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环的一部分，研究人-水系统动力学特性，以实现水资源的可持续利用和管理。左其亭等 ［11］ 提出了人
水关系学，指出人-水系统是水与社会、经济、生态、环境等诸多要素相互作用、协同耦合而成的复
合系统。夏军等 ［12］ 提出了水系统理论，将水系统视作以水循环为纽带、由三大过程构成的一个整体，
关注水循环过程、水生态系统和人类社会活动的联系及其之间的相互作用。程国栋等 ［13］ 将流域视为地
球系统的微缩，提出了流域科学，在流域尺度上开展“水-土-气-生-人”的集成研究。傅伯杰等 ［14］ 指
出需聚焦人地系统耦合机理与调控途径，揭示流域人水关系演变及社会-水文-生态系统动态。综上，
经过多年的研究与探索，流域系统的概念逐渐明晰，流域系统治理的理论方法不断完善，为流域治理
保护与统筹发展提供了重要支撑。
然而现有学科理论面对不同领域的不同治
理需求，理论基础与研究方向各有侧重（如水资
源管理、生态环境修复），难以全面破解新时期
流域系统治理战略布局与协调发展的困局。因
此，亟需在现有研究范式的基础上，在流域尺
度上建立在一个或多个流域系统治理相关学科。
围绕黄河流域系统治理过程中不同层面的实际
问题，江恩慧等 ［15］ 在“十二五”科技支撑计划、
国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计
划等科学研究资金支持下，以系统科学理论与
方法为基础，突出流域系统整体性，根据服务
功能将流域划分为一个由行洪输沙、生态环境
和 社 会 经 济 三 大 子 系 统 构 成 的 复 杂 巨 系 统（图
1），提出了流域系统科学的概念，全面阐释了
其研究对象、科学内涵与研究方法等，并初步
图 1 流域系统行洪输沙-生态环境-社会经济
应 用 于 黄 河 下 游 河 道 宽 滩 区 综 合 效 益 评 价 ［16］ 、
要素及其相互关系示意
滩 槽 协 同 治 理 ［17-18］ 、 水 资 源 利 用 ［8］ 、 水 库 群 调
控 ［19-20］ 、生态环境保护 ［21］ 、泥沙综合处理与利
用 ［22］ 等领域，为黄河流域系统治理和社会经济高质量发展的战略布局与决策提供了科学实用的研究范
式。流域系统科学提出以来，被评价为“涌现了流域系统科学等新兴分支学科，为全球变化背景下水
问题的解决提供了重要理论基础和新的技术途径” ［23］ 。 近几年持续的理论研究与实践探索，使得流
域系统科学的理论与方法体系逐渐完善。本文在“流域系统科学初探” ［15］ 一文基础上，进一步对流域
系统科学的理论与方法进行解析，阐释了其在研究对象、研究需求、研究尺度、学科基础与研究方法
方面的特性，并开展了流域系统治理总体框架的顶层设计，构建了总体框架的数学表达式。之后，针
对黄河流域治理保护面临的突出问题，探讨了流域系统科学在黄河流域水资源配置、水沙联合调控、
三角洲地区综合治理的应用方法，提出了“广义黄河流域系统”和“广义水沙调控体系”的治理理
念，以期为保障黄河长治久安-流域生态安全-区域社会经济高质量发展提供理论方法支撑。

2 流域系统科学理论解析

流域系统科学基于现代系统科学，在地球系统科学的框架下，从流域系统整体性出发，将流域视
为一个由行洪输沙、生态环境和社会经济三大子系统构成的复杂系统，研究各子系统内部的演化过程
以及不同子系统间多尺度、多过程的相互作用关系，提出流域系统协调发展策略与战略布局，支撑流
域治理保护与区域高质量发展的战略决策，其基本框架如图 2 所示。本文重点对流域系统科学的研究
内容、学科基础与研究方法的特性进行阐释。

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