气候变化对水文水资源影响研究方法

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：气候变化对水文水资源系统的影响研究，主要是通过研究气候变化引起的流域气温、降水、蒸发等水文要素的变化来预测径流可能的增减趋势及其对流域水资源利用的影响。

气候变化对水文水资源系统的影响研究，主要是通过研究气候变化引起的流域气温、降水、蒸发等水文要素的变化来预测径流可能的增减趋势及其对流域水资源利用的影响。分析评估气候变化对区域水文水资源的影响的研究方法通常为：选定某种气候变化情景；分析某时段气候因子与水文要素之间的关系；建立流域水文模型，同时认为水文模型参数是时不变的；将气候变化增量情景作为流域水文模型的输入，模拟区域水文循环过程和水文要素变化过程；评价气候变化对水文水资源的影响，根据水文水资源的变化规律和影响程度，提出相适应的对策和措施。其中水文模型的建立与未来气候变化情景的生成是影响评估的关键。

14.2.3.1　气候变化情景

未来气候变化情景的方法有任意情景设置、长系列水文气象资料的统计相关法和基于GCMs输出等3种基本方法。

任意情景设置是根据未来气候可能的变化范围，任意给定气温、降水等气候要素的变化值，例如假定年平均气温升高1℃、2℃、3℃、4℃等，年降水量增加或减少5%、10%、20%等，每一种气温与降水的可能状况的组合就构成区域未来气候的一种情景。

长系列水文气象资料的统计相关法，利用同期径流、降水与气温等资料，据其长期变化规律建立相关统计模型，预测气候变化对流域水资源影响。例如分析1961～1999年间黄河上游地区径流量和降水、气温的关系，发现黄河上游水资源有减少趋势，且与黄河上游夏季降水量的变化趋势一致。

基于GCMs输出的方法是利用GCMs的模拟结果作为气候变化情景。常用的GCMs包括：美国国家大气研究中心模式（NCAR），英国气象局模式（UKMO），美国地球物理流体动力学实验室模式（GFDL），加拿大气象中心模式（CCC）和美国科罗拉多州立大学模式（CSU）等。

14.2.3.2　评价模型研究

选择和使用区域水文模型来评价气候变化对水文水资源的影响时，应考虑下列几个因素：模型的内在精度；模型率定和参数变化；现有的资料及其精度；模型的通用性和适用性；以及与GCMs的兼容性。目前，用于估算区域水文水资源对气候变化响应的水文模型主要有以下三大类。

（1）经验统计模型。这类模型根据同期径流、降水与气温的观测资料，建立三者之间的相关关系，以此推求降水与气温发生变化时的径流变化趋势。该方法的代表是Isngbein，Stockton等人用这种方法作的相关的研究。

（2）概念性水文模型。这是一类以水文现象的物理过程为基础的模型。利用这类水文模型可以研究气候、径流的因果关系，以及流域水资源对不同气候条件的响应。Nemec和Schanke最先应用概念性水文模型估算气候变化对美国干旱地区和湿润地区径流的影响。

（3）分布式水文模型。分布式模型则按流域各处地形、土壤、植被、土地利用和降水等的不同，将流域划分为若干个水文模拟单元，在每一个单元上用一组参数反映该部分的流域特性。目前具有代表性的分布式水文模拟模型有TOPMODEL、SWAT、ModFlow、FeFlow、Mike-SHE以及VIC模型等。

（4）我国评价模型研究。“八五”期间应用集总式水文模型对海河、黄河中游、赣江等流域进行了影响分析评价，该阶段将复杂水文模型简化（由于时间尺度为月模型，简化水源划分及汇流等问题）为集总式模型。“九五”期间随着GIS、数据库技术的出现及应用，建立了典型流域分布式水文模型参数与地理信息的关系，研究流域分为若干30km×30km的网格，解决了观测及GCM输出数据的空间解集问题。“十五”则在GIS环境下应用较为先进的陆—气耦合过程的VIC（可变下渗能力）分布式水文模型，该模型是具有物理基础的完全分布式水文模型，大量参数可直接从地理信息中加工生成，评价区域扩展至全国范围60km×60km的网格，解决了评价基础一致的问题，提高了模拟分析成果的可靠性和可比性。

气候变化对水文水资源影响研究方法

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