现已形成四个特色鲜明的研究子方向,致力于为国家水安全保障提供科技支撑。

1. 社会水循环通量演变与综合调控

    解析不同社会发展阶段下的社会水循环系统结构,研究社会水循环系统与经济社会系统间的正向驱动和负向反馈关系;研究社会水循环通量的时空演进规律,揭示经济社会要素对社会水循环通量协同演化机理;研究生活、工业和农业节水关键技术,探索构建水资源集约节约利用基本理论、技术标准与实践范式。

  

2. 强人类活动影响下水循环演变规律与模拟调控

    布设野外植被-土壤-地下水等生态水文关键过程原位观测试验,揭示水分在不同条件、不同过程中的运动机理;研发分布式生态水文/水循环模型产品(WACM),模拟解析自然-社会水循环及其伴生过程,揭示水土资源开发利用、城市化等强人类活动影响下水循环要素变异规律;开展流域水资源演变归因解析模式研究,定量回答水资源衰减归因及未来趋势,支撑水资源与重大工程规划管理实践。

   

3. “水-能-粮”耦合关系与协同调控

    研究水资源-能源-粮食互动关系与影响机制;探寻水-能-粮关系链的消费足迹;定量评估水-能-粮协同管理现状与未来发展趋势;提出水-能-粮协同安全管理政策。

  


4. 国家及区域水网工程布局与关键技术

    解析水网系统结构、要素特征及其属性功能,探索构建现代水网规划基础理论;研究不同流域水网空间结构特征,分析水网格局演变过程与规律,研究水网工程的经济社会生态长期影响,研究流域水资源演变趋势及其对水网工程布局影响;研发跨流域复杂水资源综合调配技术,研究水网布局优化技术方法和实践方案。

  

  


三. 代表性成果 
1. 水循环模拟与应用 
(1)水循环及其驱动因子定量解析
  •     针对海河流域水资源剧烈衰减的现象,从降水转化到水资源的水文过程入手,逐一解析各影响要素的变化规律,构建模型模拟各要素对水资源影响过程,并对其未来趋势进行模拟研判。

  


  •     研发新技术-研发了基于机器学习方法的水体分类技术,对河道、坑塘、湖泊进行分类;构建了基于遥感数据评估植被冠层截留及生长蒸腾量的模型;构建了基于场次降雨的有田埂农田蓄流模型。

  


  •     揭示新规律-分析了海河流域雨型变化对水资源量形成的影响;研究了城市化对区域蒸发的影响;基于降水再循环方法评估了大规模人工灌溉对区域降水的影响。

  


  •     开展新试验-开展太行山典型小流域冠层截留试验,分析植被变化对截留的影响;开展妫水河土壤斥水性试验,研究斥水性土壤表层产流规律;开展厚包气带水分运动试验,揭示大埋深地下水补给规律。

  

(2) 强人类活动影响下的分布式水循环模型

    WACM模型(Water Allocation and Cycle Model,简称WACM)是研究团队历经十余年自主开发而成的一套分布式水循环与水资源配置模型系统。该模型系统围绕平原区强人类活动影响,基于广义水资源理论,创新提出水循环的耗散-汇合结构体系,精细化模拟水的分配、循环转化及其伴生的物质(C、N)、能量消耗过程,定量揭示灌区、城市等典型强人类活动区元水循环演变规律,可为水资源配置、自然-人工复合水循环模拟、物质循环模拟、气候变化与人类活动影响、灌区规划与管理等提供模拟分析的手段。

  

(3)面向生态健康的干旱灌溉绿洲节水潜力与调控阈值

    针对干旱灌溉绿洲复杂的灌排系统及其生态功能,研发了基于耗散-汇合拓扑结构的分布式水循环模型,突破了区域地表-土壤-地下水一体化模拟技术难题,实现了灌区水循环及其伴生过程耦合模拟;在此基础上,提出了以地下水位+生态补水+盐分平衡为生态约束的灌区节水潜力评估方法,并在宁蒙河套灌区应用。

  

2. 节水新理论与技术方法 
(1)水与经济社会耦合关系的CGE模型

    针对水资源管理和水价政策等需求,创新性提出了将涉水税收、补贴以及水价等水资源政策与经济社会耦合的定量评估路径,在通用的CGE模型基础上,将水资源和涉水企业从投入产出表中剥离产来,使水资源作为经济社会要素投入、水生产供应行业作为独立的企业,构建了水政策分析模拟模型(the General Equilibrium Model of Analysis & Simulation for Water Policy,WaGE),应用模型开展了涉水政策与国民经济响应关系分析,评估水价、水资源税以及涉水补贴变动对经济社会总产出、居民用水效用的影响,以及涉水产业发展对国民经济发展的贡献。

  

