部分 理论篇

第1章 社会水文学概论

本章概要：在人类和自然的共同影响下，水系统呈现出反馈环的复杂系统动力学特征，具有不可预测性和不确定性，成为人类可持续发展面临的严峻挑战。社会水文学将人类和人类活动视为水循环动力学的内在部分，预测人水耦合系统及其协同进化的动力学过程，推动流域水资源管理创新，探寻实现水资源可持续利用的新途径。本章首先回顾了水文学的发展历程、社会水文学产生的背景，阐述社会水文学的概念及其内涵；辨析其与传统水文学、生态水文学和水文经济学等学科在研究内容、方法和理论等方面的异同点；后概括了社会水文学的研究进展。大多数研究基于传统水文学背景、共进化背景或者水资源管理背景，社会水文学的理论和方法还不够成熟。

Abstract：Water systems are coupled human–nature systems， which are influenced by both the human and natural drivers. They exhibit complex systems dynamics of feedback loops， unpredictability， and uncertainties. Socio-hydrology， in which humans and their actions are considered as a part of water cycle dynamics， aims to predict the dynamics of the coupled human-water cycles. This chapter firstly introduces the establishment of socio-hydrology from the development of hydrology， then explains the concept and connotation of socio-hydrology， following that， analyses the differences and similarities in contents， methods and theories between socio-hydrology and hydrology， eco-hydrology and hydro-economics， finally， summaries the research progress of social-hydrology. Most of studies on sociohydrology were based on either hydrology， co-evolution or water resources management， the theory and methods of socio-hydrology has not been fully developed.

1.1 引言

水是人类生产生活基本的资源。自古以来，人类一方面为了利用水依水而居，许多文明沿河产生和发展(Liu et al.，2014；Lu et al.，2015)；另一方面为了避免洪水的袭击并降低袭击程度，尽量远离河流或者对其治理(Gober and Wheater，2014，2015；Di Baldassarre et al.，2015)。自人类社会产生以来，人类与干旱和洪涝灾害的抗争就从未停息过(徐宗学和李景玉，2010；Kahil et al.，2015)。探究诸如干旱洪涝的原因和提出防洪抗旱的措施等社会需求促使水文科学的诞生，也是水文科学不断发展的动力和源泉(徐宗学和李景玉，2010；Rui et al.，2013；Wagener et al.，2010)。

随着地球进入人类世的新纪元，人类对水资源的利用和对地表的改造程度急剧增加，水系统已从一个自然系统演变为一个人类与自然的耦合系统，人类对水循环过程的影响已从外部动力演变为系统内力(Sivapalan et al.，2012；丁婧祎等，2015)，呈现出反馈环的复杂系统动力学特征，并具有不可预测性和不确定性。在国内的黑河流域(Lu et al.，2015；陆志翔等，2015)、石羊河流域(Xie et al.，2009)、塔里木河流域(Liu et al.，2014，2015)、黄河流域(于瑞宏等，2011)等，以及国外的咸海流域、巴尔喀什湖流域(郭利丹等，2011；龙爱华等，2011)和墨累-达令流域(Qureshi et al.，2013；Zhou et al.，2015)等，其水问题极为相似，先后经历了水资源无序开发、水资源紧缺、水环境恶化和生态系统退化等，然而问题的持续时间和治理对策不尽相同，除了流域自然环境的差异外，主要是社会因素的影响，包括经济、政策和文化等的区别。揭示水文系统与人类系统之间长时间尺度的互反馈机制是应对人类发展挑战、人水和谐、水资源永续利用的首要前提(Hale et al.，2015；Sivapalan et al.，2014；Koutsoyiannis，2011)。

传统的水文学以及现有交叉学科往往基于稳定的假设，将人类诱导的水资源管理活动视作水循环动力系统的外部因子(Peel and Gunter，2011；Milly et al.，2008)，从方法上不能揭示水文系统与人类系统之间长时间尺度的相互作用反馈机制。其中，传统水文学关注水体的理化性质及其循环过程和对环境的作用；生态水文学聚焦于水环境下的生态进化及其自组织过程；水文社会学研究人水相互作用但并不考虑其变化动态；而综合水资源管理旨在社会经济生态效益化而不关注其背后的机制。因此，亟须发展一门综合自然、社会以及人文等多方面的新学科以便更好地阐释人水耦合系统及其协同进化的动态和机制，应对水资源利用过程中人类所面临的挑战，社会水文学(socio-hydrology)应运而生(Sivapalan et al.，2012)。

本章首先通过介绍水文科学的发展历程、社会水文学的产生背景，进而阐述社会水文学的概念及其内涵、与相关学科和理论的异同点，后概括其研究进展及存在的不足，以推动社会水文学的发展及其在流域水资源管理中的应用，实现水资源可持续利用。

