基于INVEST 模型的資水流域產(chǎn)水量及其對(duì)環(huán)境響應(yīng)的評(píng)估分析

周懿琳，毛德華

（湖南師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410081）

水是人類賴以生存的自然資源，同時(shí)也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)賴以發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)［1］。隨著城市化進(jìn)程加快，社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)水資源的生態(tài)占用逐漸加強(qiáng)，對(duì)水循環(huán)水環(huán)境的干預(yù)加強(qiáng)，再加上氣候變化引起水源供給的不確定性［2］，導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能減弱［3］，為了使水資源滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展又不對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生破壞，定量地研究水生態(tài)系統(tǒng)的水源供給功能尤為重要。目前，較為成熟的水文分析模型以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估模型有SWAT 模型、INVEST 模型等，INVEST 模型因其參數(shù)小、數(shù)據(jù)要求低［4］，且INVEST 模型的產(chǎn)水量模塊（Water yield）可以定量化地估算一個(gè)區(qū)域的產(chǎn)水量，精度較高，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，國(guó)外學(xué)者如Manish 等［5］研究了泰國(guó)松克拉姆河流域土地利用變化及其對(duì)產(chǎn)水量的影響；Bastola 等［6］估算了尼泊爾巴格馬蒂盆地的產(chǎn)水量；Kim 等［7］對(duì)朝鮮森林產(chǎn)水量進(jìn)行了量化。中國(guó)學(xué)者對(duì)阿克蘇流域［8］、石羊河上游［9］、大凌河上游［10］、海南島［11］、大連市［12］、丹江口庫(kù)區(qū)［13］、東北地區(qū)［14］、橫斷山區(qū)［15］等區(qū)域的產(chǎn)水量空間格局以及影響因素進(jìn)行了研究，且模型估算效果較好，有助于當(dāng)?shù)貙?duì)水資源的合理利用和規(guī)劃。由于不同區(qū)域自然環(huán)境以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)不同，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，中國(guó)學(xué)者對(duì)產(chǎn)水量的研究集中于生態(tài)環(huán)境脆弱的西北干旱地區(qū)、東北地區(qū)以及西南的橫斷山區(qū)，對(duì)中部地區(qū)產(chǎn)水量研究較少，資水為長(zhǎng)江流域洞庭湖水系的四大水系之一，也是洞庭湖水系的第三大支流，資水流域具有豐富的水資源，關(guān)于資水流域的研究，主要有劉培亮等［16］研究了資水流域汛期徑流量的變化規(guī)律，張愛(ài)玲等［17］基于SWAT 模型模擬了資水流域徑流量，向鵬等［18］研究了資水營(yíng)養(yǎng)鹽變化規(guī)律及水質(zhì)，而資水流域?qū)儆趤啛釒駶?rùn)地區(qū)，植被覆蓋度高，降水豐富，徑流量大，基于INVEST 模型的產(chǎn)水量模塊，研究了 2005 年、2010 年和 2015 年資水流域的產(chǎn)水量情況，并根據(jù)背景分析法，分析了資水流域降水量和土地利用變化對(duì)產(chǎn)水量的影響，通過(guò)對(duì)資水流域產(chǎn)水量定量化評(píng)估，有利于合理規(guī)劃流域水資源，促進(jìn)流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

資水為長(zhǎng)江流域洞庭湖水系的四大水系之一，也是洞庭湖水系的第三大支流（圖1），發(fā)源于城步苗族自治縣的雪峰山東麓，流經(jīng)洞口、武岡、隆回、邵陽(yáng)、新邵、冷水江、新化、安化、桃江、赫山、資陽(yáng)等縣（市）。流域涉及湖南省邵陽(yáng)、益陽(yáng)、婁底、永州、懷化、常德和廣西壯族自治區(qū)桂林等7 個(gè)地級(jí)市的24個(gè)縣（市），全長(zhǎng)653 km。資水流域?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年均溫在20 ℃左右，年降水量在1 200～1 800 mm，氣候溫和濕潤(rùn)，風(fēng)景優(yōu)美，適宜居住，流域地勢(shì)西南高東北低，主要分布有丘陵、盆地和山丘，丘陵和盆地占40%，山丘占50%，其余為平原湖區(qū)。資水流域多年平均徑流量為252×108m3。徑流量年際變化較大，最大年徑流量為378.8×108m3。資水流域在湖南省的面積占比為95.4%，在廣西占比為4.6%，考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性以及統(tǒng)計(jì)方便，本研究選取了資水流域在湖南省的部分區(qū)域。

