2015年，陆地水循环及地表过程重点实验室在国内外刊物上共发表论文162篇，其中：国内发表58篇、国际发表104篇，其中SCI/SSCI索引93篇、EI/ISTP索引6篇；获得2项发明专利、1项实用新型专利授权；出版（合作出版）专著6部；获得软件著作权4项；获得大禹水利科学技术奖三等奖一项。
代表性研究工作进展
1、西藏高原稀缺资料地区产汇流模型及山洪水情预报系统
为解决我国广大西部尤其西藏高原稀缺资料地区产汇流计算及山洪水情预报预警中的重大科技难题，依托国家自然科学基金（重点、面上）、国家科技支撑计划及西藏地方重大项目等多个科研项目，基于野外调查与室内水文实验，系统研究了暴雨洪水形成过程中的降雨入渗产流机制、坡面薄层水流运动与复杂下垫面的河道汇流动力学机制，研制了适合资料稀缺地区突发性山洪的产汇流模型，改进了复杂地形条件下的山洪演进算法，发展完善了自主产权HIMS（Hydro- Informatic Modeling System）系统的暴雨洪水模拟预报功能。并结合国家与地方需求，通过“产-学-研”模式，研发了基于HIMS的水情预报应用软件系统，在西藏高原中小河流水文预报、山洪灾害防治等方面得到了广泛推广应用。取得以下主要进展：
①降雨入渗产流计算新方法。分析了不同下垫面与土壤湿度条件下40多个小流域实测暴雨洪水资料，开展了100多场次室内人工降雨入渗实验，深入研究了产流随雨强变化的动态入渗机制，并结合理论推导发展完善了LCM产流模型，提出了GAF产流计算新模型，显示出较高计算精度。
②非恒定降雨坡面流动力波新算法。基于物理定律的平移不变性和尺度变换不变性，通过方程转换将运动波偏微分方程变换成常微分方程，得到坡面流运动波解析解，提出了一种简捷的非恒定降雨坡面薄层水流运动波计算方法，克服了传统数值解计算费时问题，易于在生产中推广应用。
③自适应干湿界面的河道汇流演算技术。基于动力波DYNHYD算法将复杂河网处理成“河段-节点”系统，使用“节点-表面积”概念计算汊点水深，采用MAST剖分算子法处理干湿边界，并综合集成Preissmann加权四点隐式格式算法，提出一种能够处理复杂河网、自适应干河状况的河道汇流演算方法。
④基于HIMS的山洪水情预报系统。面向西藏高原资料稀缺及产汇流空间变异性大的特点，与IT公司合作，利用GIS云平台与可动态扩展的新型河流编码技术，定制开发了适应西藏高原新型嵌套耦合的HIMS分布式山洪预报模型及水情预报预警系统。服务于西藏74个县（市区）、近700个乡镇和近6000个村的山洪灾害防治。
本项科研成果在西藏高原水情预报预警中得到广泛应用，为西藏地区水利部门和相关单位提供了70多套软件，覆盖西藏山洪灾害频发区、易发区、多发区，约占10%国土面积，未来直接受益人口达300多万人。其学术理论成果已在国内外核心刊物发表了30余篇论文，其中SCI论文12篇；软件著作权10多项，申请发明专利3项。为西藏水利现代化建设、山洪灾害防治做出了重要贡献，推动了稀缺资料地区水文科学技术的发展。
[1] 刘昌明, 王中根等.西藏自治区科技进步二等奖“西藏高原缺资料地区HIMS水文过程模拟及突发性山洪风险预警研究”（2015年颁发）.
[2] 刘昌明, 李军, 王中根. 水循环综合模拟系统的降雨产流模型研究, 河海大学学报(自然科学版). 2015.43(5): 377-383.
[3] LI Jun, LIU Changming, WANG Zhonggen, LIANG Kang. (2015), Two universal runoff yield models: SCS vs. LCM. J. Geogr. Sci. 25(3): 311-318.
[4] Bai Peng, Liu Xiaomang, Liang Kang, Changming Liu. (2015), Comparison of performance of twelve monthly water balance models in different climatic catchments of China. Journal of Hydrology. 529(3): 1030-1040.
[5] 王中根, 桑燕芳, 郝秀萍.基于HIMS的流域分布式径流预报模拟系统. 软件著作权登记号2015SR157073.
