解讀水圈的秘密

編者按：

對于一個國家而言，科技是軟實力。國家重點實驗室是一個行業科研水平最高標準的體現，也是一個國家科研水平最高標準的體現。我國重點實驗室在科學前沿探索和解決國家重大需求方面發揮了非常重要的作用，我們會對部分重點實驗室進行介紹，讓讀者走近科學大師，感觸科技前沿，提高科學文化素質。

在地球上，水以不同的形態存在，從潺潺的溪流到浩瀚的海洋，從皚皚的積雪到縹緲的云霧，它們共同構成一個連續的系統——水圈。水圈是地球表面和近地空間中各種水體的總稱，它包括河流、湖泊、海洋、地下水、冰川及大氣中的水汽等，是地球上最活躍的圈層之一。

水圈對人類的重要性不言而喻，它不僅孕育了生命，還與人們的日常生活、工農業生產乃至整個生態系統的平衡息息相關。然而，隨著人口增長和經濟活動的擴展，水資源的合理開發與利用、水環境的保護、水災害的防治等問題日益凸顯。

為了深入探索水圈的奧秘，解決水利工程中重大的科技問題，2006年7月，經科技部批準，水圈科學與水利工程全國重點實驗室由清華大學水利系籌建，首任實驗室主任為水力學與河流動力學專家王光謙。1992年，王光謙博士后出站后，在清華大學參加的第一項重要工作就是三峽工程壩區泥沙模型試驗研究。

如今，水圈科學與水利工程全國重點實驗室的研究領域廣泛，從水文水資源科學到水沙科學與水環境，從巖土力學與工程到樞紐工程與智能管理，再到水動力學與水力機械，每一個方向都是水利科技的重要組成部分。此外，水圈科學與水利工程全國重點實驗室還設立了開放研究基金，資助水圈科學與水利工程領域的基礎理論和應用基礎研究項目，涉及水沙變化、流域防洪、極端暴雨、智能建造、懸河治理等方向。

所有的努力沒有白費，水圈科學與水利工程全國重點實驗室的一項項令人矚目的科研成果不斷涌現。

水圈科學與水利工程全國重點實驗室建立了水圈拓撲結構。水圈拓撲結構的研究是一個多學科交叉的領域，涉及水文學、地質學、生態學、氣象學等多個學科，它有助于人類更好地理解地球上水的循環過程，以及水與地球其他系統，如大氣圈、巖石圈和生物圈之間的相互作用。

水圈科學與水利工程全國重點實驗室研發了空天地一體的水循環監測技術，它有助于更準確地監測和預測水沙變化，全面了解水在地球各圈層中的運動和變化。同時，該實驗室對黃河等重要水體的水沙變化也進行了實時預測，對黃河流域的防洪、航運、生態保護等方面起著至關重要的作用。

如今，通過結合遙感、GIS（地理信息系統）和數值模擬等現代信息技術，水圈科學與水利工程全國重點實驗室研究水圈的時空分布特征，以及水文過程的模擬和預測也已成為日常。

2024年3月22日，在第三十二屆“世界水日”水圈科學與水利工程學術研討會上宣布啟動研發智慧水圈大模型AI Hydrosphere。這是一個集水圈科學和水利工程專業知識于一體的人工智能大模型，它將通過工具調用實現接入分析真實數據、運行專業模型等能力，為水問題的解決提供強有力的技術支撐?，F階段，AI Hydrosphere在青海大學三江源數據分析中心運行。

此外，在該學術研討會上還發布了國際期刊《水圈》（Hydrosphere），該期刊由水圈科學與水利工程全國重點實驗室和青海大學省部共建三江源生態與高原農牧業國家重點實驗室共同主辦，由清華大學出版社出版發行。《水圈》（Hydrosphere）以發展水圈理論和相關技術新知識體系為目標，它的發行對水圈科學研究、學術交流以及全球氣候變化應對等方面具有深遠的影響和積極的推動作用。

水圈科學與水利工程全國重點實驗室的發展不僅提升了國家水安全保障能力，還為水利工程的科學決策提供了強有力的技術支撐。近些年，該實驗室參與了大部分重大水利水電工程的科技攻關，有力支撐了長江三峽、黃河等大江大河的流域高質量發展。

在未來，水圈科學與水利工程全國重點實驗室將繼續聚焦極端環境下供水安全和防洪安全能力提升，突破水圈多尺度循環規律及演變機理、水圈立體監測與調控關鍵技術，示范多邊界/多圈層耦合作用典型區的供水和防洪安全保障，實現水利工程前瞻性、戰略性的科學發現和技術變革。

水圈科學的研究，不僅關乎科學的發展，還關乎每個人的未來。我們相信，水圈科學與水利工程全國重點實驗室將在水利科技領域發揮更加重要的作用，更好地支撐我國水利高質量發展，為我國的水利事業作出更大的貢獻。