氣候和土地利用變化對(duì)水資源影響研究進(jìn)展

王 哲,鐘 文

(1.東華理工大學(xué) 放射性地質(zhì)與勘探技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330013；2.江西省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，江西 南昌 330013)

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氣候和土地利用變化對(duì)水資源影響研究進(jìn)展

王 哲1,鐘 文2

(1.東華理工大學(xué) 放射性地質(zhì)與勘探技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330013；2.江西省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，江西 南昌 330013)

指出了目前水資源量減少、水質(zhì)受污的現(xiàn)象日益嚴(yán)峻，研究對(duì)其影響的氣候和土地利用變化兩大因素尤為重要。基于以往研究成果，應(yīng)用對(duì)比分析法綜述了國(guó)內(nèi)外氣候和土地利用變化對(duì)水資源影響的研究進(jìn)展。結(jié)果表明：在研究方法上國(guó)內(nèi)與國(guó)外還存在差距，研究?jī)?nèi)容中以往更偏重于氣候或土地利用變化中某一單因子變化對(duì)徑流量的影響，針對(duì)目前研究中存在的問(wèn)題提出了相應(yīng)的建議。

氣候變化；土地利用變化；序列趨勢(shì)分析法；水文模型法；水資源

1　引言

水資源是人類賴以生存的物質(zhì)保障，但目前水資源量減少且水質(zhì)惡化的現(xiàn)象日益嚴(yán)峻[1，2]。2001～2010年的10年間水資源總量減少量達(dá)900億m3。2014年，我國(guó)水資源總量比常年偏少1.6%(據(jù)《水資源公報(bào)》)?？梢姡覈?guó)水資源問(wèn)題日益嚴(yán)峻。針對(duì)當(dāng)前水資源日益短缺的現(xiàn)狀問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外開展了大量的研究工作[3]。姚允龍等人應(yīng)用降水—徑流經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ投糠治隽藲夂蜃兓瘜?duì)徑流量的影響，結(jié)果表明：氣候變化是影響撓力河徑流量變化的主要因素[4]。Amini等人對(duì)馬來(lái)西亞的Damansara流域，采用HEC-HMS模型，研究結(jié)果顯示：城市化的快速發(fā)展，使得地表徑流量增加，甚至偶爾會(huì)發(fā)生洪水[5]。

縱觀以往研究成果，針對(duì)某一小區(qū)域氣候或土地利用變化對(duì)徑流量影響的研究成果較多，缺乏氣候和土地利用變化綜合作用對(duì)水資源直接影響的研究。基于此，筆者針對(duì)氣候和土地利用變化對(duì)水資源影響的研究，簡(jiǎn)要介紹國(guó)內(nèi)外的發(fā)展歷程和研究方法的優(yōu)劣勢(shì)，針對(duì)目前的研究中存在的問(wèn)題給出相應(yīng)的建議。

2　國(guó)內(nèi)外研究歷程

氣候變化對(duì)水資源影響的研究直到20世紀(jì)80年代，國(guó)際才開始高度重視氣候變化對(duì)水資源的影響。自此先后成立了WMO、IPCC等組織并召開了IUGG、IGBP等一系列會(huì)議。20世紀(jì)90年代，為研究氣候和土地利用變化對(duì)水資源的影響，國(guó)際組織實(shí)施了IHP、WCRP、GWSP等一系列國(guó)際水科學(xué)計(jì)劃。2000年聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)關(guān)于鄉(xiāng)村集水區(qū)水土關(guān)系的討論報(bào)告集中關(guān)注土地利用變化對(duì)水資源的影響。Michael等人研究了美國(guó)佩恩縣的土地利用變化對(duì)水資源的影響，結(jié)果表明森林面積擴(kuò)大后地表基流量會(huì)減少，地下水資源量增加。

20世紀(jì)80年代，我國(guó)才逐漸開始研究氣候變化對(duì)水資源的影響。國(guó)家“973”計(jì)劃項(xiàng)目將氣候變化對(duì)水資源的影響列為研究首位。張建云等人采用歸因分析法對(duì)我國(guó)北方水資源問(wèn)題的研究表明：北方河川徑流量減少主要源于土地利用方式的變化。史曉亮等人以灤河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，利用1985和2000年土地利用數(shù)據(jù)及SWAT模型，結(jié)果表明：林地向耕地的轉(zhuǎn)變使徑流量增加5.1%。

綜上所述，針對(duì)氣候和土地利用變化對(duì)水資源影響的研究，與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)起步較晚。雖從未間斷研究氣候和土地利用變化對(duì)水資源的影響，但目前水資源量與質(zhì)仍在日益惡化，仍需加大研究力度與強(qiáng)度。

3　研究方法

3.1序列趨勢(shì)分析法

序列趨勢(shì)分析法是國(guó)內(nèi)外最先應(yīng)用于研究氣候和土地利用變化對(duì)水資源影響的一種基礎(chǔ)方法。其基本框架是據(jù)歷史實(shí)測(cè)資料，選定方法，建立單因子與水資源的關(guān)系方程，繪制單因子與水資源的關(guān)系圖，通過(guò)圖中曲線的變化趨勢(shì)來(lái)分析單因子與水資源的相關(guān)關(guān)系，如圖1所示。

