气候变化对水文水资源的影响

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：受气候变化的影响，我国干旱洪涝等极端水文事件频繁发生。当气候变化值相同，其年内分配不同时，径流的变化对供水、用水造成的经济后果是不同的。

自政府间气候变化专门委员会（IPCC）成立以来，中国政府派团参加了所有IPCC全会和工作会议，并积极参加和签署了所有有关气候变化的国际条约和公约。中国还成立了由18个部委组成的国务院气候变化协调领导小组。为跟踪该领域的发展和配合气候变化框架公约的谈判工作，自1990年以来，科技部在国家科技攻关中相继开展气候变化的基础理论、影响评价和适应对策研究。

1988年在“气候变化对西北、华北水资源的影响研究”中，运用大气环流模式、水分热量平衡模型、概念模型、统计模型和古代相似法模拟分析了气候变化对西北、华北地区水资源的可能影响。1994年开展的“气候变化国别研究”水资源专题中建立了随机大气模型、流域蒸散模型、流域水文模型和水资源综合评价模型，并利用大气环流模式的结果，评估了气候变化对天然径流及年内分配、干旱洪涝、流域水文情势和水资源供需的影响。1996年进行的“气候异常对水资源的影响研究”，研制了蒸散（发）模式和黄、淮、海地区以及长江中下游地区分布式水文模式。同期实施的“淮河流域能量与水分循环试验研究”项目，建立了流域径流模式和大尺度水文模式。

14.2.4.1　气候变化对水文循环和旱涝灾害的影响

（1）对水文循环的影响。气候变化在过去几十年中已经引起了我国水文循环的变化。对我国6大江河主要控制站的实测地表径流量系列的变化趋势及显著性检验的计算和分析结果表明，近40年来六大江河的实测径流量都呈下降趋势。下降幅度最大的是海河流域的黄壁庄，递减率达36.64%／10a，其次为淮河的三河闸，为26.95%／10a，再次为淮河的蚌埠和黄河的花园口，分别为6.73%／10a及5.70%／10a，下降幅度最小的是珠江的0.96%／10a。根据实测径流量与还原后天然径流量变化趋势分析发现，变化差值最大的也是海河，黄壁庄的变化趋势相差13.6%／10a，其次为淮河，蚌埠为7.81%／10a，再次为黄河，花园口为5.39%／10a，这说明人口增长及社会经济发展引起的用水量的增加使得江河的径流量在不断减少。气候与人类活动共同影响最大的是海河，其次为淮河，再次为黄河、松花江，影响最小的是长江和珠江。

（2）对旱涝灾害的影响。受气候变化的影响，我国干旱洪涝等极端水文事件频繁发生。特别是近20多年来，北旱南涝的局面日益加剧。20世纪80年代，华北地区持续偏旱，京津地区、海滦河流域、山东半岛10年平均降水量偏少10%～15%。1980～1989年海滦河流域地表平均径流量仅155亿m3，比1956～1979年的288亿m3减少了46.2%。进入90年代，干旱区继续向西南方向扩展，黄河中上游地区（陕甘宁）、汉江流域、淮河上游、四川盆地1990～1998年的年平均年降水量偏少约5%～10%，气温偏高0.3～0.8℃；黄河利津以上同期平均来水量约211亿m3，偏少32%。北方缺水地区持续枯水期的出现，以及黄河、淮河、海河和汉江同时遭遇枯水期等不利因素的影响，加剧了北方水资源供需失衡的矛盾。与此同时，我国南方，尤其是长江流域，洪涝灾害频繁发生。特别是进入20世纪90年代以来，多次发生流域性或区域性大洪水。1991年淮河大水，1994年、1996年洞庭湖水系大水，1995年鄱阳湖水系大水，1998年长江发生仅次于1954年的流域性洪水，珠江、松花江也发生超过历史记录的大洪水，1999年太湖流域发生超过历史记录的大洪水，2003年淮河发生仅次于1954年的流域性大洪水。北方干旱缺水与南方洪涝灾害同时成为制约我国经济社会可持续发展的主要因素之一。

14.2.4.2　气候变化对水资源的影响

气候变化对水资源的影响是在以下两个假定下完成的。各月的气候变化情景与GCMs给出的各季的气候变化情景相同；以近30年长系列水文气象实测值为气候背景，即以这30年降水、气温和径流的年内分配为原型，而不考虑气候自然波动引起的年内分配的差异。根据4个GCMs模型的气候情景得到以下主要研究结果。

