甘肃课题申报书范文

甘肃课题申报书范文一、封面内容

项目名称：基于气候变化背景下甘肃祁连山生态脆弱区水资源可持续管理研究

申请人姓名及联系方式：张明/p>

所属单位：兰州大学资源环境学院

申报日期：2023年10月26日

项目类别：应用研究

二．项目摘要

本项目针对甘肃祁连山生态脆弱区水资源面临的严峻挑战，以气候变化为背景，系统研究该区域水资源的动态变化规律及其与人类活动的相互作用机制。研究以遥感监测、同位素示踪和数值模拟为主要技术手段，重点分析近50年来祁连山地区降水、径流、蒸发等水文要素的时空变异特征，揭示气候变化与人类活动（如土地利用变化、水资源开发利用）对水资源系统的影响程度。在此基础上，构建基于生态阈值的区域水资源承载力评估模型，结合多目标优化算法，提出适应性水资源管理策略，旨在平衡生态用水与经济社会发展需求。预期成果包括：建立一套适用于高寒生态脆弱区的气候变化响应评估体系；提出具有针对性的水资源配置优化方案；形成一套动态监测与预警技术体系，为区域可持续发展提供科学依据。本研究的实施将有助于深化对气候变化背景下西北干旱区水循环过程的理解，并为类似生态脆弱区的资源管理提供可推广的理论与方法支撑。

三.项目背景与研究意义

1.研究领域现状、存在的问题及研究的必要性

全球气候变化已成为21世纪最显著的特征之一，其对水文循环的影响日益显现，尤其是在干旱半干旱地区。甘肃祁连山地区作为中国重要的水源涵养地和水土流失重点防治区，其生态环境对气候变化极为敏感。该区域不仅是黄河上游的重要水源地，为下游流域的生态安全和社会经济发展提供关键支撑，同时也是一个典型的生态脆弱区，自然生态系统服务功能强大，但自身抵抗干扰和恢复能力较弱。

近年来，国内外学者在气候变化对水文影响方面开展了大量研究。国际上，IPCC多次发布评估报告，系统分析了全球气候变化对水资源的影响，强调极端天气事件频发和水资源时空分布不均加剧的趋势。国内研究则多集中于长江、黄河等大江大河的水文响应，针对西北干旱区，特别是祁连山这样高寒生态脆弱区的精细化研究相对不足。现有研究多侧重于气候要素变化对径流量的影响，对于降水化学组分变化、冰雪融水过程变异、蒸发蒸腾加剧等综合影响机制，以及这些变化与土地利用/覆盖变化（LUCC）、水资源开发利用强度等人类活动因素耦合作用的系统认知尚不深入。

当前，祁连山地区水资源管理面临多重压力与挑战。首先，气候变化导致降水格局改变，部分区域干旱加剧，而部分区域则可能出现极端降水事件增多，导致洪涝风险增大。其次，全球变暖加速了祁连山冰川和积雪的融化，短期内可能增加下游水资源量，但长期来看，冰川退缩将导致水源涵养能力下降，水资源可持续性面临严峻威胁。再次，随着区域经济社会发展，人口增长、城镇化进程加快以及农牧业生产活动增加，水资源需求持续攀升，水资源供需矛盾日益突出。此外，上游过度开发、下游用水需求增大以及生态环境用水保障不足，导致水资源配置不合理问题凸显，流域生态功能退化风险增加。

现有水资源管理存在以下突出问题：一是对气候变化背景下祁连山区域水循环过程的动态监测和模拟精度有待提高，缺乏长系列、高分辨率的综合水文气象数据支撑；二是水资源的自然禀赋与社会经济需求、生态环境保护需求的协同性研究不足，难以制定兼顾各方利益的水资源管理策略；三是基于生态阈值的区域水资源承载力评估方法及适应性管理技术体系尚未完善，现有管理措施对气候变化带来的不确定性响应不足；四是跨区域、跨部门的水资源协同管理机制不健全，难以有效应对气候变化带来的复杂水资源问题。

因此，开展基于气候变化背景下甘肃祁连山生态脆弱区水资源可持续管理研究，具有极强的现实紧迫性和理论必要性。本研究旨在通过系统分析气候变化与人类活动对祁连山水资源系统的影响机制，揭示其水循环过程对未来的响应趋势，构建适应性水资源管理框架，为保障区域水资源安全、维护生态平衡、促进可持续发展提供科学依据和技术支撑。当前，国内外对气候变化与水资源互动关系的研究虽已取得一定进展，但针对高寒生态脆弱区，特别是祁连山这样兼具水源涵养、生态屏障和经济发展多重功能的区域，开展综合性、系统性、前瞻性的研究仍十分薄弱。本研究将填补这一空白，推动该领域向更深层次、更广范围发展。

2.项目研究的社会、经济或学术价值

本项目的研究具有重要的社会价值、经济价值与学术价值。

社会价值方面，本研究直接服务于国家生态文明建设和水资源安全保障战略。祁连山作为“亚洲水塔”的重要组成部分，其水资源的状况不仅关系到区域生态安全，也影响着黄河流域乃至全国的水资源格局。通过深入揭示气候变化对祁连山水资源的影响，提出适应性管理策略，可以有效维护区域生态平衡，保护生物多样性，增强生态系统服务功能，为建设美丽中国提供生态支撑。研究成果将为政府制定水资源管理政策、生态环境保护规划和气候变化应对策略提供科学依据，提升区域应对气候变化风险的能力，保障人民群众的生产生活用水安全，促进社会和谐稳定。特别是对于下游依赖祁连山水源的广大地区，本研究有助于缓解水资源供需矛盾，减少因水资源短缺引发的社会矛盾，维护区域社会稳定与可持续发展。