圖1　序列趨勢(shì)分析法的基本框架

根據(jù)以往的研究成果，序列趨勢(shì)分析法的優(yōu)勢(shì)在于依據(jù)歷史實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制的單因子與水資源相關(guān)圖，圖上曲線的上下波動(dòng)趨勢(shì)，可直觀判斷水資源與各因子的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)而分析各因子對(duì)水資源的影響。因此序列趨勢(shì)分析法可直觀定性各因子對(duì)水資源的影響，而定量各因子及多因子變化對(duì)水資源的影響則不適用。

3.2水文模型法

水文模型法的發(fā)展主要分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段始于20世紀(jì)60年代，主要是對(duì)概念性水文模型的開發(fā)和研究[27]；90年代以后，3S技術(shù)的蓬勃發(fā)展使得概念性水文模型逐步向分布式水文模型發(fā)生轉(zhuǎn)變，其中最為典型的分布式水文模型是美國(guó)的SWAT模型，它的使用范圍較廣、計(jì)算結(jié)果精確性較高。

水文模型法研究氣候和土地利用變化對(duì)水資源影響的基本框架是應(yīng)用歷史實(shí)測(cè)資料作為模型所需的參數(shù)，輸入模型中進(jìn)行模擬，輸出即可得各因子變化對(duì)水資源的影響。其可克服序列趨勢(shì)分析法的劣勢(shì)，但模型設(shè)計(jì)、模擬過(guò)程及其所需的參數(shù)復(fù)雜，在歷史資料完整的前提下，可考慮水文模型法研究氣候和土地利用方式變化對(duì)水資源的影響。

4　存在問(wèn)題及建議

國(guó)內(nèi)外針對(duì)氣候和土地利用變化對(duì)水資源影響的研究已取得豐碩成果。與國(guó)外的研究相比，國(guó)內(nèi)還存在差距。這可能與國(guó)內(nèi)在這方面研究起步較晚或技術(shù)條件限制等因素有關(guān)。就研究?jī)?nèi)容與程度而言，國(guó)內(nèi)外已開展了大量的研究工作，但多數(shù)是研究單因子變化對(duì)水資源的影響，尚缺乏多因子變化對(duì)水資源影響的研究，而分析多因子變化及其之間的相互作用，能夠更為科學(xué)、有效地判斷水資源的變化情況，因?yàn)楦饕蜃娱g也是相互作用的。

針對(duì)氣候和土地利用變化對(duì)水資源影響的研究，國(guó)內(nèi)尚存在以下兩點(diǎn)問(wèn)題。

(1)研究方法：國(guó)外在評(píng)價(jià)氣候和土地利用變化對(duì)水資源影響普遍應(yīng)用由美國(guó)農(nóng)業(yè)部開發(fā)的SWAT模型，國(guó)內(nèi)也應(yīng)用這個(gè)模型做了一些研究工作，但此模型所需的模型參數(shù)是根據(jù)美國(guó)的土壤類型進(jìn)行分類的，與國(guó)內(nèi)劃分的土壤類型存在差距，因此，在國(guó)內(nèi)生搬硬套此模型必然會(huì)引起對(duì)其模擬結(jié)果精確性的質(zhì)疑。雖然國(guó)內(nèi)在相關(guān)研究領(lǐng)域也開發(fā)出了一些模型，但從目前來(lái)看想要獲得國(guó)際上普遍認(rèn)可仍有很長(zhǎng)的路要走?；诖?，建議國(guó)內(nèi)加強(qiáng)這方面的研究力度，可將序列趨勢(shì)分析法作為理論基礎(chǔ)，模型法作為框架，應(yīng)用國(guó)內(nèi)實(shí)測(cè)資料作為輸入數(shù)據(jù)，開發(fā)與研究出適宜國(guó)內(nèi)且國(guó)際上普遍認(rèn)可的模型。

(2)研究?jī)?nèi)容：以往研究成果更側(cè)重于氣候變化對(duì)水資源的影響，而土地利用變化對(duì)水資源影響的成果較少，在二者綜合作用下對(duì)水資源影響的成果則更少；定性單因子變化對(duì)水資源影響的研究成果較多，定量及多因子變化對(duì)水資源影響的成果較少；多數(shù)的研究成果是針對(duì)氣候或土地利用變化對(duì)徑流量的影響，而水資源是由地表與地下水資源兩個(gè)有機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的，僅研究各因子對(duì)地表或地下徑流量的影響，不足以有效反應(yīng)各因子對(duì)水資源的影響。由于各因子間也是相互作用的，建議研究中應(yīng)盡量考慮各因子綜合作用下對(duì)水資源的直接影響。今后應(yīng)著重增加薄弱方面的研究，加強(qiáng)未來(lái)水資源預(yù)估方面的研究，有效利用與管理水資源。

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2016-05-11

王哲(1992—)，男，東華理工大學(xué)碩士研究生。

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