（1）3个GCMs情景下，7个流域天然年径流变化形式有以下3种。全国主要江河年径流皆减少（LLNL）；北方径流减少，南方径流增加（OSU）以及北方径流增加，南方径流减少（UKMOH），如图14.2所示。

图14.2　2030年不同GCMs情景下各流域年径流变化

（2）气候变化导致年径流变幅最大的地区为淮河及其以北。年径流减幅最大者为海滦河流域的京津唐地区（－16%）及淮河（－15%），海滦河流域年径流减幅为－12%。年径流增幅最大者为辽河（17%）、黄河上游（15%）及松花江（12%），长江及其以南变幅较小，为－8%～8%。

（3）黄河主要产沙区——河龙区间沙量的增减取决于汛期降雨：雨多（少），水多（少），沙多（少）。然而当降雨增幅小，气温升幅大时，可出现沙量加大，径流减少。模拟结果平均得到河龙区间年径流减少2.1%，年产沙量增加4.6%。

14.2.4.3　气候变化对径流年内分配的影响

在季风气候影响下，各流域汛期径流占年径流的70%以上。当气候变化值相同，其年内分配不同时，径流的变化对供水、用水造成的经济后果是不同的。

（1）对于湿润及半湿润气候区的东江、汉江、淮河、黄河上中游，无论降水增加或减少，气温的升高皆导致陆面蒸发量的加大，而半干旱气候区，陆面蒸发的增减主要由降水的增减决定。例如黄河的山峡区间在LLNL情景下，虽然夏季气温升高1.6℃，由于降水减少5%，蒸发量减少4%。在OSU情景下，夏季降水增加1.3%，蒸发量增加2.4%。

（2）年径流的增加主要发生在春、夏、秋三季。在OSU情景下，东江春、夏及初秋月径流增加8%～10%；淮河6月增加24%。在UKMOH情景下，海滦河7～8月增幅10%～12%。

（3）年径流的减少亦主要发生在春、夏、秋。在LLNL情景下，淮河流域5月、7月、8月三个月径流减幅达20%～33%，海滦河减幅为4%～19%，尤以8月减幅最大。黄河除上游径流增加外，其他地区逐月径流皆减少。

（4）径流减幅较大的月份发生在气温升高，降水减少的情景下，径流减幅可达降水减幅的4倍以上。而径流的增加发生在气温升高，降水增加的情景下，径流的增幅与降水的增幅基本一致。

14.2.4.4　气候变化对流域水文情势变化的影响

以径流系数α（R／P）及干旱指数K（Ep／P）作为表征流域水文水资源情势的指标（R为径流深；P为年降水量；Ep为年蒸发能力），则年降水量大于1600mm十分湿润的华南气候区，α＞0.5，K＜0.5；年降水量为800～1000mm的湿润气候区，0.25＜α＜0.5，0.5＜K＜1.0；年降水量为400～800mm的半湿润气候区，0.1＜α＜0.25，1＜K＜3；年降水量为200～400mm的半干旱气候区，α＜0.1，3＜K＜7（中国水资源评价）。计算了4种GCMs气候变化情景下的α、K并与其现实气候条件下的α、K进行比较。从中可以看到以下几方面。

（1）在4种GCMs情景下，得到了4种可能出现的水文水资源情势：径流系数减少，干旱指数变化不大，或径流系数变化不大，干旱指数增加；径流系数减少，干旱指数增加；径流系数增加，干旱指数减少；径流系数及干旱指数变化都不大。

（2）偏离现状较大的水文情势有两种，一种为径流系数减少，干旱指数加大，流域进一步变干。另一种为径流系数增加，干旱指数减小，流域进一步变湿。

（3）引起上述水文情势变化的气候情景变化范围分别为降水变化ΔP／P＝－2%、温度变化ΔT＝1～1.4℃及ΔP／P＝3%～8%；ΔT＝0.7～1.1℃。

（4）4种GCMs模型给出的气候变化幅度虽然可导致流域进一步变干或变湿，但是都不可能使流域水文情势发生跨越气候带的变化。

14.2.4.5　气候变化对流域水资源供需的影响

气候变化将对水资源的供需状况产生影响。据4个全球大气环流模式给出的结果表明，气候变化产生的缺水量小于人口增长及经济发展引起的缺水量；但中等旱年及特枯水年，气候变化产生的缺水量将大大加剧海滦河流域、京津唐地区、黄河流域及淮河流域的缺水并对社会经济产生严重影响。现有的研究还表明，气候变暖对农业灌溉用水的影响，远远大于对工业用水和生活用水的影响，尤其是在降水趋于减少和（或）蒸发的增加大于降水增加的地区。

气候变化对水文水资源的影响

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