经济价值方面，本研究旨在通过优化水资源配置，提高水资源利用效率，为区域经济社会发展提供有力支撑。甘肃祁连山地区是重要的生态功能区，同时也是农牧业生产基地和清洁能源开发地。水资源是区域发展的关键制约因素，本研究提出的适应性管理技术和优化配置方案，能够有效平衡生态用水与生产生活用水需求，缓解水资源瓶颈制约，提高水资源利用的经济效益。通过推广节水技术、优化产业结构布局、发展节水型农业和循环经济，可以促进区域经济转型升级，增强经济内生发展动力。此外，研究成果可为区域水资源市场的建立和完善提供理论依据，促进水权交易等水市场机制的健康发展，推动水资源从粗放式利用向集约化、市场化利用转变，实现水资源的可持续利用和区域经济的可持续发展。

学术价值方面，本研究将深化对气候变化背景下高寒生态脆弱区水循环过程及其与人类活动相互作用机制的科学认知。通过对祁连山地区长系列水文气象数据的分析，揭示气候变化对降水、蒸发、径流、冰雪融水等关键水文要素的影响规律和机制，丰富气候变化水文效应的研究内容。构建基于生态阈值的区域水资源承载力评估模型和适应性管理技术体系，为干旱半干旱地区水资源可持续管理提供新的理论视角和技术方法，推动水资源科学、生态学和环境科学等学科的交叉融合与理论创新。本研究将建立一套适用于高寒生态脆弱区的气候变化响应评估体系，为类似生态环境敏感区的水资源研究提供可借鉴的理论框架和技术平台，提升我国在全球气候变化与水资源领域的研究能力和国际影响力。通过多学科交叉融合研究，培养一批掌握水文学、气候学、生态学、管理学等多学科知识的复合型人才，为学科发展注入新的活力。

四.国内外研究现状

在气候变化与水资源相互作用研究领域，国内外学者已开展了广泛而深入的研究，积累了丰富的成果，但也存在一些尚未解决的问题和研究空白，尤其是在高寒生态脆弱区。

国外研究在理论基础、观测技术和模拟方法等方面处于领先地位。在气候变化对水文影响机制方面，国际水文科学协会（IAHS）等国际组织长期倡导并组织了一系列研究计划（如POWERS,ANSW），旨在深化对全球变化水文效应的理解。研究成果表明，全球变暖导致气温升高，显著改变了全球降水格局，部分地区降水增加，部分地区减少；蒸散发过程显著增强；冰川和积雪融化加速，短期内增加了区域径流量，但长期可能导致水源涵养功能下降。在模拟方法上，国外发展了较为成熟的陆面过程模型（如HydroBASINS,SWAT,VIC）和区域气候模型（GCMs），并开始尝试将GCMs输出与区域水文模型耦合，进行气候变化情景下的水文效应模拟。然而，这些模型在模拟高寒地区复杂地形、冰川积雪过程以及冻土融化等方面仍存在挑战。

针对特定区域的气候变化水文效应研究也取得了显著进展。例如，欧洲的阿尔卑斯山、亚洲的喜马拉雅山等高寒山区，是国际研究热点。研究关注气候变化对这些地区冰川消融、径流变化、水源涵养功能退化及其对下游社会经济发展的影响。在适应性管理方面，国外一些国家和地区已开始探索基于气候预测的水资源管理策略，如美国西部的一些州在干旱管理中引入了气候信息和不确定性分析。欧洲也开展了大量关于水资源需求预测、供水系统韧性评估和适应性规划的研究。

国内研究在近几十年来发展迅速，特别是在大型流域水循环过程和气候变化影响方面取得了突出成果。针对长江、黄河、珠江等主要流域，学者们系统研究了气候变化对这些流域降水、径流、蒸发的影响，并开展了大量水资源承载力评估、水资源优化配置和调度研究。在数值模拟方面，国产的陆面过程模型（如CLM）和区域气候模型（如WRF）不断发展，并应用于中国区域的水文气候变化研究。在适应性管理方面，中国政府和科研机构高度重视水资源可持续利用问题，开展了节水型社会建设、水资源统一管理与保护等方面的研究和实践，提出了一些基于水权、水市场和水价改革的水资源管理政策。然而，国内研究在以下几个方面的深度和系统性仍有待加强：

第一，针对高寒生态脆弱区，特别是像祁连山这样兼具水源涵养、生态屏障和经济发展多重功能的区域，开展气候变化与水资源相互作用机理的系统性、精细化研究尚显不足。现有研究多集中于宏观尺度的趋势分析或单一要素的影响评估，对于气候变化如何通过改变降水格局、蒸发强度、冰川融水过程、冻土活动等途径，与土地利用变化、产业结构调整、人口增长、水资源开发利用等人类活动因素复杂耦合，共同作用于水循环过程的研究不够深入。特别是对气候变化背景下水生态系统的响应阈值、恢复力以及水资源对生态系统的生态用水保障机制研究不足。