2、滨海盐碱地原土绿化技术研究与示范
滨海地区是我国经济最发达的地区。然而这些技术开发区所在地区的土壤大多是滨海盐渍土，植被状况差，生态环境建设是最重要的内容之一。由于滨海盐渍土特殊的理化性质和滨海地区地下水埋深浅且为咸水的特点，长期以来绿化造林等植被建设以客土绿化为主，存在成本非常高、植物极易衰退、可持续性不强等问题。由康跃虎研究员支持的院知识创新工程项目“曹妃甸滨海盐碱地绿化技术研究与示范”等，经过7年的攻关，取得了以下重要研究成果：
（1）通过对滴灌条件下“土壤-植物-大气系统”水分盐分运移机制与循环调控方法的室内模拟实验与系统连续的田间试验，研究提出了“四阶段滴灌水盐调控理论与技术”，即阶段1—强化盐分淋洗阶段、阶段2—正常盐分淋洗调控阶段、阶段3—适度非充分灌溉阶段、阶段4—雨养补充灌溉阶段。
（2）破解了重度滨海盐碱地滴灌水盐调控原土绿化景观营造技术难题，建立了包括土壤处理、铺砾石隔离层与原土回填、整地、苗木栽植、滴灌系统布置、滴灌精确施肥灌溉水盐调控与土壤培肥、管护等关键技术环节的滴灌水盐调控原土绿化景观营造技术体系和防护林营造技术体系，筛选出了10种乔木、17种灌木和花灌木、8种草本。
（3）破解了微咸水滴灌重度盐碱地水盐调控技术难题，结合研究提出的“四阶段滴灌水盐调控理论与技术”的思想，研究出了微咸水滴灌水盐调控原土绿化景观营造技术，筛选出了4种乔木、4种灌木和花灌木、5种草本植物。
（4）破解了微喷灌重度盐碱地水盐调控技术难题，研究出了微喷灌水盐调控原土草坪绿地营造技术，建立了“微喷灌水盐调控原土草坪绿地营造技术”技术体系，筛选出了适宜的草坪草高羊茅草。
（5）建成了滨海盐碱地原土绿化植被建设试验示范基地2个，包括①粘质重度滨海盐碱地原土绿化植被建设试验示范基地（120亩）；②吹沙造田重度滨海盐碱地原土绿化植被建设试验示范基地（120）。
上述研究成果使得滨海盐碱地原土植被构建的难题得到全面解决，绿化成本比现阶段普遍采用的客土绿化技术减少2/3以上。项目发表论文20篇，其中SCI论文15篇；申请国家专利授权6项（其中发明专利5项）。研究成果被李文华院士和康绍忠院士为正副组长的专家组评价为达到国际领先水平；国际著名盐碱地与灌溉专家、国际著名刊物《Agricultural Water Management》主编J. D. Oster教授现场考察，寄予高度。唐山市政府、河北省林业厅、河北省林科院领导专家们多次到现场考察并听取了项目组的技术介绍。《中国科学报》于2012年10月16日做了头版头条报道。
[1] Li X.B., Kang Y.*, Wan S.Q., Chen X.L., Chu L.L. 2015. Reclamation of very heavy coastal saline soil using drip-irrigation with saline water on salt-sensitive plants. Soil & Tillage Research. 146, 159–173. (SCI)
[2] Chen X.L., Kang Y., Wan S.Q., Chu L.L., Li X.B. 2015. Chinese Rose (Rosa chinensis) cultivation in Bohai Bay, China, using an improved drip irrigation method to reclaim heavy coastal saline soils. Agricultural Water Management. 158, 99–111. (SCI)
[3] Chen X.L., Kang Y.*, Wan S.Q., Chu L.L,, Li X.B. 2015. A simple method for determining the emitter discharge rate in the reclamation of coastal saline soil using drip irrigation. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000894, 04015011. (SCI)
[4] Li X.B, Kang Y.*, Wan S.Q., et.al. 2015. First and Second-Year Assessments of a Rapid Reconstruction and Re-vegetation Method for Reclaiming Two Saline-Sodic, Coastal Soils with Drip-Irrigation. Ecological Engineering. 84: 496-505. (SCI)
[5] Chu L.L., Kang Y.*, Wan S.Q. 2015. Effects of Water Application Intensity of Microsprinkler irrigation on Water and Salt Environment and Crop Growth in coastal saline soils[J]. Journal of Integrative Agriculture, 14(10):2077-2089. (Doi：10.1016/S2095-3119(15)61062-0) . (SCI)
