流域水资源评价方法：变化环境下的演化与挑战

2023-10-26 理论教育版权反馈

【摘要】：比如，1956 年黄河流域花园口以上地表水实际灌溉面积为1685 万亩，到1980 年增至3561 万亩，增幅为2．11 倍。大量研究表明，下垫面的剧烈变化会造成流域水资源衰减严重。变化环境下流域水循环演变指的就是这种在全球气候变化和人类活动双重作用下，流域水循环从内在机制到外在表现发生的深刻变化。

自从工业革命以来，全球气候发生很大的变化，主要表现为“温室效应”。有研究表明，大气二氧化碳倍增将造成全球地表平均温度升高1．5～3．5℃，而人类释放的气溶胶则会出现反作用，可部分抵消温室气体增加引起的升温效应。温室效应对降水系统也有重要的影响，根据IPCC报告，气候变化对全球降水的影响包括：降水时空分配将发生变化；GCMs模拟结果表明气温升高将导致全球平均降水增加；极端天气事件发生的频率将会增加。

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图3-1　水循环示意图

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图3-2　流域水循环过程示意图

全球气候变化改变了流域水循环外在的动力学条件，对流域水循环产生了重要的影响。例如，分析1956～2000年黄河流域降水发现，1956～1969 年降水量高于多年平均值5．4%，1970～1989 年与多年平均值基本持平，1990～2000 年低于多年平均值5．8%，全流域降水总体呈减少趋势。黄河流域径流量的变化趋势与降水类似，但衰减程度更加剧烈，1990～2000年黄河天然径流量小于多年平均值14．8%。

另外，人类活动也对流域水循环产生巨大的影响。比如，1956 年黄河流域花园口以上地表水实际灌溉面积为1685 万亩，到1980 年增至3561 万亩，增幅为2．11 倍。1980年以后农业用水比较稳定，但是工业和生活用水增长较快，2000 年生活用水为1980 年的2．0倍，工业用水为1980年的2．2 倍。大规模引用水使得河川径流量大量减少，地下水漏斗越来越严重。在1999 年开展黄河干流水量统一调度之前，无序引水造成的黄河断流现象非常严重，从而引发一系列严重的生态问题和社会问题。(www.chuimin.cn)

除了大规模引用水以外，人类对下垫面的改造也是巨大的。仍以黄河流域为例，20世纪50年代以来，农田面积增长规模很大，2000 年水田面积比50 年代增加了19．1%，旱地总面积2000年比50年代增加了12．2%。在黄河流域，水土保持自20世纪70年代以来发展得比较快，梯田面积自70年代以来增长较迅速，2000年比70年代增加328%，坝地面积增长也很快，2000年比70年代增加232%。受城市化进程发展的影响，城镇用地稳定增加，2000年比50年代增长了14．4%。大量研究表明，下垫面的剧烈变化会造成流域水资源衰减严重。因此在全国第二次水资源评价工作中，提出“还现”的评价方法，力图反映下垫面变化对流域水资源演变的影响。

变化环境下流域水循环演变指的就是这种在全球气候变化和人类活动双重作用下，流域水循环从内在机制到外在表现发生的深刻变化。人类对流域水循环的深刻改变主要表现在三个方面：驱动力、循环结构和循环参数。首先是流域水循环的驱动力发生改变，由于人类影响的加入，流域水循环的驱动力由“自然”一元的驱动力演变为“自然—人工”二元驱动力，而且人工驱动力作用的范围和强度还在扩大；其次是流域水循环的结构发生改变（图3-3），由于大规模人类用水活动，在自然水循环的四水转化基础上出现了以“取水—输水—用水—耗水—排水”为主要特征的人工侧支水循环过程，而且人工侧支水循环的通量越来越大；第三是水循环参数发生改变，大规模人类活动对下垫面的改造，使得水循环参数也带有典型的“自然—人工”二元的性质。

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图3-3　流域二元水循环结构示意图

在全球气候变化和强烈人类活动作用的环境下，水循环系统演化模式已经由原有的“自然”一元演化模式转变为“自然—人工”二元演化模式。对于这种具有二元特征的水循环系统，原有水循环理论已经不能解释很多现象。因此，王浩提出一种新的理论来解释这种新的水循环模式，即所谓的流域二元水循环理论。

下面基于现代系统论理论，对比分析流域一元水循环系统演化模式和二元水循环系统演化模式，提出二元水循环模式的模拟认知方法。

流域水资源评价方法：变化环境下的演化与挑战

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