第二，在气候变化情景下，高寒生态脆弱区水资源系统的不确定性研究有待加强。现有研究多采用GCMs的输出数据进行情景模拟，但对不同GCMs、不同排放情景下水文过程变异的不确定性量化分析不足，导致对future水资源变化趋势的预测结果存在较大不确定性。缺乏对这种不确定性如何在水资源规划和管理中体现的研究，使得提出的适应性管理策略在实际应用中面临风险。

第三，基于生态阈值和生态系统服务功能的水资源管理研究需进一步深化。现有水资源承载力评估多基于经济或社会指标，对生态用水需求的量化评估和保障机制研究不足。如何将水生态系统的健康需求、水源涵养功能退化风险纳入水资源管理框架，制定体现生态优先、绿色发展的水资源管理策略，是当前研究面临的重大挑战。特别是如何基于气候变化情景，动态调整生态基流保障标准、建立生态补偿机制等，缺乏系统性的研究和实践。

第四，跨区域、跨流域、跨部门的水资源协同管理机制研究在应对气候变化挑战方面存在短板。祁连山地区的水资源涉及多个省级行政区，其管理涉及水利、农业、林业、环保等多个部门。现有研究对气候变化如何加剧水资源区域分配不均、跨境水资管理冲突以及部门间协调难度等问题关注不够。如何构建适应气候变化背景的流域协同治理框架、完善水权制度和水市场机制、加强区域合作与信息共享，是亟待解决的现实问题。

综上所述，国内外研究虽然为理解气候变化与水资源相互作用提供了重要基础，但在高寒生态脆弱区，特别是在像甘肃祁连山这样具有特殊地理和生态意义的区域，系统性、综合性、前瞻性的研究仍存在明显空白。本研究旨在聚焦这一区域，深入揭示气候变化与人类活动对水资源系统的复杂影响机制，构建不确定性下的适应性管理框架，为该类区域的可持续发展提供科学支撑，填补现有研究的不足。

五.研究目标与内容

1.研究目标

本项目旨在通过系统观测、模拟和综合分析，深入揭示气候变化背景下甘肃祁连山生态脆弱区水循环过程的动态变化规律及其与人类活动的相互作用机制，评估气候变化对该区域水资源系统的影响程度和未来趋势，构建基于生态阈值的区域水资源承载力评估模型，提出适应性水资源管理策略，最终为保障区域水资源安全、维护生态平衡、促进可持续发展提供科学依据和技术支撑。具体研究目标包括：

（1）识别并量化气候变化对祁连山地区降水、蒸发、径流、冰雪融水等关键水文要素的影响，揭示其时空变异特征及驱动机制。

（2）评估人类活动（如土地利用/覆盖变化、水资源开发利用强度）对祁连山水资源系统的累积影响，明确人与自然二元水循环格局的演变趋势。

（3）构建基于生态阈值的祁连山区域水资源承载力动态评估模型，识别关键生态敏感区和水资源脆弱区，评估不同情景下水资源对生态系统的支撑能力。

（4）结合多目标优化算法，提出适应气候变化不确定性的水资源配置优化方案和风险管理策略，探索实现生态、经济和社会效益协调的水资源可持续管理模式。

（5）建立一套适用于高寒生态脆弱区的气候变化响应评估体系、动态监测与预警技术体系，为区域水资源管理和生态保护提供决策支持。

2.研究内容

基于上述研究目标，本项目将围绕以下几个核心方面展开研究：

（1）气候变化对祁连山水文过程的影响机制研究

*具体研究问题：气候变化如何影响祁连山地区的降水类型、降水强度、降水频率以及时空分布格局？气候变化对蒸发蒸腾过程的影响机制是什么？气候变化如何改变祁连山冰川和积雪的消融速率、储水量及其对下游径流的贡献？气候变化背景下，祁连山地区河流基流、洪水和干旱事件的频率、强度和持续时间如何变化？

*假设：气温升高将导致祁连山地区蒸发蒸腾量增加，尤其是在暖季；降水格局将发生显著变化，部分区域年降水量可能减少，极端降水事件增多；冰川加速融化将在短期内增加径流量，但长期可能导致径流季节性变化加剧和水源涵养能力下降；水文过程对气候变化的响应存在空间异质性，受地形、植被、土壤等因素调制。

*研究方法：收集整理祁连山地区长期气象站观测数据、遥感反演的水文参数（如蒸散发、积雪、植被指数）、冰川监测数据、水文站径流资料；利用多个GCMs输出数据，结合区域气候模式（RCM）进行降尺度模拟；采用归一化差异水指数（NDWI）、标准化降水指数（SPI）、标准化蒸散指数（SPEI）等方法分析水文要素的时空变化；运用线性回归、小波分析、机学习方法等识别水文要素变化与气候变化、人类活动之间的定量关系；构建水文模型（如SWAT、HEC-HMS）模拟不同情景下水文过程的变化。

（2）人类活动对祁连山水资源系统的累积影响评估

*具体研究问题：土地利用/覆盖变化（如森林扩张/退化、草地退化/改良、城镇化、农业发展）如何影响祁连山地区的产汇流过程和生态水文功能？水资源开发利用（如灌溉用水增加、工业用水变化、生活用水增长、上游水库调度）对区域水资源量、水功能区水质以及下游生态用水保障的影响如何？人类活动与气候变化的耦合效应如何共同塑造祁连山水资源系统的演变轨迹？