3、黄河宁蒙河段河道演变机理与影响因素研究
上世纪八十年代中期以来，黄河上游宁蒙段河道经历了淤积加重、河道萎缩以及洪水特别是凌汛灾害恶化的过程。未来受黄河上游水能资源的开发和用水需求增加的影响，大水出现几率仍将明显低于自然状况。在这种情况下，通过水库人造洪峰被认为是一种可能的维持河道行洪能力的途径。但是，在有限的水资源条件下，人造洪峰减少宁蒙河段泥沙淤积的可能性和效果都还是个未知数。其次，洪水具有较大的泥沙侵蚀和搬运能力，在洪水过程中河岸的侵蚀和淤积强度显著增大，也因此河道将变得不稳定。为此，在国家973项目 “河道洪峰过程洪-床-岸相互作用机理” 课题和国家国际科技合作专项等项目的支持下，我们以大量的水沙观测数据、大断面实测数据和其他相关资料等为基础，系统地研究了宁蒙河段水沙变化、河床泥沙冲淤、形态变化过程和机理，比较全面地认识了宁蒙河段河床演变规律，定量评估了人造洪峰冲刷宁蒙河段泥沙的效应，为黄河上游流域治理和调控水沙整治河道提供了依据。取得的主要进展：
1） 基于长系列水沙数据和气象、遥感、土地利用、水利工程和水土保持等相关资料、分析揭示了宁蒙河段洪水水沙变化趋势、阶段特征及其原因，洪水全沙和分组沙水沙关系阶段变化特征，重点产沙支流十大孔兑产沙变化过程和驱动机制等，提高了对黄河上游泥沙输移规律认识的水平。
2） 对内蒙古河段进行了多年重复大断面测量，结合早期大断面观测数据等，分析揭示了过去几十年及近期内蒙古河段河槽蚀淤与形态调整的过程及机理。从遥感数据中获得宁蒙河段河道摆动速率、河道宽度等变化过程和河槽萎缩趋势。摸清了河床形态调整对水沙变化的响应机制。
3） 利用干支流水沙数据、水库拦沙和调蓄径流和引水引沙资料等，分析揭示了黄河宁蒙河段冲淤量变化过程和阶段性特征，建立河段冲淤与异源水沙搭配条件、输沙功能指标变化与流域因子和河道水沙因子以及分河段水沙关系模型，定量评估了各主要因子对宁蒙河段冲淤量阶段变化的影响，给出了河道达到冲淤平衡时的水沙阈值。科学地再认识了大型水库建设对宁蒙河道淤积的作用。提出了控制宁蒙段河道淤积的流域治理的策略建议。
4） 建立分河段洪峰水沙关系模型和一维数值模型，计算了不同洪峰水沙条件下宁蒙分河段不同粒径组泥沙的冲淤量，确定出人造洪峰可以在宁蒙河段造成冲刷，但粗砂冲刷量微少，明显低于风沙来源的粗颗粒入黄泥沙量。为通过水沙调控减缓宁蒙河段淤积提供了科学基础。
[1] Shi CX. Decadal trends and causes of sedimentation in the Inner Mongolia reach of the upper Yellow River, China. Hydrological Processes, 2015. DOI: 10.1002/hyp.10598.
[2] Xu JX. Decreasing trend of sediment transfer function of the Upper Yellow River, China, in response to human activity and climate change. Hydrological Sciences Journal, 2015, 60(2): 311－325.
[3] Su T, Wang SJ, Mei YG, et al. Comparison of channel geometry changes in Inner Mongolian reach of the Yellow River before and after joint operation of large upstream reservoirs. Journal of Geographical Sciences, 2015, 25(8): 930－942.
[4] Yao HF, Shi CX, Shao WW, et al. Impacts of climate change and human activities on runoff and sediment load of the Xiliugou basin in the upper Yellow River . Advances in Meteorology, 2015, DOI: 10.1155/2015 /481713.
[5] Tong Liu, He Qing Huang, Mingan Shao, Wenyi Yao, Jing Gu and Guoan, Yu. Responses of streamflow and sediment load to climate change and human activity in the Upper Yellow River, China: a case of the Ten Great Gullies Basin, Water Science and Technology, 2015 , 71-12, 1893-1900.