(2)水市场水权交易模型

    基于复杂适应系统理论,对用水主体进行概化,建立了三层次的生产用水主体划分,将生产用水主体的行为简化为用水、买水、卖水和节水,采用经济学主体方程来决定生产用水主体各种行为的产生和选择,以区域经济效益最大为优化目标,构建了水市场水权交易模型。该模型能够很好地分析区域总潜可交易水量,并为区域水市场可交易水量的确定和水权交易价格的制定提供科学依据。

  

(3)层次化需水解析

    提出了经济社会用水刚性、弹性和奢侈层次化需水理论与评价方法。调研了京津冀13个城市2100个家庭生活用水行为,解析了家庭生活用水规律,提出生活层次化需水评价方法;基于效率水平提出工业层次化需水评价方法,基于区域农业水资源承载力和粮食安全灌溉需水量,提出农业层次化需水评价方法。

  



(4)城市居民生活用水影响因素及量化模型

    构建基于终端、家庭、城市三个层面的居民生活用水量模型。得出不同水终端、不同家庭、不同城市居民生活用水的主要影响因素(区域性、社会性、器具特性、用水习性等),以及用水量与影响因素的量化关系。

  

    构建了基于复杂适应系统理论的政策刺激下个体节水行为响应模型,在考虑个体属性特征的基础上分析了水价、用水信息与节水宣传教育刺激对个体节水的影响。

  

(5)研发高效节水技术和产品

    与生活节水设备企业合作,创新研发了一系列高效节水技术和产品。

  

3. 水-能源-粮食协同发展理论
(1)我国北方地区水土资源空间协同优化

    通过分析水资源和土地资源的关系特征、空间优化理论内涵和空间优化技术途径,系统解析了我国北方地区水资源空间和土地资源空间复杂的纽带关系。以黄土高原为研究案例,系统解析了黄土高原土地空间变化对区域生态环境产生的影响,并使用Budyko气象因子分类指标初步讨论了水土资源开发可能导致的区域潜在植被演替过程。



(2)世界银行项目“干渴的能源”中国区案例

    为应对水资源短缺对能源开发利用的影响,世界银行提出“饥渴能源”倡议。节水与水资源综合利用研究室与世界银行“饥渴能源”行动小组、 清华大学共同开展了“水资源约束对能源开发利用影响”的研究。研究基于重要能源基地供水和需水分析成果,建立了我国主要能源基地未来中远期边际供水成本曲线。并和清华大学合作, 开展 TIMES-ChinaW 模型构建工作,为“十三五”能源规划提供参考建议。

  

(3)水-能源耦合模拟模型(WEGE)

    将水资源要素、电力资源要素纳入到要素体系中,并将水生产供应企业、电生产供应企业从企业中独立出来,构建了针对水-能耦合的政策模拟模型(WEGE),反映水资源和电力资源要素在社会经济和居民消费过程中的供应、分配、使用等过程。

  

(4)解析家庭生活用水系统水能关系

    城市居民家庭用水是水资源终端消费的一个重要组成部分,课题组以调查问卷的形式分别在北京市和天津市中心城区进行居民生活用水入户调查,问卷包含家庭人口数、人均收入、节水看法、节水器具等26个问题,对不同城市家庭用水过程中能源消耗强度进行分析,研究有助于掌握家庭用水能源消耗的基本特征,提高城市水资源和能源的综合管理水平。

  

  

(5)全国能源虚拟水、粮食虚拟水流通图

    通过对虚拟水含量的计算和分析,对贫水区高耗水的产品和服务进行转移将完成水资源在空间上的重新配置,“合理”的虚拟水流动格局可以节水,反之加剧区域水资源压力。

  

(6)饮食结构对中国农业水土资源安全影响

    以保障国家“食物安全”为出发点,解析改革开放以来我国饮食结构变化对耕地和灌溉水需求的影响。对未来不同人口规模、不同饮食结构、不同气候变化情景下我国耕地资源和水资源的保障能力进行预测。

  

4.水系统优化调控与水网工程布局
(1)复杂水系统综合调控理论

     基于京津冀地区水系统失衡表象和主要特征,节水室研究团队创新提出京津冀水系统多稳态演进模式和失衡临界条件,解析了水系统演变的科学机理与关键要素,评价了规模、结构、效率和资源约束四维驱动效应及其作用贡献;构建了缺水胁迫区水系统协同调控基本模式,界定了水系统健康修复目标和关键指标,形成了京津冀水系统健康调控的科学体系。

  

(2)京津冀水网工程保障规模边界条件界定

    基于京津冀地区长序列资料,研究团队创建了受制于资源约束的区域用水总量适应性增长曲线,提出自然增长、发展约束和严重胁迫三类用水增长规律,揭示了京津冀用水需求区域差异化特征;创新提出刚性、弹性和奢侈层次化需求理论,构建了保障刚性需求、压缩弹性需求、抑制奢侈需求的层次化调控模式,界定了京津冀水网工程保障规模边界条件。

  