*假设：土地利用变化将通过改变地表反照率、植被覆盖度和土壤属性等，显著影响区域蒸散发和径流过程；水资源开发利用强度的增加将导致区域水资源消耗量增大，地下水超采风险增高，下游生态基流可能减少，影响河道生态健康；人类活动与气候变化的叠加效应将比单一因素导致更显著的水资源系统退化风险。

*研究方法：利用长时间序列的遥感影像（如Landsat,Sentinel）和土地利用分类数据，分析祁连山地区LUCC的时空变化特征；收集整理区域水资源利用统计数据、水库调度资料、水功能区水质监测数据；采用景观格局指数、水文模型（如SWAT）、水均衡模型等方法，定量评估LUCC和水资源开发利用对水文过程、生态用水和水质的影响；构建人水关系指数或压力状态-响应-趋势（PSR）模型，评估人类活动对水资源系统的累积压力和影响效果；利用情景模拟方法，分析人类活动与气候变化耦合作用下水资源系统的未来演变。

（3）基于生态阈值的区域水资源承载力动态评估

*具体研究问题：祁连山不同生态功能区（如水源涵养区、干旱敏感区、水土流失重点区）对水资源的敏感性和需求特征是什么？在不同气候变化情景和人类活动水平下，区域水资源承载力（特别是生态用水承载力）如何变化？如何界定不同区域的水资源开发利用上限，以保障生态系统健康？

*假设：祁连山地区不同生态功能区的生态用水需求存在显著差异，水源涵养区和干旱敏感区对水资源变化的敏感度较高；气候变化将改变生态用水需求的时空分布，冰川退缩将长期影响下游生态基流；水资源承载力并非固定值，而是随气候变化、人类活动以及生态系统自身状态动态调整；存在一个生态阈值范围，在此范围内水资源的开发利用对生态系统影响较小，超出此范围则可能造成不可逆损害。

*研究方法：收集整理祁连山地区生物多样性、生态系统服务功能、土壤侵蚀、水化学等生态数据；基于生态系统服务功能评估方法（如InVEST模型）、生态敏感性评价模型，识别关键生态敏感区和水源涵养区；利用生态用水量计算模型（如基于蒸发皿蒸发量、作物系数、植被需水等），结合生态阈值理论，评估不同区域和不同水平下的生态用水需求；构建基于多准则决策分析（MCDA）或系统动力学（SD）的水资源承载力评估模型，考虑气候变化和人类活动的综合影响，动态评估区域水资源承载力及其空间分异特征。

（4）适应气候变化的适应性水资源管理策略研究

*具体研究问题：如何根据气候变化情景和水资源承载力评估结果，优化区域水资源配置格局？如何设计灵活的水资源管理机制（如需求侧管理、水权交易、生态补偿）以应对水文过程的不确定性？如何通过跨流域调水、节水增效等措施，增强区域水资源系统的韧性？

*假设：基于生态系统需求的适应性水资源管理策略能够有效平衡生态用水与经济社会发展需求，提高水资源利用效率；多目标优化算法能够找到在气候变化不确定性下，兼顾经济、社会、生态效益的水资源配置最优解；灵活的管理机制和工程措施能够增强区域应对极端水文事件和长期水资源短缺的能力。

*研究方法：利用改进的SWAT模型或其他区域水文模型，模拟不同气候变化情景（如RCPs）和土地利用/水资源管理情景下的水资源供需平衡和时空分布；采用多目标遗传算法（MOGA）或粒子群优化（PSO）等优化算法，以水资源利用效率、缺水率、生态用水保障率等为目标，优化区域水资源配置方案（如水库调度、跨流域调水、节水方案）；基于系统动力学模型，模拟不同管理策略下区域水系统长期的动态响应和反馈；设计生态补偿机制模型，评估其对保障生态用水效果的贡献；提出基于风险管理的适应性水资源管理制度框架和实施路径。

（5）气候变化响应评估体系与监测预警技术构建

*具体研究问题：如何构建一套适用于祁连山地区的、能够综合评估气候变化水文效应和水资源系统响应的指标体系？如何利用遥感、地面监测和模型模拟相结合的技术，实现对关键水文情势（如极端降水、融雪径流、干旱）的动态监测和早期预警？

*假设：一套包含气候因子、水文过程、生态指标和社会经济指标的综合性评估体系能够全面反映气候变化对祁连山水资源系统的影响；多源信息融合的监测预警技术能够提高对关键水文情势监测的准确性和预警的及时性。

*研究方法：基于可持续发展指标体系理论，结合气候变化和水资源特性，构建包含气候变异、水文情势、生态状况、水资源利用效率和社会经济承受能力等维度的综合评估指标体系；利用遥感技术（如InSAR监测冰川变化、多光谱监测植被蒸散发、雷达测雪）和地面自动监测站网（气象站、水文站、生态监测点），获取实时数据；结合水文模型和统计预测模型，建立关键水文情势（如融雪洪水、干旱）的预测预警模型；开发基于GIS和WebGIS的监测预警信息平台，实现数据的可视化展示和预警信息的发布。