4、北方滨海岩溶地区海水入侵演变机理
以大连大魏家滨海岩溶地区为研究对象，探索人类活动条件下海水入侵的演化机理，研究北方典型滨海岩溶含水层裂隙－孔隙双重介质中的咸淡水过渡带运移规律，揭示滨海岩溶地区的水循环模式，提出应对地下水压采/禁采措施的调控效能时间尺度的地下水优化管理模式。主要进展如下：
n 通过准确刻画岩溶高度非均质介质，提取滨海岩溶地区海水入侵过程多元环境同位素示踪信息，准确认识研究区地下水年龄结构及其分布特征，识别了地下水中不同盐分来源的贡献；
n 揭示滨海岩溶地区的水循环过程和咸淡水界面运移机理，查明咸淡水混合对岩溶发育的改造作用，阐明了咸淡水过渡带在开采条件下的反复过程；
n 建立可靠的岩溶地区海水入侵水文地质概念模型，构建海水入侵变密度水流－溶质运移耦合模型，利用SEAWAT进行海水入侵的模拟与预测分析，定量评价咸淡水界面运移的有效方法和沿海含水层中水质和水量的关系。
已发表论文10余篇篇，SCI论文7篇，CSCD论文4篇，会议论文4篇；申请国家专利5项；培养博士后2名，博士生6名，硕士生6名；2人获得中央国家机关公文写作请示报告类三等奖；1人入选2012年度中国科学院青年创新促进会；中国地质学会2013年度十大地质科技进展；中国地质调查成果二等奖。2015年参加了第42届国际水文地质大会和中日研究生论坛，获得国家自然基金面上项目和地理所一三五部署前沿项目支持，扩大了该领域在国际的影响，与澳大利亚RMIT大学组织了“中澳水环境研究生论坛”。
[1] Han D.M., Post V.E.A., Song X.F., 2015. Groundwater salinization processes and reversibility of seawater intrusion in coastal carbonate aquifers. Journal of Hydrology. DOI:10.1016/j.jhydrol.2015.11.013.
[2] Han D.M., Cao G.L., McCallum J., Song X.F., 2015. Residence times of groundwater and nitrate transport in coastal aquifer systems: Daweijia area, northeastern China. Science of the Total Environment. 538(15):539-554.
[3] Han D.M., Song X.F., Currell M.J., 2015. Identification of anthropogenic and natural inputs of sulfate into a karstic coastal groundwater system in northeast China: evidence from major ions, δ13CDIC and δ34SSO4. Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., 12, 11331-11370, doi:10.5194/hessd-12-11331-2015.
[4] Han D.M., Song X.F., Currell M.J., Yang J.L., Xiao G.Q., 2014. Chemical and isotopic constraints on evolution of groundwater salinization in the coastal plain aquifer of Laizhou Bay, China. Journal of Hydrology. 508:12-27.
5、中国水资源安全对策
总体上看，我国水资源安全问题中，水质不安全是最大的威胁。中国水资源安全的水量足够，可持续性较高，供水成本总体较低，但中国三分之一的河段被严重污染、一半地下水被污染、供水水质达标率不高。保障水资源安全的首要任务是保障水环境安全、水质安全，中国水资源管理的重中之重是水污染防治、水资源保护。
一些跨流域调水、高扬程供水工程的高成本，可能暂时超出了当地经济发展水平的承受能力，存在一定程度的工程效益难以发挥的风险。中国粮食生产的灌溉用水是有保障的。中国2013年粮食产量已经达到6019亿公斤，提前超额完成了2020年的粮食生产目标，并与2030年人口高峰期的粮食安全需求相近，因此，中国已经用3500亿方灌溉用水生产了人口高峰期粮食安全所需要的粮食。随着用水效率的提高，中国完全可以用3500亿方灌溉用水生产比保障粮食安全水平更多的粮食。
中国未来城市发展的用水需求保障程度会提高。华北、西北资源性缺水城市随着一系列调水工程的实施，水资源紧缺程度会得到缓解，超采的地下水得以回补；南方水质性缺水城市水资源保障会随着水源地保护工程和被用水源地的开辟、水环境的逐步改善而提高；沿海缺水城市未来可以更多地利用成本已降低到可承受水平的海水淡化技术。
中国能源发展的水资源需求是有保障的。我国火力发电用水占工业用水的1/5，近几年保持在300亿方左右，但其中80%都用在长江流域及其以南地区，这些地区水资源丰富，火电厂采用直流冷却方式冷却，因而用水量比较大，而采用循环冷却技术的全部北方地区的火力发电用水才60亿方，数量并不多。未来中国的能源供给主要依赖黄河中上游地区，而这一地区也是我国水资源相对很紧缺的地区之一。尽管如此，这一地区未来的火力发电需水仍不过15亿方，加上其他能源产业用水，也不过20多亿方，完全可以通过水权转换等方式加以解决。
