序

水是生态系统的控制性要素，与气温、光照并列为三大非生物环境因子。流域水循环是水资源形成、演化的客观基础，也是水环境与生态系统演化的主导驱动因子。在现代环境下，受人类活动和气候变化的综合作用与影响，流域水循环朝着更加剧烈和复杂的方向演变，致使许多国家和地区面临着更加突出的水短缺、水污染和生态退化问题。因此，揭示变化环境下的流域水循环演变机理并发现其演变规律，是解决复杂水资源问题的科学基础，也是当前水文、水资源领域重大的前沿基础科学命题之一。

近年来以全球变暖为主要特征的气候变化对水循环系统的影响日益凸显，加剧了水循环系统的复杂性，致使对变化环境下的水循环系统进行模拟和预测的难度也在不断加大。尽管国内外学者针对二元水循环模拟开展了大量工作，为高强度人类活动地区的水循环模拟提供了强有力的工具，但由于在气候变化对水循环影响机理等方面认识的不足和相关技术的不成熟，现有模型和方法尚不能科学辨识水循环演变过程中气候变化、取用水和下垫面改变等人类活动因素以及自然因素的作用，给未来气候变化条件下的水资源预测和水资源综合管理增加了难度和不确定性。

2008年美国加利福尼亚大学Barnett等人在《Science》上发表了题为“美国西部人类活动导致的水文变化（Human-induced changes in the hydrology of the Western United States）”的学术论文，指出“美国西部1950—1999年间径流量、冬季气温、积雪量等变化的60％是受人类活动影响”。可见，气候变化对水循环过程的影响日益加剧，在某些流域其贡献已经超过了自然因素以及取用水和下垫面改变等人类活动因素。该研究是有关水循环演变的归因研究的首次探索，但只考虑了气候变化一个因素的影响，无法定量区分取用水、下垫面改变等其他人类活动因素对水循环演变的贡献。国内有关该问题的研究也没有一套系统的方法。

该书以国家重点基础研究发展计划（973）项目“海河流域水循环演变机理与水资源高效利用”第四课题“海河流域水循环及其伴生过程的综合模拟与预测”（2006CB403404）、国家自然科学基金“基于指纹的流域水循环演变的检测与归因研究”（51109223）等项目为依托，针对变化环境下水资源演变规律识别、定量区分气候变化和人类活动对流域水资源演变的影响两大国际难点问题，在分析以全球变暖为特征的气候变化和区域高强度人类活动等因素对流域水资源演变的影响机理基础上，首次将基于指纹的归因方法应用到流域尺度水资源演变研究中，提出了变化环境下流域水资源演变的归因方法。在明确流域水文气象要素时空演变趋势的基础上，将该归因方法应用到对气候变化非常敏感、人类活动强烈、水问题突出、具有重要战略地位的海河流域，定量区分了气候系统的自然变异、温室气体排放导致的气候变化和人类活动等因素对流域水资源演变的贡献。考虑到未来气候、人工取用水、下垫面等环境条件的变化，对流域未来水资源情势进行了预估。

该书理论基础扎实、逻辑结构清晰、内容丰富、深入浅出，可作为流域水循环演变研究的参考，特向各位从事变化环境下流域水循环演变研究的科研人员推荐。衷心希望通过该书的介绍和推广，能够增进水文水资源研究工作者对流域水循环演变规律的认知，提高我国应对变化环境的流域水资源综合管理能力。

流域水循环模拟与调控国家重点实验室主任

中国工程院院士（签字）

2017年10月10日