文档介绍：“黄河流域水资源演变规律与二元演化模型”
研究成果简介
贾仰文王浩
摘要: 本文简要介绍了在国家重点基础研究发展规划(“973”)项目“黄河流域水资源演变规律与可再生性维持机理”第二课题(G1999043602)中取得的三项主要成果:1) 流域水资源二元演化模型, 2) 黄河流域水资源全口径层次化动态评价, 3) 人类活动影响下的黄河流域水资源演化规律。首先,将分布式流域水文模型(WEP-L) 和集总式水资源调配模型(WARM)相耦合,建立了流域水资源二元演化模型。然后,在界定“广义水资源”与“狭义水资源”概念的基础上,提出了水资源全口径层次化动态评价方法,并给出了黄河流域评价成果。最后,通过比较2000年现状下垫面条件下与历史系列条件下的评价结果,以及考虑与不考虑人工取用水条件下的模拟结果,初步发现:1)黄河流域在强烈的人类活动影响下,水资源量及其构成均发生了显著变化,地表水资源量衰减,而不重复地下水量增加;2)在狭义水资源衰减的同时,伴随着有效蒸散即降水有效利用的增加,流域广义水资源量有一定幅度增加。研究成果对客观评价水土保持生态建设、农田基本建设等土地利用变化的水文水资源效应,对黄河的治理规划和水安全战略具有重要参考应用价值。
1 前言
“黄河流域水资源演变规律与二元演化模型”研究是国家重点基础研究发展规划(“973”)项目“黄河流域水资源演变规律与可再生性维持机理”中的第二课题(G1999043602),研究历时5年(1999年10月~2004年9月)。该课题主要完成单位是:中国水利水电科学研究院水资源研究所、中国科学院地理科学与资源研究所、水利部黄河委员会水文局、中国科学院地质与地球物理研究所,主要完成人员有:王浩、贾仰文、王建华、秦大庸、李丽娟、罗翔宇、周祖昊、严登华、王玲、张学成、刘广全、秦大军、张新海、江东、杨贵羽。受篇幅限制,本文将简要介绍在该课题中取得的三项主要成果,即:1)流域水资源二元演化模型, 2) 黄河流域水资源全口径层次化动态评价, 3) 人类活动影响下的黄河流域水资源演化规律。详细内容请参见有关参考文献
[1,2]。
随着人类活动的日益加剧,天然状态下的流域水循环模式发生了根本性改变,出现了由“取水-输水-用水-排水-回归”五个基本环节构成的人工侧枝循环圈,形成“天然-人工”双驱动力作用下的流域“二元”水循环模式。这种“二元”模式导致流域水资源形势加速演变,洪涝与旱灾发生的几率与不确定性增加,同样规模的洪水造成的损失急剧增大,同时还引起生态与环境变化。
迄今为止,国内外水资源评价方法与实践均是基于“实测-还原”的一元静态模式[3~6],即通过实测水文要素后,再把实测水文系列中隐含的人类活动影响扣除,“还原”到流域水资源的天然“本底”状态。但是,随着人类活动日益加剧, 还原比例越来越大,受资料条件等客观因素的限制和选取还原参数时人为主观随意性的影响,应用还原法难以获取“天然”和“人工”二元驱动力作用下的水资源量“真值”。同时,现行水资源评价方法还存在以下问题:1)以地表水和地下水构成的径流性水资源为评价口径,评价口径不全面,难以反映水资源的多元有效性(如生态植被对土壤水的有效利用等);2)以分离评价为基本模式,如地表水评价与地下水评价相分离、水资源量评价与开发利用评价相分离,难以适应水资源综合规划需求;3)难于反映下垫面变化对现状可利用水资源的影响;4)采取分区集总式的评价方法,在描述水资源的空间变异特征和指导开发利用方面存在一定的局限。因此传统水资源评价方法和评价手段亟待改进。
黄河流域(面积 795 000 km2) 在中国社会经济发展中一直发挥着重要作用。黄河流域概况见图1。九十年代以来,黄河流域出现了水资源严重短缺,生态环境恶化, 下游断流持续时间越来越长。这种状况既与近年降水偏少有关,又与强烈的人类活动影响密不可分。据统计,目前黄河流域干流共建成 12 座大型水库(总库容 563 亿 m3)、支流大中型水库(总库容100亿 m3) 以及大量水土保持设施;灌溉面积由二十世纪五十年代的80 万 ha增加到2000年 730万ha。人类活动不仅改变了水循环过程,同时对水资源的数量及其构成产生重大影响。因此,开展黄河水资源动态评价,即分析黄河流域水资源在过去、现在及未来下垫面条件下的变化并找出其演化规律,对黄河流域水资源可持续开发利用具有重要意义。
图1 黄河流域概况
2 模型开发
20世纪80年代中期以来,随着计算机技术、地理信息系统和遥感技术的进步,分布式流域水文模型[7,8]得到很大发展。基于物理机制的分布式流域水文模型,可结合遥感、航测、数字流域[9]及地理信息系统等新技术进行较为细致的水文分析与预测,能够分析不同下垫面条件下的流域水资源演变情景,为开展水资源动