虽然中国现状水资源基本安全、未来将向好的方向发展，但这种形势存在的前提，是有人力物力财力的投入保证，还要有制度和机制的改革和创新。保障水质安全从四个方面着手：以污染源管控为中心切实抓好水环境治理、通过排污管控倒逼促进早日实现用水零增长、主要依靠优化配置和提高效率满足新增供水需求、建设完善的水资源监测与统计体系。对于缺水地区而言，开发新水源仍是重要保障手段：一些缺水而供水成本承受能力强的地区可以适当调水，同时加大非常规水源的开发利用。强化水生态文明建设的制度保障，完善发挥市场水资源配置功能的制度和机制及建立和完善水资源管理体制。
[1] 中国水资源安全对策
6、黑河流域水热平衡及下游荒漠河岸带生态水文过程研究
内陆河流域水文循环过程受人类活动影响显著。在此背景下，一方面，传统的Budyko假设在干旱区内陆河流域水热平衡研究中已不再适用，有待改进；另一方面，河岸带生态水文过程，尤其是下游荒漠河岸带植被的用水策略随水文条件（如地表水分配、地下水位埋深变化）变化而变化。针对上述问题，我们在国家自然科学基金面上项目和青年项目的资助下，在黑河流域开展了全流域的水热平衡和蒸散过程，以及流域下游荒漠河岸带水循环及植被耗水规律的野外试验与室内分析模拟研究，改进了基于Budyko假设的黑河流域水热平衡分析方法，获取了黑河流域蒸散的时空变异性，并定量分析了典型荒漠河岸林植被的蒸散耗水量，为深入研究干旱区植被与水文之间的关系提供了依据。主要进展如下：
1） 在分析黑河流域及子流域月水量平衡的基础上，考虑上游来水和土壤水变化对水热再平衡的影响，定义等效降水（Pe=P+Rin-？S）为Budyko假设中的流域耗水总水源。根据傅抱璞公式推导获得含有两参数 (？, ？) 的Fu-type Budyko方程，能很好地描述黑河流域水热平衡关系。
2） 黑河流域50多年（1961-2014）的气象数据分析结果表明，黑河流域蒸散呈增加趋势（2.01 mm 10 yr-2）。对全流域来说，气象动力因子（气温、风速、相对湿度）是潜在蒸发变化主要贡献者。其中潜在蒸散发变化对相对湿度最为敏感，且随着相对湿度的增加而减小，但潜在蒸散发对日最小气温的敏感程度最小。
3） 根据遥感反演得到的黑河流域蒸散发量以及土地利用数据进行土地利用重分类，运用最邻近法对蒸散数据进行了重采样，计算了黑河下游额济纳三角洲各土地利用类型各月以及年蒸散发量。结果表明，2010年蒸散水量为5.39亿m3，其中裸地、林草绿洲、水域依次占71.6%、18.5%、6.9%。
4） 针对黑河下游荒漠植被覆盖度较低、地下水位日波动微弱的限制条件，提出了基于地下水位季节性波动的干旱区潜水蒸发计算方法，包括其计算原理及假设条件。根据该方法，计算获得了黑河下游典型植被（胡杨、柽柳）在生长季的蒸散量，并模拟分析了植被蒸散的季节性动态过程。
5） 在河岸带地表水与地下水转换机理研究上，以地下水渗流理论为基础，提出了复杂水文条件下（地表水位变化、地下水开采）河岸带地下水似稳定流识别标准，以及稳定流条件下的河岸带水文地质参数计算方法，为定量研究黑河下游河岸带地表水与地下水交换关系提供了基础。
[1] Du Chao-Yang, Sun Fu-Bao, Yu Jing-Jie, Liu Xiao-Mang, Chen Ya-Ning. New interpretation of the role of water balance in an extended Budyko hypothesis in arid regions, Hydrology and Earth System Sciences, 2015, 19, 1-40.
[2] Wang Ping, Pozdniakov S. P., Shestakov V. M. (2015), Optimum experimental design of a monitoring network for parameter identification at riverbank well fields, Journal of Hydrology, 2015, 523(0), 531-541.
[3] Du Chao-Yang, Yu Jing-Jie, Wang Ping, Zhang Yi-Chi. Reference evapotranspiration changes, sensitivities to and contributions of meteorological factors in the Heihe River Basin of Northwest China (1961-2014), Advances in Meteorology, vol. 2016, Article ID 4143580, 17 pages, 2016. doi:10.1155/2016/4143580.
[4] 刘啸， 张一驰， 杜朝阳，于静洁. 额济纳三角洲土地利用现状及其蒸散发量时空分异特征， 南水北调与水利科技， 2015， 13（4）：609-613.
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