圖1 資水流域分布范圍及其水系

2 研究方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 INVEST 模型

式中，YXJ表示研究區(qū)域的年產(chǎn)水量，AETXJ表示年均實(shí)際蒸散量，PX表示年均降水量。

式中，RXJ為無(wú)量綱干燥指數(shù)，由潛在蒸散量與降水量的比值而得。

式中，ET0為年平均潛在蒸散量，KXJ為柵格單元中不同土地覆被類型對(duì)應(yīng)的植被蒸散系數(shù)，其值可以通過(guò)查閱資料獲得。

式中，AWCX為植物可利用含水量，其數(shù)值由土壤深度、土壤質(zhì)地以及有機(jī)質(zhì)含量決定。Z是Zhang系數(shù)，是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，不同研究區(qū)域其數(shù)值也不同。

2.2 背景分析法

INVEST 模型產(chǎn)水量模塊基于水量平衡原理，研究區(qū)的產(chǎn)水量定義為降水量扣除蒸散量后剩余的水量，其中蒸散量包括植物蒸騰和地表蒸發(fā)，所以降水量是影響區(qū)域產(chǎn)水量的氣候因素，而蒸散量主要受土地利用/覆被影響，為了進(jìn)一步探究氣候變化（降水量）和人類活動(dòng)（土地利用/覆被）對(duì)產(chǎn)水量的影響，設(shè)計(jì)了2 種背景，背景1 輸入的降水?dāng)?shù)據(jù)為2005年、2010 年，土地利用/覆被數(shù)據(jù)為 2010 年、2015 年，降水?dāng)?shù)據(jù)保持不變，探究2005—2010、2005—2015、2010—2015 年土地利用/覆被對(duì)產(chǎn)水量的影響；背景2 輸入的土地利用/覆被數(shù)據(jù)為 2005 年、2010 年，降水?dāng)?shù)據(jù)為2010 年、2015 年，土地利用/覆被數(shù)據(jù)保持不變，探究2005—2010、2005—2015、2010—2015 年氣候變化對(duì)產(chǎn)水量的影響。

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

2.3.1 土地利用/覆被數(shù)據(jù) 研究需要的土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn/），其數(shù)據(jù)分辨率為30 km，數(shù)據(jù)精度較高，可以很好地反映研究區(qū)的真實(shí)情況，土地利用類型包括耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地和未利用土地6 個(gè)一級(jí)類型以及25 個(gè)二級(jí)類型。對(duì)獲得的湖南省 2005 年、2010 年、2015 年土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪，得到資水流域的土地利用數(shù)據(jù)。

2.3.2 年均降水量 降水量數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn/），為中國(guó)1980 年以來(lái)逐年年降水量空間插值數(shù)據(jù)集，分辨率為1 km，該數(shù)據(jù)集精度較高。選取2004—2006年、2009—2011 年、2013—2015 年的數(shù)據(jù)，通過(guò) Arcgis 柵格計(jì)算器進(jìn)行平均處理，得到2005 年、2010年、2015 年的降水量插值數(shù)據(jù)。

文件查詢功能是用戶對(duì)系統(tǒng)存儲(chǔ)的用戶專屬數(shù)據(jù)的查詢，用戶登錄可在文件目錄中查看專屬文件列表，利用FileSystem.listStatus()方法可獲取用戶專屬數(shù)據(jù)的狀態(tài)[4]。通過(guò)系統(tǒng)查詢功能設(shè)置查詢文件名，利用seacherFiles()方法實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的查詢，查詢功能實(shí)現(xiàn)封裝在UserFile類中，部分功能實(shí)現(xiàn)的代碼如下：