通过以上研究内容的系统开展，本项目期望能够为甘肃祁连山生态脆弱区乃至类似区域的气候变化适应和水资源可持续管理提供坚实的科学基础和有效的技术支撑。

六.研究方法与技术路线

1.研究方法、实验设计、数据收集与分析方法

本项目将采用多学科交叉的研究方法，结合遥感技术、地面观测、数值模拟、统计分析、模型构建和系统评估等多种手段，系统开展研究。具体方法包括：

（1）数据收集与处理方法

***气候水文数据：**收集祁连山地区长期（至少50年）的地面气象站观测数据（包括降水量、蒸发量、气温、日照、风速等）、水文站径流资料、地下水水位数据、水库运行数据。利用多源遥感数据（如Landsat,Sentinel,MODIS,GRACE）反演蒸散发、积雪/冰盖面积与储量、土地利用/覆盖变化信息。

***LUCC数据：**获取从Landsat、Sentinel等卫星影像解译得到的多时相土地利用/覆盖数据，以及相关的社会经济数据（人口、GDP、产业结构、用水量等）。

***生态数据：**收集区域生物多样性本底数据、生态系统服务功能评估结果（如水源涵养量、水土保持量）、土壤类型、植被类型、水化学监测数据等。

***数据处理：**对收集到的数据进行质量控制、时空尺度转换、格网化等预处理，建立统一的空间数据库和时间序列数据库。利用GIS空间分析技术进行数据融合与叠置分析。

（2）气候变化影响评估方法

***归一化分析：**采用线性回归、Mann-Kendall趋势检验、小波分析等方法，分析气温、降水、径流、蒸散发等水文气象要素的时空变化趋势和周期性。

***归因分析：**利用统计模型（如多元线性回归、计量经济模型）或基于模型的方法（如水文模型与气候模式输出耦合），分离气候变化和人类活动对水文要素变化的影响。

***情景模拟：**下载并处理CMIP5/CMIP6等国际主流GCMs在不同排放情景（如RCP2.6,RCP4.5,RCP8.5）下的输出数据（如温度、降水、降水类型等），利用区域气候模式（RCM）进行降尺度模拟，生成未来气候变化情景数据集。利用水文模型模拟不同气候变化情景下水文过程的变化。

（3）水文模型构建与应用

***模型选择与构建：**选择SWAT、HEC-HMS或类似适用的高分辨率陆面过程水文模型，针对祁连山地区的自然地理特征进行参数化率定和校准。考虑冰川、积雪、冻土等特殊水文过程的地表参数化方案。

***模型应用：**利用模型模拟基准期（如1971-2000年）的水文过程，评估现状水循环特征。模拟不同气候变化情景和人类活动情景（如不同土地利用类型、不同用水定额、不同水库调度方案）下的水文响应，进行不确定性分析。

（4）LUCC与水资源相互作用分析

***变化检测与量化：**利用遥感影像和GIS技术，定量计算LUCC的面积变化、转移矩阵、格局指数等，分析其时空演变规律。

***影响模拟：**将LUCC变化信息输入水文模型，模拟LUCC变化对径流、蒸散发、土壤侵蚀等的影响。

***人水关系分析：**构建人水关系指数或压力状态-响应-趋势（PSR）模型，评估人类活动对水资源系统的累积压力和影响效果。

（5）水资源承载力与生态阈值评估方法

***生态用水量计算：**采用基于潜在蒸散发、作物系数、植被需水等多种方法，结合生态阈值理论，估算不同区域、不同生态系统的最小生态用水量或生态基流需求。

***承载力评估模型：**构建基于多准则决策分析（MCDA，如AHP法）、系统动力学（SD）或综合指数法的区域水资源承载力评估模型，综合考虑水资源禀赋、开发利用程度、生态用水保障程度、社会经济发展需求等因素。

***生态敏感区识别：**利用GIS空间分析技术，结合生态因子（如地形、植被覆盖、土壤类型、水系分布）和敏感性指数，识别区域内的生态敏感区和关键生态功能区。

（6）适应性水资源管理策略研究方法

***多目标优化：**利用多目标遗传算法（MOGA）、粒子群优化（PSO）等方法，以水资源利用效率、缺水率、生态用水保障率、社会满意度等为目标函数，考虑水资源供需平衡、生态用水底线、工程能力约束等，优化区域水资源配置方案（包括水库调度、跨流域调水、节水潜力挖掘等）。

***风险管理：**采用基于情景分析的风险评估方法，识别不同管理策略下可能面临的水资源风险（如干旱风险、洪水风险、生态风险），并评估其发生的概率和影响程度。

***制度分析：**对现有水资源管理制度进行梳理，分析其适应气候变化挑战的不足，提出改进的水权制度、水市场机制、生态补偿机制、跨区域协同管理机制等适应性制度设计建议。

（7）监测预警技术构建方法

***指标体系构建：**基于可持续发展指标体系和气候变化适应需求，构建包含气候异常、水文异常、生态退化和社会影响等维度的监测预警指标体系。

***监测网络：**整合地面自动监测站（气象、水文、生态）、遥感卫星、无人机等多源监测数据。

***预警模型：**利用时间序列分析、机器学习等方法，建立关键水文情势（如融雪洪水、干旱）的预测模型和阈值预警模型。

***信息平台：**开发基于GIS和WebGIS的监测预警信息平台，实现数据的实时展示、分析、预警信息发布和可视化决策支持。

（8）数据收集计划：通过文献调研、实地考察、站点观测、遥感数据获取、部门数据收集等多种途径获取研究所需数据。对于关键数据（如长期地面观测数据、精细LUCC数据），开展必要的补充观测或数据采集工作。

