地球是一个由岩石圈、土壤圈、水圈、生物圈、大气圈等层圈组成的系统，水循环过程是这些圈层间联系的纽带，维持良性水循环是实现可持续发展的关键所在。水循环不是一个独立的自然过程，水问题的解决方案往往涉及到地球系统的各个圈层和经济社会的方方面面。本文以森林与水的关系、水循环变化预估、水循环综合研究这3个话题为例，尝试从地球系统的角度探讨水循环研究。

随着人类文明的进步，用水量持续增加，流域水循环受高强度人类活动的影响越来越深刻，呈现出复杂的“自然—社会”二元特征。本文阐述了流域“自然—社会”二元水循环理论的提出、科学问题和框架体系，并从二元水循环的视角剖析了水资源“资源、环境、生态、社会、经济”五维属性的科学内涵，提出了基于二元水循环理论的关键技术，总结了水资源研究的前沿方向和发展趋势。本文可为流域水循环研究、水文地理研究、水文水资源学科发展起到推动作用，为国家水安全保障、国家水网建设等重大实践提供技术支撑。

国家水网工程是应对气候变化、提高国家水安全保障一项重大战略部署。本文在分析中国气候、水土资源分布不均等地理特点基础上，探究了变化环境下中国水资源供需关系，分析了国家水网规划布局及典型水网成效，探讨了国家水网规划建设中存在的亟待研究的若干问题和对策建议。研究表明：全球变化影响愈来愈凸显；国家进入高质量发展阶段，人们对供水质量及保障程度、洪旱灾害防御能力等要求越来越高；构建国家及区域水网是应对环境变化影响、显著提高供水灌溉保障程度和防洪排涝能力，改善天然河湖水环境质量，提高国家水安全保障的重大举措。但需要从区域“水—土—气—生”及“人—地”关系协调，尊重自然，做到人与自然和谐共生。加强国家水网规划建设和运行的科技和管理创新，受水区不仅应该加强节水和水资源保护，守住本地水资源的主体地位，与外调水联合调度，提高水网工程生态环境与经济发展综合效益，支撑国家生态文明建设和高质量发展。

全球变暖和城市化发展加剧了暴雨洪涝灾害风险，严重威胁区域经济社会的安全与发展。郑州“7·20”特大暴雨洪涝是近10年中国单个市域范围内因灾伤亡最多、经济损失最重、灾害影响极大的城市内涝灾害。本文系统剖析了郑州“7·20”特大暴雨洪涝灾害的特征和成因，围绕暴雨洪涝灾害防御中存在的主要问题，阐明了气象水文监测预警工作的短板，并指明了天气预报预警、水文监测预报预警及新技术应用等在应对城市暴雨洪涝问题上需重点加强的方向，以期为城市洪涝灾害防御和智慧管理工作提供支撑。

壤中暴流是山丘区陡峭坡体包气带壤中流的一种特殊存在形式，也是山洪形成最为重要的产流机制之一。然而，现有研究对壤中暴流的科学内涵、机理过程与致灾特征的认知尚缺乏系统梳理和总结，限制了产汇流理论体系和山洪模型方法的发展。通过对国内外壤中暴流研究发展历程的梳理和产流物理过程的解析，本文厘清了壤中暴流的科学内涵与概念，提炼出壤中暴流发生的三大物理条件及其对非线性响应过程的影响，总结了壤中暴流对山洪、滑坡与泥石流致灾过程的影响机制。最后，凝练出未来需要深化的3个关键科学问题：包气带岩土体大孔隙水分输移过程与水文连通机制、坡面内部岩土体通道界面的水分交换过程及机理、复杂坡面地形条件下多产流机制综合的山洪形成机理。可为复杂山区的山洪形成机理与水文理论框架构建提供新的研究视角，更好支撑山洪灾害预测预报与防灾减灾的国家科技需求。