1.2 社会水文学的产生历程

1.2.1 水文科学的发展回顾

水文科学是一门既古老而又年轻的学科，Koutsoyiannis(2011)认为："实际的水文知识在哲学和科学产生之前就已存在，这些知识源自于人类的需求，包括水的储存、运输和管理等"。早在公元前3000 多年前，古埃及已开始在尼罗河估测水位，人们在长期的社会实践中逐渐认识到水文循环的基本规律(Koutsoyiannis，2011)。整体来说，水文科学的发展可以分为3 个阶段。个阶段是19 世纪中叶前期，这个时期主要集中于对地球上河流水位和流速、洪水、降水等基本水文现象的原始观测以及猜测思辨，因此这一时期可以说是水文科学的萌芽和古典时期(王浩和王建华，2007；叶守泽和夏军，2002；汪静萍和潘理中，1999)。

第二个阶段是从19 世纪中期到20 世纪中期，是水文学作为一门相对独立的科学的奠基和发展阶段(王浩和王建华，2007)。以1851年Mulvaney 提出汇流时间为标志，随后逐渐形成了一套方法论，包括一些经典的研究河道和坡面汇流、土壤水与地下水运动的定律和方程。从20 世纪后半叶到当前，随着计算机的发明和应用引发的信息技术革命，水文科学得到了前所未有的迅猛发展，可看作是现代水文学的发展时期，也是水文科学的第三个阶段。这一时期水文学的发展有3 个重要特征：一是水文计算机模拟模型得到快速发展，如分布式水文模型；二是水文信息获取和处理技术得到长足进步，如水热通量测试技术、遥感技术以及温度、水化学与同位素示踪技术等；三是水文学与其他学科的交叉和融合趋势逐渐显现并逐步增强，如环境水文学和生态水文学等(徐宗学和李景玉，2010；王浩和王建华，2007；傅国斌和刘昌明，2001)。

1.2.2 水文科学的发展动态

国际水文科学协会(International Association of Hydrological Sciences，IAHS)是国际上比较有影响的水文科学学术组织，其使命之一就是促进水文科学的发展以便更好地服务于社会(夏军和左其亭，2006)。IAHS 对水文科学重要的贡献就是提出了"国际水文十年计划"(International Hydrological Decade，IHD)，其宗旨是从人类合理利用水资源的角度出发，加速对水文及水资源的研究，促进这些领域内的国际合作。个"国际水文十年"始于1965年，21 世纪以来，围绕水文学未来的发展方向，IAHS 先后提出了以PUB(Prediction of Ungauged Basin)即"无观测资料流域水文预报"和"`Panta Rhei-Everything Flows(万物皆流)`：水文和社会的变化"为主题的两个科学十年(Scientific Decade，SD)(Alberto et al.，2013)。已结束的PUB 科学十年计划(2003～2012年)，证明IAHS 在水文科学的发展过程中起到了领导作用(Bl？schl et al.，2013；Hrachowitz et al.，2013；Pomeroy et al.，2013)。而当前进行中的"万物皆流"的科学十年计划(2013～2022年)，则侧重于水文和社会的变化行为，旨在通过强调水循环与急剧变化的人类系统的变化动态，更好地解释控制水循环的过程，提高预测水资源动态的能力，以支持变化环境的社会可持续发展(Alberto et al.，2013)。

"国际水文计划"(International Hydrological Programme，IHP)开始于"国际水文十年"，联合国教育、科学及文化组织(UNESCO，简称联合国教科文组织)第17 次大会(1972年)决定在"国际水文十年"结束时开展"国际水文计划"，并于1975年由联合国教科文组织和世界气象组织(WMO)通过了"国际水文计划"阶段计划纲要。"国际水文计划"是一个以水文科学研究和教育为重点的计划，每阶段都设置不同的研究主题(表1-1)，充分反映国际水文研究的趋势，终是为了帮助解决重大的水资源问题以及与水有关的社会经济发展问题(徐宗学和李景玉，2010；夏军和左其亭，2006；尉颖琪，2011)。目前这一计划已进入第八阶段，主题为"水安全：应对地方、区域和全球挑战"，需要应对的挑战包括发挥人的行为、文化信仰和态度的作用，以及开展社会与经济学研究以便开发工具，适应水资源变化对人类的影响，终完善水资源的综合管理(Integrated Water Resources Management，IWRM)。

表1-1 国际水文计划的发展

Table 1-1 The development of the International Hydrological Programme

IAHS关注水文科学的未来发展，所提的科学十年代表着水文学未来的发展方向；而IHP 着重水文科学的研究和教育，其研究主题充分反映了国际水文研究的趋势。从IAHS科学十年和IHP 的主题均能够发现，人水系统之间的相互反馈机制及其变化已成为水文学发展的一个重要趋势。

1.2.3 社会水文学的产生

早在1977年，Falkenmark 就强调"水与人类是一个相互作用的复杂系统"(Falkenmark，1997b)；针对人类诱导产生的水文变化所带来的水文挑战，Wagener 等(2010)呼吁重新定义水文科学。在IAHS 的科学十