（9）数据分析方法：综合运用统计分析、时空分析、模型模拟、系统动力学模拟、多目标优化、GIS空间分析、MCDA等多种定量和定性分析方法，确保研究结果的科学性和可靠性。

2.技术路线

本项目的研究将遵循“数据收集与预处理→气候变化影响评估→LUCC与水资源相互作用分析→水资源承载力与生态阈值评估→适应性水资源管理策略研究→监测预警体系构建→成果集成与验证”的技术路线，具体步骤如下：

（1）**准备阶段：**明确研究目标与内容，梳理国内外研究现状，确定关键研究问题，制定详细的技术方案和时间计划。收集整理基础地理数据、气候水文数据、LUCC数据、生态数据等，进行数据预处理和建库。

（2）**气候变化影响评估：**利用地面观测数据和遥感数据进行水文气象要素时空变化分析；利用GCMs数据和RCM进行未来气候变化情景模拟；采用归因分析方法，定量评估气候变化对水文过程的影响。

（3）**LUCC与水资源相互作用分析：**利用遥感影像和GIS技术进行LUCC变化检测与量化；将LUCC变化信息输入水文模型，模拟其影响；分析人水关系演变趋势。

（4）**水资源承载力与生态阈值评估：**识别关键生态敏感区和水源涵养区；利用多种方法估算生态用水需求；构建并运行水资源承载力评估模型，分析承载力时空变化特征和影响因素。

（5）**适应性水资源管理策略研究：**构建水文模型，模拟不同管理情景下的水资源系统响应；采用多目标优化算法，寻求兼顾多方利益的水资源配置优化方案；进行风险管理分析；提出适应性管理制度设计建议。

（6）**监测预警体系构建：**构建监测预警指标体系；整合多源监测数据；开发预警模型；建设监测预警信息平台。

（7）**集成、验证与成果输出：**对各阶段研究成果进行集成与综合评估；利用独立数据或模型交叉验证结果的有效性；撰写研究报告，形成政策建议，开发决策支持工具，发表高水平学术论文。

通过上述技术路线的有序推进，确保项目研究工作的系统性和科学性，最终实现项目设定的研究目标，为甘肃祁连山生态脆弱区的可持续发展提供强有力的科技支撑。

七．创新点

本项目针对甘肃祁连山生态脆弱区气候变化背景下水资源可持续管理的重大需求，在理论、方法和应用层面均体现了创新性：

（1）理论创新：构建高寒生态脆弱区水-气候-人类活动耦合作用机制的理论框架。现有研究多关注单一要素或双要素的相互作用，本项目首次将气候变化、LUCC、水资源开发利用、生态系统响应等关键要素纳入统一框架，重点揭示在高寒特殊环境下，这些要素之间复杂的非线性耦合关系及其对区域水循环系统结构和功能的综合影响机制。特别是，本项目将引入生态系统服务功能阈值和生态韧性概念，探索气候变化和人类活动如何改变水生态系统的结构和功能，以及水生态系统对干扰的响应边界和恢复潜力，从而深化对高寒地区水循环与生态过程相互作用机理的科学认知，丰富水文学和生态学理论。

（2）方法创新：发展适用于气候变化不确定性的适应性水资源承载力评估与优化方法。现有承载力评估多基于静态或简化的模型，难以有效应对气候变化带来的长期不确定性。本项目创新性地将基于多准则决策分析（MCDA）与系统动力学（SD）相结合的方法，构建动态、集成的承载力评估模型。MCDA用于综合评估不同区域、不同情景下的多维度影响因素，确定生态用水优先序和承载力警戒线；SD模型则用于模拟气候变化和人类活动驱动下，水资源-社会-生态系统耦合系统的动态演变过程，量化不确定性对承载力的影响，并识别关键反馈回路和临界点。在适应性管理策略方面，创新性地将基于物理过程的水文模型与考虑决策者行为的多目标优化算法相结合，模拟不同管理措施（如节水、调水、生态补偿）在复杂气候情景下的实际效果，并引入风险共担和动态调整机制，提出更具韧性和弹性的水资源配置方案。

（3）技术创新：研发面向高寒生态脆弱区的多源信息融合动态监测与早期预警技术体系。针对高寒地区监测站点稀疏、监测成本高、环境条件恶劣等难题，本项目创新性地融合遥感（高分辨率光学、雷达、热红外）、地面自动观测（气象、水文、生态传感器网络）、卫星遥感（如GRACE监测重力变化）等多种数据源，利用时空插值、多尺度信息融合等技术，构建高精度、高效率的区域水循环要素（降水、蒸散发、冰雪、径流、地下水位）动态监测网络。在此基础上，结合机器学习和气象预测模型，发展针对融雪洪水、冰川退缩引发的极端径流、干旱等关键水文情势的早期预警模型，并通过WebGIS平台实现监测信息的可视化展示和预警信息的及时发布，为区域水资源管理和应急响应提供强大的技术支撑，填补了该领域技术应用的空白。

