1月6日，湖北省科技创新大会在武汉举行。会上宣读了《湖北省人民政府关于2024年度湖北省科学技术奖励的决定》，武汉大学夏军院士和华中科技大学李培根院士获科学技术突出贡献奖，各奖奖励200万元。

据介绍：夏军院士是我国首位水文学博士，长期进行流域水循环、水旱灾害防御及水资源综合管理应用等研究。他提出的时变增益水文非线性系统理论，在长江、汉江、淮河及全球60多个不同气候带洪水预报及防洪减灾得到了广泛应用，推动了水文科学理论创新。他和团队研发的国产自主知识产权的分布式时变增益水文模型，在湖北汉江生态补偿工程立项等国家重大工程中进行应用，研发的“长江模拟器”以长江为对象、水循环为纽带，具有监测、模拟、评价、预警、决策等功能，在自然资源部长江岸线生态红线划定、生态环境部“国家长江中心智慧平台”运行和决策中得到应用，在国际水资源协会等知名国际水组织进行交流推广，推进水文水资源领域国际科技交流合作，提升了湖北在该领域的国际影响力。

网上搜索，夏军教授的有关介绍还有：1954年出生，湖北广水人，中共党员，中国科学院院士，武汉大学水安全研究院院长、国际大地测量及地球物理学联合会中国委员会主席。先后获得国际水文科学奖、IWRA周文德奖、国家自然科学二等奖、湖北省自然科学一等奖。夏军院士是我国首位水文学博士，长期进行流域水循环、水旱灾害防御及水资源综合管理应用等研究。他提出的时变增益水文非线性系统理论，在长江、汉江、淮河及全球60多个不同气候带洪水预报及防洪减灾得到了广泛应用，推动了水文科学理论创新。研发的国产自主知识产权的分布式时变增益水文模型，在湖北汉江生态补偿工程立项等国家重大工程中进行应用。研发的“长江模拟器”以长江为对象、水循环为纽带，具有监测、模拟、评价、预警、决策等功能，实现“了解过去长江、认识现在长江、展望未来长江”，在自然资源部长江岸线生态红线划定、生态环境部“国家长江中心智慧平台”运行和决策中得到应用。在国际水资源协会等知名国际水组织进行交流推广，推进水文水资源领域国际科技交流合作，提升了湖北在该领域的国际影响力。获得2024年度湖北省科学技术突出贡献奖。

因为是老乡，又是同龄人，进一步搜索，找到了“夏军院士探臻讲堂”的这篇文章——碳中和背景下的水科学发展。正好借此机会学习学习关于“水安全”方面的基础知识，并分享如下。

夏军：碳中和背景下的水科学发展

一、上善若水

老子在《道德经》中说“上善若水”。水善利万物而不争，处众人之所恶，故几于道。水滋润万物，水是生命之源，万物之本。大千世界万物变化离不开水，水分子是地球上表面最多的分子，其与人类未来发展息息相关。

可持续发展离不开水科学问题的研究，研究方面主要包括水与地圈、生物圈、岩石圈、大气圈、人类圈多圈层的相互作用。水科学贯穿于全球水循环系统涉及方方面面，包括陆地、降水、降雪、降雨、蒸发、森林生物、冻土、湖泊、土壤、地表水、地下水、农田灌溉等。

二、水安全

水安全一词最早出现在2000年斯德哥尔摩举行的水讨论会上。这是一个全新的概念，属于非传统安全的范畴。一个比较准确的诠释为，在一定流域或区域内，以可预见的技术、经济和社会发展水平为依据，以可持续发展为原则，水资源、洪水和水环境能够持续支撑经济社会发展规模、能够维护生态系统良性发展的状态即为水安全。水资源、洪水和水环境的有机统一构成水安全体系，三者是一个问题的三个方面，相互联系、相互作用，形成了复杂、时变的水安全系统。水安全的对立面是水风险、水破坏、水灾害。具体来讲，水安全包括供水安全，例如饮用水、城市供水、农业供水灌溉等；防洪安全，“洪水一条线，干旱一大片”，洪水是国家目前极为重视的灾害；水质安全，水不能光有量没有质，由于污染或者有机有毒物质，饮用水可能出现问题；生态安全，水循环贯穿生态系统，所以与水相关的生态安全也是水安全非常重要的方面；除此之外还有跨界／境水安全，比如湄公河水域治理等等。总而言之，水安全是一个涉及面很广的问题。

三、碳中和是全球变化的水科学

在全球气候变化的背景下，水变化以及水安全的战略和对策，是各个国家关注的话题。根据全球的水压力情况，从2000年这一基准点起，受到最高量级水资源压力大于40％的陆域面积已占到全陆地总量30％。预计到2050年，将攀升到50％，水安全压力届时将非常大。

碳中和背后的本质是全球气候变化，全球气候变化会严重影响着我国东部季风区八大流域的水循环，包括黄河、长江等流域的水循环。全球气候变化将增加自然灾害，使得我们水循环的脆弱性要远远大于自然状况基准量的脆弱性。