绿水通过蒸散发、大气水输送和陆地降水过程形成陆地内循环，是连接水圈、大气圈、生物圈、人类圈等地球圈层的重要环节。对绿水陆地内循环的有限认知将低估人类活动对水和生态的影响。本文研究中国范围内绿水陆地内循环的格局以及自然和人类生态系统对其的作用。结果表明，2000—2018年中国绿水陆地内循环具有内循环率高（50.4%）和内循环量大（2.75万亿m³/a）的总体特点，存在由南向北、由西南向东北、西部以内循环为主的“三线”输送格局。其中，以草地为主的青藏高原为中国绿水陆地内循环提供了最多的水量（约8000亿m³/a）；以森林为主的东南丘陵和云贵川地区是辐射范围最广的绿水供应区；以耕地为主的长江中下游平原和以草地为主的黄土高原分别是绿水由南向北、由西南向东北输送的枢纽。中国绿水陆地内循环格局由生态系统、大气环流等大尺度地理系统决定，充分认识绿水循环的战略意义在于：① 绿水陆地内循环是中国水循环的“国内大循环”，是构建治水“全国一盘棋”新局面的着力点；② 绿水陆地内循环是水循环与“山水林田湖草沙”的紧密纽带，是践行“山水林田湖草沙”系统治理的重要抓手；③ 绿水陆地内循环与跨流域调水和虚拟水转移构成中国跨流域水转移的主要过程，三者的科学统筹与协调是实现中国水资源与经济发展“空间均衡”的新方案。

自然资源统一调查监测技术体系（简称《技术体系》）的构建与应用,是建立健全自然资源监管体制、推动资源集约节约利用、促进人与自然和谐共生的一项重要举措,也是一项内容众多、复杂艰巨的科技工程。本文根据自然资源统一调查监测的任务与要求,从调查监测信息过程的整体性特征和工程化业务实施的系统性特征出发,分析了《技术体系》构建所面临的基本问题,提出了基于整体性的《技术体系》的总体架构;继而以协同化数据感知、自动化信息处理、精细化场景管理、智能化知识服务等为主线,论述了《技术体系》的发展方向;然后根据先进性与适用性相结合的要求,分析了《技术体系》的数智化实现路径,提出了“空天地海网”一体化协同感知网络体系构建、信息自动处理平台研发、时空场景模型构建、自然资源时空知识服务系统研发、工程化技术重构等主要研发任务。为了切实地做好该技术体系的构建与推广应用,今后还应进一步加强战略需求分析,推动关键技术创新,促进跨学科交叉研究。

水问题研究一直是我们国家最重要的课题之一,关系到社会稳定、民生福祉、经济发展等一系列国家重大需求。水文地理是水文学与地理学交叉学科,主要采用地理学原理、观点和方法。陆地表层系统的提出对水文地理的系统性研究具有重要的启发作用。首先,对水文地理学的交叉关联、研究内容、全球水系统和生态水文研究的兴起进行阐述;其次,在总结陆地表层系统论思想的主要倡导者及其观点后,讨论了地理研究综合性和区域性的关系,提出综合性、区域性和时空动态过程机理等“三性”应是水文地理系统的研究思想;再次,基于学科基础理论的扩展,给出深化水文地理时空动态过程机理的系统科学技术的几个案例;最后,讨论了中国水文地理研究的几个重点发展方向,主要包括气候变化与人类活动对水循环过程的影响、生态水文四大平衡动态演变过程机理、水资源可再生性维护、“蓝绿水”的认知意义、水文地理区划与制图技术及智能技术等。

生态水文学是一门新兴的交叉学科,发展和完善其理论体系和技术方法等对促进中国山水林田湖草系统保护与修复,推进生态文明建设和绿色发展具有重要理论和实践意义。本文阐述了生态水文学发展历程和挑战性问题;结合学科前沿和国家需求,提出了生态水文学在中国的发展战略,主要包括：生态水文综合观测的新技术新方法、生态水文学机理和基础理论、以陆地和水生生态水文过程为核心的多尺度多要素综合模拟与集成、以及生态水文与社会科学的融合等;在此基础上,也提出了中国生态水文学具体发展方向,如多源信息融合与综合观测网络、关键要素的时空格局及其演变特征、综合模型与不确定性、多学科交融研究等;最后提出了中国生态水文学在山水林田湖草及城市等共同体修复和保护中的应用前景。