(3)京津冀地区水网系统耦合机制与演变规律

    通过历史文献梳理、野外调查、遥感探测、分维数与河网密度评价指标构建等多种方法,研究团队揭示了秦汉以来京津冀地区城镇空间分布与水系结构演变的历史进程,分析了京津冀水系“网-链-节”各层级空间结构特征,形成了区域水系层级化解析成果,实现了供给侧虚拟水网、自然水网和人工水网“三网”适配性优化。

  



四. 近年承担项目 
    1) 国家重点研发计划重点专项项目(部分)

  区域水平衡机制与国家水网布局优化研究(项目牵头)

  国家水资源承载力评价与战略配置(项目牵头)

  京津冀水资源安全保障技术研发集成与示范应用(项目牵头)

  能源与水纽带关系及高效绿色利用关键技术(课题承担)

  变化环境下旱区地下水-河湖复合系统演变机理与协同演化(课题承担)

  

    2) 国家自然科学基金项目(部分)

  “粮食-能源-水”互馈机理、耦合模拟与协同调控:中国京津冀和美国加州中央谷地比较研究(国际合作与交流项目)

  水网系统适配性解析与布局原理(重大项目课题)

  水资源资产负债表框架构建和政策应用研究(面上基金项目)

  宁蒙河套灌溉绿洲地下水生态水位及其调控阈值研究(面上基金项目)

  绿洲荒漠过渡带水分驱动机理与稳定性条件研究(青年基金项目)

  城市水-能源关联效应与协同调控方法研究(青年基金项目)

  城市生活单元耗用水过程机理与模拟研究(青年基金项目)

  基于水-粮食-能源纽带关系与互动机理解析的水资源优化配置研究(青年基金项目)

  水权交易主体行为与政府调控政策的互动响应(青年基金项目)

  泛流域水网的地学基础及空间-生态-经济多维适配性研究(重点基金项目)

    3) 部委委托项目(部分)

  节水型社会评价指标体系与标准构建(水利部)

  节水型社会建设—节水统计指标和方法指定(水利部)

  典型节水型社会创新试点调研与总结(水利部)

  中国节水技术政策大纲修订(水利部)

  水资源资产负债表编制(水利部)

  节水量计算理论与方法研究(水利部)

  水资源约束对能源开发利用的影响研究(国家能源局)

  黄河流域工业绿色高质量发展相关工作支撑(工信部)

  气候变化下的西部地区能源-水协同安全战略配置与政策建议(中国工程院)

  水资源—粮食—能源协同安全战略研究(中国工程院)

  南水北调中线受水区节水实施情况动态跟踪评价(国务院南水北调办)

    4) 地方支撑项目(部分)

  “引滦河水回头”系统论证与方案设计研究

  郑州市节水行动方案

  郑州市非常规水利用规划

  民勤绿洲生态特区保护与绿色发展规划

  济南市水生态文明建设试点实施方案

  济南节水典范城市建设方案

  成都市水生态文明建设试点实施方案

  成都市锦江示范河湖实施方案

  承德市水权确权登记实施方案

  石家庄正定新区总体方案规划水资源论证

  呼和浩特市地下水数值模拟研究

五. 所获奖项(部分)

  

  中国节水型社会建设理论、技术与实践

  (国家科技进步二等奖)

  

  京津冀水系统优化调控与水网工程布局

  (中国大坝工程学会科技进步特等奖)

  

  海河流域水资源衰减机理与演变预测

  (大禹科技进步一等奖)

  

  中国节水型社会建设理论技术体系及其实践应用

  (大禹科技进步一等奖)

  

  大型调水工程运行风险管控关键技术及应用

  (大禹科技进步一等奖)

  

  河套灌区水循环立体监测与用水生态高效调控

  (农业节水科技一等奖)

  

  气候变化对旱涝灾害的影响及风险技术评估

  (大禹科技进步特等奖)

  

  江河源区水生态保护补偿基本原理与关键技术

  (大禹科技进步二等奖)

  

  苦咸水高含沙水利用与能源基地水资源配置技术及示范

  (大禹科技进步二等奖)

  

  家庭生活节水智慧监测与节约利用关键技术及设备

  (中国发明协会一等奖)

六、招生信息

    课题组常年招收的博士后、博士研究生、硕士研究生,有意者请将简历资料发送至各位老师。


  何凡, 邮箱:63750607@qq.com , 电话:010-68781360

  秦长海, 邮箱:chhqin@163.com,电话:010-68786360

  翟家齐, 邮箱:jiaqizhai@163.com, 电话:010-68781330

  朱永楠, 邮箱:zhyn@iwhr.com, 电话:010-68785501

  王庆明, 邮箱:wangqm@iwhr.com,电话:010-68781360

  姜珊, 邮箱:jiangs@iwhr.com, 电话:010-68781360

  何国华, 邮箱:hegh@iwhr.com, 电话:010-68781360

  汪勇, 邮箱:wangyong@iwhr.com, 电话:010-68781370

  王丽珍, 邮箱:wanglzh@iwhr.com, 电话:010-68781921




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