2.3.3 年平均潛在蒸散量 潛在蒸散量是指在保持充分供給的土壤或水面，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)或植物蒸騰能達(dá)到的最大蒸發(fā)量。計(jì)算潛在蒸發(fā)量的公式有聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織FAO 推薦的Penman-Monteith 公式（PM）、Hargreaves 公式、改進(jìn)的 Hargreaves 公式（Modified-Hargreaves）等，其中PM 公式所需要的氣象數(shù)據(jù)較多，包括最高氣溫、最低氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速等，且公式所需參數(shù)較多，因此受到了限制。本研究采用改進(jìn)的Hargreaves［19］公式，數(shù)據(jù)獲取容易且計(jì)算結(jié)果可靠。在中國(guó)氣象網(wǎng)下載2004—2006 年、2009—2011 年、2013—2015 年逐日降水、氣溫以及輻射數(shù)據(jù)，通過(guò)公式計(jì)算得到 2005 年、2010 年、2015 年的潛在蒸散量，在Arcgis 中進(jìn)行插值，得到2005 年、2010年、2015 年年均潛在蒸散量柵格數(shù)據(jù)集。

式中，TAV為研究區(qū)平均每日最高氣溫和最低氣溫的均值，℃；TD為這兩者的差值，℃，P為月平均降雨量；RA為天文輻射量，MJ/（m2·d）。

2.3.4 土壤數(shù)據(jù) 土壤數(shù)據(jù)下載于寒旱區(qū)數(shù)據(jù)中心（http：//www.ncdc.ac.cn/portal/），該數(shù)據(jù)來(lái)源于聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）和維也納國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)研究所（IIASA）構(gòu)建的世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)（Harmonized World Soil Database version 1.1）（HWSD），中國(guó)境內(nèi)數(shù)據(jù)源為第二次全國(guó)土地調(diào)查南京土壤所提供的1∶100 萬(wàn)土壤數(shù)據(jù)。通過(guò)Arcgis 裁剪獲得資水流域的土壤數(shù)據(jù)，該土壤數(shù)據(jù)屬性包括FA090 土壤分類系統(tǒng)中土壤名稱、土壤參考深度、土壤質(zhì)地（沙含量、淤泥含量、黏土含量）以及土壤的各種物理屬性參數(shù)等。土壤限制深度來(lái)源于土壤數(shù)據(jù)。

植物可利用含水量數(shù)據(jù)來(lái)源于土壤數(shù)據(jù)。

式中，SAN為沙含量，%；SIL為粉粒含量，%；CLA為黏土含量，%；C為有機(jī)質(zhì)含量，%；PAWC可通過(guò)Arcgis 中字段計(jì)算器計(jì)算獲得。

2.3.5 流域分區(qū) 高程（DEM）數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站，其分辨率為30 m，通過(guò)Arcgis 提取，得到所研究的資水流域高程圖，經(jīng)過(guò)填洼、流向、流量分析，得到研究區(qū)的流量、流向，然后對(duì)其進(jìn)行河網(wǎng)分級(jí)、傾瀉點(diǎn)捕捉，形成集水區(qū)，共形成226 個(gè)流域分區(qū)，每一個(gè)流域分區(qū)賦予一個(gè)惟一值。

2.3.6 其余數(shù)據(jù) INVEST 模型需要輸入蒸散發(fā)相關(guān)系數(shù)，包括植被蒸散系數(shù)以及最大根系深度，可以參考相關(guān)研究成果，或查閱聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織相關(guān)資料獲得［20，21］。

Z參數(shù)是表示區(qū)域降水特征的常數(shù)，數(shù)值為1～30，不同區(qū)域?qū)?yīng)不同的數(shù)值，因此要對(duì)研究區(qū)的Z參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)。模型的校準(zhǔn)選用資水流域的多年平均徑流量252×108m3，資水流域徑流量數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)河流泥沙公報(bào)，通過(guò)不斷調(diào)整Z參數(shù)，當(dāng)Z參數(shù)取 28.5 時(shí)，2005 年產(chǎn)水量總體積為 332.17×108m3，2010 年產(chǎn)水量總體積為 280.45×108m3，2015 年產(chǎn)水量總體積為317.48×108m3，與多年徑流量值最為接近，而且根據(jù)Donohue 等［22］對(duì)澳大利亞一系列氣候條件的研究，發(fā)現(xiàn)降雨次數(shù)越多，Z值越大，所以Z參數(shù)取28.5 也符合資水流域的降雨事件。