（4）应用创新：提出基于生态优先和流域协同的祁连山水资源可持续管理综合解决方案。本项目不仅进行科学理论和方法研究，更注重研究成果的转化和应用。创新性地将生态用水保障置于水资源管理策略的核心位置，提出基于生态阈值和生态服务功能需求的动态水资源配置框架。针对祁连山跨区域、跨流域、跨部门的特点，创新性地提出构建基于流域协同治理的水资源管理机制，包括建立跨区域水权协调平台、设计流域生态补偿方案、完善信息共享与联合调度机制等。研究成果将直接服务于甘肃省和流域相关省份的水资源规划、生态保护红线划定、适应性管理政策制定，以及国家生态文明试验区建设，具有显著的行业应用价值和推广潜力，为类似生态脆弱区的可持续发展提供可复制、可推广的模式。

综上所述，本项目在理论视角、研究方法、技术应用和成果导向上均具有显著的创新性，有望在气候变化适应和水资源可持续管理领域取得突破性进展，为保障我国西北干旱区乃至全球类似地区的生态安全和水资源可持续利用做出重要贡献。

八．预期成果

本项目通过系统深入的研究，预期在理论认知、方法技术、决策支持和实践应用等多个层面取得一系列创新性成果：

（1）理论成果：

*揭示气候变化背景下祁连山地区水循环过程的动态演变规律及其与人类活动的复杂相互作用机制。形成一套关于高寒生态脆弱区水-气候-人类耦合系统响应特征和驱动因素的科学认识，深化对西北干旱区水循环对全球变化敏感性的理解。

*构建基于生态阈值和生态系统服务功能的高寒地区水资源承载力评估理论框架。明确气候变化和人类活动对水资源承载力的影响路径和关键阈值，为生态环境保护提供科学的理论依据。

*发展适应气候变化不确定性的水资源可持续管理理论方法体系。提出兼顾生态、经济和社会效益的适应性管理原则和策略框架，丰富水资源可持续管理理论内涵。

（2）模型与数据库成果：

*开发并验证一个能较好模拟祁连山地区复杂水文过程（特别是冰川融水、积雪、冻土影响）的、高分辨率的区域水文模型。该模型将集成气候变化和LUCC影响，为未来情景模拟和适应性管理提供可靠工具。

*建立一个包含长期气候水文数据、LUCC数据、生态数据、社会经济数据等多源信息的祁连山地区水资源综合数据库。为后续研究和区域管理提供基础数据支撑。

*构建一套适用于祁连山地区的气候变化水文效应综合评估模型和动态监测预警模型。该模型将整合遥感、地面观测和模型模拟技术，实现对关键水文情势的动态监测和早期预警。

（3）方法与技术成果：

*研发基于MCDA与SD耦合的水资源承载力动态评估方法。该方法能够综合考虑多目标、多准则和动态不确定性，为复杂环境下的水资源承载力评估提供新思路。

*创新提出基于物理过程模拟和多目标优化的适应性水资源配置优化方法。该方法能够更真实地反映水资源系统的物理规律，并考虑决策者的多目标需求，提高优化方案的现实可行性和满意度。

*形成一套多源信息融合的祁连山地区水循环要素动态监测技术规程。为该类地区的长期、连续、高精度监测提供技术示范。

（4）政策与管理成果：

*提出针对祁连山地区的、基于生态优先和流域协同的水资源可持续管理策略和制度建议。包括具体的适应性水资源配置方案、生态用水保障措施、跨区域水权协调机制、生态补偿方案等。

*编制《甘肃祁连山生态脆弱区气候变化适应性与水资源可持续管理技术导则》或政策建议报告。为政府相关部门制定水资源管理政策、生态保护规划和气候变化应对策略提供科学依据和行动指南。

*开发一套基于WebGIS的祁连山水资源监测预警与决策支持平台原型。包含数据展示、模型模拟、预警发布、政策评估等功能模块，为管理部门提供可视化、智能化的决策工具。

（5）人才培养与知识传播成果：

*培养一批掌握水文学、气候学、生态学、管理学等多学科交叉知识的高层次研究人才（如博士后、博士、硕士研究生）。

*在国内外高水平学术期刊发表系列研究论文，参加国内外重要学术会议，进行学术交流，提升研究团队和我国在该领域的研究影响力。

*通过报告会、科普讲座等形式，向政府部门、相关企业和社会公众普及气候变化对水资源的影响以及可持续管理的知识，提升全社会的水资源忧患意识和科学素养。

本项目的预期成果不仅具有重要的科学理论价值，更能为甘肃祁连山地区的生态环境保护、水资源可持续利用和区域社会经济高质量发展提供强有力的技术支撑和实践指导，具有良好的应用前景和社会效益。

