氣候變化對(duì)水文水資源影響的研究進(jìn)展

李曉娟

(棗莊市水資源試驗(yàn)站， 山東 棗莊 277800)

氣候變化對(duì)水文水資源影響的研究進(jìn)展

李曉娟

(棗莊市水資源試驗(yàn)站， 山東 棗莊 277800)

自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，氣候變化問(wèn)題成了全世界關(guān)注的焦點(diǎn)，各國(guó)政府都加大對(duì)氣候變化所引起環(huán)境問(wèn)題的重視，尤其是因氣候變化對(duì)水文水資源的影響是不容忽視的。文章將對(duì)當(dāng)前氣候變化對(duì)水文水資源的相關(guān)研究展開(kāi)論述。

氣候變化； 水文水資源； 研究； 影響

據(jù)權(quán)威觀測(cè)資料顯示：在20世紀(jì)，全球平均氣溫約上升0.6℃，而結(jié)合當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式以及多排放影響，估計(jì)到21世紀(jì)末期，全球平均地表溫度上升范圍在1.1～6.4℃。這一氣候變化將會(huì)對(duì)全球水文循環(huán)產(chǎn)生極大影響，如：在時(shí)空劃分上，水資源分布會(huì)產(chǎn)生變化，進(jìn)而區(qū)域降水、蒸發(fā)、土壤濕度等都會(huì)受到不同程度的影響。可以說(shuō)，在當(dāng)前背景下，氣候問(wèn)題已經(jīng)成為了全球關(guān)注的焦點(diǎn)，各國(guó)均有相關(guān)專家致力于氣候變化對(duì)水文水資源的影響研究，為今后水資源開(kāi)發(fā)和利用提供參考資料。

1 我國(guó)關(guān)于氣候變化對(duì)水文水資源影響研究的工作進(jìn)展

從1985年開(kāi)始，我國(guó)將氣候變化研究工作納入到重點(diǎn)工作中。1988年組織實(shí)施了以中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)自然科學(xué)基金為支持的“中國(guó)氣候與海平面變化及其趨勢(shì)和影響的研究”課題，同時(shí)在國(guó)家科委等相關(guān)部門(mén)的領(lǐng)導(dǎo)和支持下，水利部水文局、南京水利科學(xué)研究院開(kāi)展了“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目?！鞍宋濉笨萍脊リP(guān)項(xiàng)目氣候變化對(duì)水文水資源的影響及適應(yīng)對(duì)策研究框架如下頁(yè)圖所示。該項(xiàng)研究主要以漢江、黃河、淮河、松花江、遼河等為對(duì)象，通過(guò)構(gòu)建集總式水量平衡模型來(lái)分析氣候變化對(duì)流域徑流的影響，集合GCMS分析結(jié)果，對(duì)今后各流域水資源情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。在研究過(guò)程中，氣候情景的建構(gòu)主要有兩種方法：一是以區(qū)域氣候可能出現(xiàn)的變化進(jìn)行人為的假設(shè)；二是以大氣中二氧化碳增加情況為基礎(chǔ)，構(gòu)建七個(gè)大氣環(huán)流模型，并對(duì)可能出現(xiàn)的結(jié)果進(jìn)行模擬。我國(guó)有關(guān)氣候變化影響水文模型主要有：經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型、概念性降水徑流模型、水量平衡模型三種，同時(shí)為了研究結(jié)果的準(zhǔn)確性還建立了氣候變化影響的水資源綜合評(píng)價(jià)模型。該綜合評(píng)價(jià)模型主要包括供水系統(tǒng)和需水系統(tǒng)，其中供水系統(tǒng)又分為地表水及地下水，并通過(guò)水路調(diào)度模型和地下水均衡模型完成描述；而需水系統(tǒng)由三部分構(gòu)成，分別為生活、工業(yè)及農(nóng)田灌溉，研究過(guò)程中主要以氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)用水影響為主，該研究過(guò)程是通過(guò)農(nóng)田土壤水平衡模型來(lái)進(jìn)行描述的。

“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目氣候變化對(duì)水文水資源的影響及適應(yīng)對(duì)策研究框架圖

2 氣候變化對(duì)我國(guó)水文水資源影響研究

氣候變化對(duì)全球水文水資源產(chǎn)生了一定的影響，這是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。同樣，對(duì)于我國(guó)而言，這種影響也尤為顯著，因此在今后的研究中應(yīng)當(dāng)加大重視力度。