四、水科学学科的发展需求

80年代，世界气象组织和国际科学联盟理事会启动了全球气候计划（WCRP）。1987年，考虑到地球生物圈，提出了国际地圈生物圈计划，第一次把水文循环从地球的生物圈单独分出进行考虑（IGBP-BAHC）。1991年国际科联环境问题科学委员会（SCOPE）和联合国教科文组织（UNESCO）关注地球不同区域的陆、海、气相互作用的生物多样性，设立了生物多样性计划。以上计划同时涉及到全球变化、生态、水、生物多样性等方方面面。多领域协同发展形成了国际关注的地球系统科学问题。考虑到可持续发展问题，在1996年又提出国际全球环境变化的人类因素计划（IHDP）。2000年，联合4个计划，组成了地球系统科学联盟（ESSP）。

五、碳中和碳循环中的水科学

1850年到1900年工业革命以来，人类排放了大量的二氧化碳、甲烷等温室气体。这个排放量又叫温室气体排放量，其产生的温室气体效应使得地球表面的温度相对于基准年平均升温将近1度。在2006年至2015年将近10年的时间内，人类活动又使得温度进一步提高，后续升温对生态环境的影响不可估量。在本世纪中叶2030年～2052年间平均温度将很可能相对基准年提升1.5度。2033年中国人口将达到高峰，这是人类发展最关键的瓶颈年份。为了应对全球温度上升，人类应有效应对温室气体排放问题，碳源、碳汇和碳中和的概念随之成为全球关注的焦点。

水循环和碳循环之间有着千丝万缕的关系。水体对于二氧化碳有着积极的吸收作用。比如水文学中的生态水文，研究植被、农田、森林、乔木等。水和碳有着互相响应机制，在二氧化碳双倍浓度的情况下，水体会有一个响应，植被就像人的胃一样，在不同的温度情况下可以封闭、释放，形成二氧化碳循环。

水文学中有一门生态水文学，是一门研究水文学和生物区系作用机理的综合交叉学科。这门学科研究生物景观群落和更高层次的群落之间相互作用的机理，并用自然过程来作为管理工具，例如利用吸收碳的功能和自然的生态系统净化功能，来加强广义的景观生态服务功能及生态服务价值。这门学科涉及森林、河湖、实地等生态水文，包括黄河流域的治理、美丽乡村建设等等，是可持续发展和碳中和的重要科学基础之一。

六、我国的流域治理

人类的现代经济发展是导致全球气候变暖的主要原因。陆地是自然生态系统的一部分，但现在城镇化将更多的土地转化为硬化的路面，使得土地的碳吸收减少。城市化的经济发展，除了注重城市发展，也大量开发河流资源，比如长江流域水库群的联合开发。包括中国在内，全球人类的生存发展、经济发展都和环境保护有着竞争关系，所以如何协调两者也是一个重点问题。比如长江中游武汉金江这类的大型水电工程在防洪和生产水电能源的方面起到巨大的作用，但同时也会面临鱼类有机协调等河流的生态系统问题，如何把江河湖库的防洪和发电跟生态系统有机融合是现在面临的重大挑战。

目前河湖的水生态问题日趋严峻，例如长江总磷严重超标。流域生态功能退化依然严重，长江“双肾”洞庭湖、鄱阳湖频频干旱见底，接近30%的重要湖库仍处于富营养化状态，长江生物完整性指数到了最差的“无鱼”等级。

因此近现代的水科学，包括地球科学，流域科学的发展，除了研究水文水资源、泥沙、大坝、城市的供水，另一方面从流域的角度，从系统的角度，将面临着包括流域经济问题、科技创新问题等一系列亟待探索和研究的问题。现在长江大保护和黄河高质量发展已经发展成为国家的重大战略。

七、长江模拟器

长江模拟器是长江流域的智慧管理的重要工具，强调水循环联系的监测和监控。水系统说起来比较容易，真正要实现它是比较困难的，因为水文过程、流域、水循环这个过程的上、中、下游不同山区河流，包括河口它都不一样，另外它又跟生态过程连在一起，也跟我们区域的经济发展的过程连在一起，是一个复杂的系统，水系统的顺合和解。除了观测，必须要通过模型，包括物理实验模型、实体模型、数学模型等，因此长江模拟器流域模拟器是基于物理实验耦合实际的多尺度多过程的模拟。水系统的调控管理非常重要，国家强调生态红线、粮食红线、生态环境红线，目的是进行严格水资源管理。

长江模拟器的三个主要功能分别是：

（1）虚拟过去：了解过去长江的历史变迁；（2）模拟现实：认识长江并制定保护与治理对策；（3）预估未来：展望未来长江的环境变化。

在模拟现实长江过程中，除了搭建长江流域的空天地预警和临测系统。另外一个重要的工作即为监测气候变化下长江流域的水循环变化，可以通过研究水循环中的陆地生态系统来分析评估气候变化以及碳源碳汇。

城市的发展和流域有着本质的联系。长江流域中有着包括水库群调控（例如三峡水库调控）、防洪发电、生态保护、城市供水等问题。我们要综合集成管理，来增强长江流域河湖生态系统应对气候变化的能力，提高应对人类活动影响的韧性，从而维系生态和人类发展的可持续性。