解读水圈的秘密

编者按：

对于一个国家而言，科技是软实力。国家重点实验室是一个行业科研水平最高标准的体现，也是一个国家科研水平最高标准的体现。我国重点实验室在科学前沿探索和解决国家重大需求方面发挥了非常重要的作用，我们会对部分重点实验室进行介绍，让读者走近科学大师，感触科技前沿，提高科学文化素质。

在地球上，水以不同的形态存在，从潺潺的溪流到浩瀚的海洋，从皑皑的积雪到缥缈的云雾，它们共同构成一个连续的系统——水圈。水圈是地球表面和近地空间中各种水体的总称，它包括河流、湖泊、海洋、地下水、冰川及大气中的水汽等，是地球上最活跃的圈层之一。

水圈对人类的重要性不言而喻，它不仅孕育了生命，还与人们的日常生活、工农业生产乃至整个生态系统的平衡息息相关。然而，随着人口增长和经济活动的扩展，水资源的合理开发与利用、水环境的保护、水灾害的防治等问题日益凸显。

为了深入探索水圈的奥秘，解决水利工程中重大的科技问题，2006年7月，经科技部批准，水圈科学与水利工程全国重点实验室由清华大学水利系筹建，首任实验室主任为水力学与河流动力学专家王光谦。1992年，王光谦博士后出站后，在清华大学参加的第一项重要工作就是三峡工程坝区泥沙模型试验研究。

如今，水圈科学与水利工程全国重点实验室的研究领域广泛，从水文水资源科学到水沙科学与水环境，从岩土力学与工程到枢纽工程与智能管理，再到水动力学与水力机械，每一个方向都是水利科技的重要组成部分。此外，水圈科学与水利工程全国重点实验室还设立了开放研究基金，资助水圈科学与水利工程领域的基础理论和应用基础研究项目，涉及水沙变化、流域防洪、极端暴雨、智能建造、悬河治理等方向。

所有的努力没有白费，水圈科学与水利工程全国重点实验室的一项项令人瞩目的科研成果不断涌现。

水圈科学与水利工程全国重点实验室建立了水圈拓扑结构。水圈拓扑结构的研究是一个多学科交叉的领域，涉及水文学、地质学、生态学、气象学等多个学科，它有助于人类更好地理解地球上水的循环过程，以及水与地球其他系统，如大气圈、岩石圈和生物圈之间的相互作用。

水圈科学与水利工程全国重点实验室研发了空天地一体的水循环监测技术，它有助于更准确地监测和预测水沙变化，全面了解水在地球各圈层中的运动和变化。同时，该实验室对黄河等重要水体的水沙变化也进行了实时预测，对黄河流域的防洪、航运、生态保护等方面起着至关重要的作用。

如今，通过结合遥感、GIS（地理信息系统）和数值模拟等现代信息技术，水圈科学与水利工程全国重点实验室研究水圈的时空分布特征，以及水文过程的模拟和预测也已成为日常。

2024年3月22日，在第三十二届“世界水日”水圈科学与水利工程学术研讨会上宣布启动研发智慧水圈大模型AI Hydrosphere。这是一个集水圈科学和水利工程专业知识于一体的人工智能大模型，它将通过工具调用实现接入分析真实数据、运行专业模型等能力，为水问题的解决提供强有力的技术支撑。现阶段，AI Hydrosphere在青海大学三江源数据分析中心运行。

此外，在该学术研讨会上还发布了国际期刊《水圈》（Hydrosphere），该期刊由水圈科学与水利工程全国重点实验室和青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室共同主办，由清华大学出版社出版发行。《水圈》（Hydrosphere）以发展水圈理论和相关技术新知识体系为目标，它的发行对水圈科学研究、学术交流以及全球气候变化应对等方面具有深远的影响和积极的推动作用。

水圈科学与水利工程全国重点实验室的发展不仅提升了国家水安全保障能力，还为水利工程的科学决策提供了强有力的技术支撑。近些年，该实验室参与了大部分重大水利水电工程的科技攻关，有力支撑了长江三峡、黄河等大江大河的流域高质量发展。

在未来，水圈科学与水利工程全国重点实验室将继续聚焦极端环境下供水安全和防洪安全能力提升，突破水圈多尺度循环规律及演变机理、水圈立体监测与调控关键技术，示范多边界/多圈层耦合作用典型区的供水和防洪安全保障，实现水利工程前瞻性、战略性的科学发现和技术变革。

水圈科学的研究，不仅关乎科学的发展，还关乎每个人的未来。我们相信，水圈科学与水利工程全国重点实验室将在水利科技领域发挥更加重要的作用，更好地支撑我国水利高质量发展，为我国的水利事业作出更大的贡献。