2.1 氣候變化對(duì)我國(guó)降水分布和降水強(qiáng)度影響分析

首先，氣候變化對(duì)降水量影響。山東省各站年平均溫度和年降水量?jī)A向率見(jiàn)表1。從表1可以看出山東省西部地區(qū)年降水量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。根據(jù)研究表明，不同地區(qū)所受影響程度是不同的，例如：我國(guó)西部地區(qū)，在氣候變化影響作用下，其降水總量呈現(xiàn)出逐漸增加的跡象；而我國(guó)西南地區(qū)降水量則呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，因此從這一方面分析可知，在氣候變化影響作用下，我國(guó)不同地區(qū)在降水總量上的表現(xiàn)是不同的。其次，氣候變化對(duì)降水強(qiáng)度的影響不同。不同地區(qū)降水強(qiáng)度的特點(diǎn)是不同的，例如：對(duì)于我國(guó)東部地區(qū)來(lái)說(shuō)，降水強(qiáng)度明顯降低，而對(duì)于西部地區(qū)而言，無(wú)論是降水頻率還是強(qiáng)度較以往相比都有不同程度的增加，但是應(yīng)當(dāng)注意的是西部地區(qū)降水量的增加并沒(méi)有引起水資源利用率的提升，究其原因在于降水量增加的同時(shí)受到氣候變暖的影響，水分蒸發(fā)量也在增加，進(jìn)而導(dǎo)致水資源利用率提高并不明顯。

表1 山東省各站年平均溫度和年降水量?jī)A向率(R：mm/10a；T：0.01℃/10a)

2.2 氣候變化對(duì)我國(guó)冰川融化影響分析

在全球氣候變暖趨勢(shì)影響下，我國(guó)冰川融化速度較過(guò)去相比明顯增加，造成我國(guó)冰川面積減少，進(jìn)而對(duì)以冰川徑流為重要補(bǔ)給的河流徑流降低。另外我國(guó)水循環(huán)系統(tǒng)受到氣候變化影響也是不容忽視的，嚴(yán)重情況下還可能引發(fā)一系列的自然災(zāi)害，在這種情況之下，必須提高對(duì)氣候變化的認(rèn)識(shí)，加大其對(duì)水文水資源影響的研究和分析，構(gòu)建水文水資源變化檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)科學(xué)合理的方法運(yùn)用來(lái)進(jìn)行水文水資源變化的預(yù)測(cè)，為防范措施的制定提供參考依據(jù)，同時(shí)為水資源利用率的提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 氣候變化對(duì)水文水資源影響的研究方式

氣候變化影響研究中代表性評(píng)價(jià)模型見(jiàn)表2。從表2中可知當(dāng)前關(guān)于氣候變化影響研究的評(píng)價(jià)模型較多，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展關(guān)于氣候變化影響的研究也在不斷的深入。受到氣候變化與水文水資源關(guān)系特殊性的影響，在進(jìn)行這一方面研究過(guò)程中，主要以氣候變化對(duì)降水、流域氣溫以及蒸發(fā)等為指標(biāo)，通過(guò)對(duì)這些內(nèi)容的研究和預(yù)測(cè)可以進(jìn)一步了解和掌握流域供水影響、徑流增加等相關(guān)的情況，為今后水資源利用提供可靠的參考依據(jù)。

表2 氣候變化影響研究中的代表性評(píng)價(jià)模型

3.1 氣候變化的情景生成技術(shù)