九.项目实施计划

（1）项目时间规划

本项目总研究周期为三年，下设五个阶段，具体时间规划和任务分配如下：

第一阶段：准备与数据收集阶段（第1-6个月）

*任务分配：

*项目组组建与分工：明确项目负责人、核心成员及辅助人员的职责分工。

*文献调研与方案细化：系统梳理国内外相关研究，完善研究方案和技术路线。

*数据收集与预处理：收集整理气候、水文、LUCC、生态、社会经济等基础数据，进行质量控制和预处理，建立数据库。

*初步模型构建与率定：选择并初步构建水文模型、SD模型等，利用现有数据进行初步率定。

*进度安排：

*第1-2个月：项目启动，文献调研，方案细化，团队分工。

*第3-4个月：数据收集，数据库建设，数据预处理。

*第5-6个月：初步模型构建，模型初步率定与验证。

第二阶段：气候变化影响与LUCC相互作用分析阶段（第7-18个月）

*任务分配：

*气候变化影响评估：利用GCMs数据和RCM进行情景模拟，分析气候变化对水文气象要素的影响，进行归因分析。

*LUCC变化检测与量化：利用遥感影像进行LUCC变化检测，计算变化面积、转移矩阵、格局指数等。

*LUCC与水资源相互作用模拟：将LUCC变化输入水文模型，模拟其对径流、蒸散发等的影响。

*进度安排：

*第7-10个月：GCMs数据处理，RCM模拟，气候变化情景生成。

*第11-14个月：水文气象要素变化分析，归因分析。

*第15-18个月：LUCC变化检测与量化，LUCC影响水文过程模拟。

第三阶段：水资源承载力与适应性管理策略研究阶段（第19-30个月）

*任务分配：

*生态用水需求评估：估算不同区域的生态用水需求，确定生态阈值。

*水资源承载力评估：构建并运行MCDA与SD耦合模型，评估水资源承载力时空变化。

*适应性管理策略研究：构建水文模型，模拟不同管理情景，利用MOGA进行水资源配置优化，进行风险管理分析。

*进度安排：

*第19-22个月：生态用水需求评估，确定生态阈值。

*第23-26个月：水资源承载力模型构建，模拟与评估。

*第27-30个月：适应性管理情景模拟，多目标优化，风险管理分析。

第四阶段：监测预警体系构建与应用阶段（第31-36个月）

*任务分配：

*监测指标体系构建：构建包含气候、水文、生态、社会等维度的监测预警指标体系。

*监测网络整合与模型开发：整合多源监测数据，开发关键水文情势的预警模型。

*监测预警平台开发：开发基于WebGIS的监测预警信息平台。

*平台测试与初步应用：对平台进行测试，并在部分区域进行初步应用示范。

*进度安排：

*第31-32个月：监测指标体系构建。

*第33-34个月：多源数据整合，预警模型开发。

*第35-36个月：监测预警平台开发，平台测试与初步应用。

第五阶段：成果总结与验收阶段（第37-36个月）

*任务分配：

*研究成果集成与总结：系统整理项目研究成果，撰写研究报告。

*论文撰写与发表：完成高水平学术论文，投稿至国内外核心期刊。

*政策建议与平台推广：形成政策建议报告，推广监测预警平台。

*项目验收与结题：准备项目验收材料，完成项目结题。

*进度安排：

*第37个月：研究成果集成，政策建议报告撰写。

*第38个月：论文撰写，平台推广。

*第39个月：项目验收准备，结题材料整理。

*第40个月：项目正式验收，结题。

（2）风险管理策略

本项目在实施过程中可能面临以下风险，并制定相应的应对策略：

***数据获取风险：**部分长期观测数据或特定生态数据可能存在缺失或质量不高的问题。

*应对策略：制定详细的数据收集计划，拓展数据来源渠道；加强数据质量控制，对缺失数据进行合理插补或说明；利用多种数据源交叉验证结果可靠性。

***模型不确定性风险：**水文模型和SD模型的模拟结果可能存在较大不确定性，影响研究结论的准确性。

*应对策略：采用多模型对比验证；细化模型参数率定，提高模型模拟精度；在结果分析中充分揭示模型的不确定性来源和范围；结合敏感性分析评估关键参数和情景变化对结果的影响。

***研究进度风险：**由于研究内容复杂，可能存在研究进度滞后于计划的问题。

*应对策略：制定详细的工作计划和定期检查机制；加强项目组成员之间的沟通与协作；及时调整研究计划，确保关键节点按时完成。

***跨区域合作风险：**项目涉及跨区域数据共享和联合研究，可能存在合作困难。

*应对策略：提前沟通协调，明确合作机制和利益分配；寻求政府或相关机构支持，推动建立有效的跨区域合作平台。

***成果应用风险：**研究成果可能存在转化应用不足的问题。

*应对策略：加强与管理部门的沟通，了解实际需求；将研究成果转化为易于理解的政策建议和技术指南；积极参加成果推广会，提升研究成果的影响力。

十.项目团队

（1）项目团队成员的专业背景与研究经验

本项目团队由来自兰州大学、中国科学院西北生态环境研究所、甘肃省水利科学研究院等科研机构及相关部门的专家组成，团队成员涵盖水文学、气候变化、生态学、地理信息科学、管理学等多个学科领域，具有丰富的理论研究和实践应用经验，能够满足项目多学科交叉研究的需要。

项目负责人张明，博士，教授，长期从事气候变化与水资源研究，在水文模型构建、气候变化影响评估、适应性水资源管理等方面具有丰富的研究经验，主持过国家自然科学基金重点项目和多项省部级科研项目，在国内外核心期刊发表论文30余篇。

核心成员李红，博士，研究员，在水文过程模拟与水生态学领域有深入研究，擅长利用遥感技术和模型模拟方法研究气候变化对区域水循环和生态系统服务功能的影响，主持完成多项国家级和省部级科研项目，发表高水平论文20余篇。

核心成员王强，博士，副教授，在水文地质和地下水评价方面有丰富经验，擅长利用数值模拟和实验方法研究区域水资源系统对气候变化的响应机制，参与多项跨流域调水工程的水资源评价工作，发表相关论文15篇。

核心成员刘芳，硕士，生态学背景，在水生态保护与修复领域有深入研究，擅长生态系统服务功能