區(qū)域不同，氣候變化情況也不同，且這種變化具有一定的不確定性和復(fù)雜性。在實(shí)踐中，關(guān)于氣候變化預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性是不可控的，即使運(yùn)用了情景生成技術(shù)，也僅僅只能預(yù)測(cè)變化情況中的一種，是最可能發(fā)生的情景的預(yù)測(cè)，具體內(nèi)容可包括對(duì)氣候變化時(shí)間、氣候分布以及狀態(tài)等的預(yù)測(cè)。根據(jù)當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)水平以及有關(guān)水文水資源研究成果分析來(lái)看，氣候變化情景生成技術(shù)主要包括任意情景設(shè)置和長(zhǎng)期歷史資源分析兩種，其中以長(zhǎng)期歷史資源方式為對(duì)象進(jìn)行分析為主。長(zhǎng)期歷史資料分析方式在進(jìn)行氣候變化影響研究的過(guò)程中，關(guān)于水文水資源影響主要有時(shí)間類比法、空間類比法以及古代相似法三種。首先，時(shí)間類比法就是以歷史數(shù)據(jù)資料為依托，通過(guò)對(duì)當(dāng)時(shí)氣候變化情況的分析來(lái)探尋氣候冷暖具體狀態(tài)，進(jìn)而得出氣候變化態(tài)勢(shì)下對(duì)水文資源的影響；其次，空間類比方法是以指定區(qū)域氣候變化情況等同于區(qū)域氣候變化的具體情況，但是受到大氣環(huán)流、地形條件等諸多因素的影響，這種對(duì)比方法準(zhǔn)確性不高；最后，古代相似法在應(yīng)用過(guò)程中是以古氣候變化規(guī)律為參考，結(jié)合地質(zhì)地貌變化將其有機(jī)的運(yùn)用到現(xiàn)代氣候情景中，利用現(xiàn)代化技術(shù)手段，建立氣候變化情景并進(jìn)行類比分析，進(jìn)而得出氣候變化對(duì)水文水資源的影響結(jié)果。

3.2 水文模型技術(shù)

目前，水文模型技術(shù)主要包括經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型、分布式水文模型。經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型構(gòu)建過(guò)程中是以同期降水量、氣溫和徑流量為參考，通過(guò)對(duì)這些歷史數(shù)據(jù)資料的對(duì)比分析，并集合三者之間的關(guān)系來(lái)構(gòu)建統(tǒng)計(jì)模型，以總結(jié)出氣候變化規(guī)律。在模型構(gòu)建過(guò)程中，必須對(duì)環(huán)境因素的影響進(jìn)行重點(diǎn)分析，常見(jiàn)的環(huán)境因素包括地址地貌、流域面積以及植被情況等。另外區(qū)域的不同，其反蒸騰效益和發(fā)生洪澇的次數(shù)也是不同的，因此由此產(chǎn)生的氣溫變化也是存在一定差異的，這就要求在研究過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)以區(qū)域平均變化情況為依據(jù)，針對(duì)變化較大的效應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，得出各項(xiàng)參考指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果，最大限度地保證氣候變化規(guī)律的科學(xué)性和合理性。分布式水文模型構(gòu)建是以植被、土地利用情況、地形、土壤、降水量等指標(biāo)為依據(jù)，對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行水文模型單位的劃分，并以單獨(dú)的單元為研究對(duì)象，利用統(tǒng)計(jì)分析方法得出該流域的變化特性，因此分布式水文模型的優(yōu)點(diǎn)就是可以最大限度地保障大陸尺度的清晰度。

4 結(jié) 論

綜上所述，在可持續(xù)戰(zhàn)略發(fā)展背景下，關(guān)于氣候變化對(duì)水文水資源影響研究至關(guān)重要，因此在實(shí)踐研究過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持整體的研究思路，結(jié)合具體情況選擇水文模型，實(shí)現(xiàn)氣候環(huán)境與水文模型的有機(jī)結(jié)合，綜合研究區(qū)域內(nèi)環(huán)境和人為因素等影響，探尋氣候變化規(guī)律，總結(jié)對(duì)水文水資源的影響，為水資源利用率的提升提供基礎(chǔ)，為我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略創(chuàng)造條件。

[1] 胡華浪.土地利用/覆蓋變化對(duì)永定河流域水文過(guò)程的可能影響模擬[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2016(3).

[2] 王國(guó)慶.氣候、植被變化與水文循環(huán)響應(yīng)研究進(jìn)展及展望[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2016(2).

Research progress of climate change influence on hydrology and water resources

LI Xiaojuan

(ZaozhuangWaterResourcesExperimentalStation,Zaozhuang277800,China)

Climate change has become a focus of attention all over the world since the 21st century. Governments of different countries pay more and more attention to environmental problems caused by climate changes, and especially the influence of climate change on hydrology and water resources cannot be ignored. In the paper, related research of influence of current climate changes on hydrology and water resources is discussed.

climate change; hydrology and water resources; research; influence

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.04.018

TV11

A

2096-0131(2017)04- 0055- 03