3 結(jié)果與分析

將產(chǎn)水量模型需要的數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，運(yùn)行模型，得到 2005 年、2010 年、2015 年的產(chǎn)水量分布（圖 2），從時(shí)間尺度來(lái)看，2005—2015 年，產(chǎn)水總量先降低又升高，但變化幅度不大，2005 年產(chǎn)水量為352.789～1 616.91 mm，年平均產(chǎn)水量為1 153.39 mm，產(chǎn)水總體 積 為 332.17×108m3；2010 年 產(chǎn) 水 量 為 216.216～1 470.7 mm，年平均產(chǎn)水量為973.81 mm，產(chǎn)水總體積 為 280.45×108m3；2015 年 產(chǎn) 水 量 為 282.342～1 622.23 mm，年平均產(chǎn)水量為1 102.37 mm，產(chǎn)水總體積為317.48×108m3。從空間尺度來(lái)看，3 個(gè)年份產(chǎn)水量的空間格局為北高南低，從婁底市以北到益陽(yáng)市，產(chǎn)水量較高，婁底市以南到邵陽(yáng)市，產(chǎn)水量相對(duì)較低。2005 年到2010 年，產(chǎn)水量整體空間格局變化較小，2005 年婁底市以南到邵陽(yáng)市綠色區(qū)域較2010 年多，2005 年安化縣、桃江縣西部產(chǎn)水量較2010 年多，其余地區(qū)產(chǎn)水量空間變化較小。2005 年到2015 年，邵陽(yáng)市南部新寧縣、城步苗族自治縣的產(chǎn)水量明顯增多，其余地區(qū)產(chǎn)水量空間變化不大。

圖2 2005—2015 年資水流域產(chǎn)水量分布

為了更好地區(qū)分產(chǎn)水量變化情況以及產(chǎn)水量高低格局，將資水流域劃分為3 個(gè)等級(jí)，由于資水流域產(chǎn)水量較高，所以等級(jí)劃分只是相對(duì)資水流域劃分，產(chǎn)水量＜1 150 mm，為低產(chǎn)水量區(qū)；產(chǎn)水量在1 150～1 250 mm，為中產(chǎn)水量區(qū)；產(chǎn)水量＞1 250 mm，為高產(chǎn)水量區(qū)。從整體來(lái)看（圖3），資水流域產(chǎn)水量大部分都處于低中水平，根據(jù)不同產(chǎn)水量等級(jí)統(tǒng)計(jì)（表1），2005 年低產(chǎn)水量區(qū)面積為 12 544.97 km2，占流域面積的43.51%；中產(chǎn)水量區(qū)面積為16 148.87 km2，占流域面積的56.01%；高產(chǎn)水量區(qū)面積為138.27 km2，占流域面積的0.48%，可以看出2005年資水流域產(chǎn)水量大部分處于中等水平。2010年產(chǎn)水量變化幅度較大，全部為低產(chǎn)水量區(qū)，中產(chǎn)水量和高產(chǎn)水量區(qū)都下降到了0。2015年低產(chǎn)水量區(qū)面積為21 289.35 km2，占流域面積的73.84%；中產(chǎn)水量區(qū)面積為7 542.76 km2，占流域面積的26.16%；高產(chǎn)水量區(qū)面積為0，2005 年至2015 年，低產(chǎn)水量區(qū)整體呈上升趨勢(shì)。

圖3 各處理經(jīng)濟(jì)效益分析

表1 2005—2015 年產(chǎn)水量等級(jí)面積占比

圖3 2005—2015 年資水流域產(chǎn)水等級(jí)分布

4 土地利用變化和氣候變化對(duì)產(chǎn)水量的影響

4.1 土地利用變化對(duì)產(chǎn)水量的影響

2005—2015 年資水流域的各類土地利用面積均發(fā)生了變化，從整體上來(lái)看，資水流域最主要的土地利用類型是林地，林地在各類土地利用中所占面積最大，占資水流域面積的62%；其次是耕地，耕地面積占資水流域面積的32%，耕地和林地面積占比也反映了湖南省是林業(yè)和農(nóng)業(yè)大省，其森林生態(tài)系統(tǒng)在全球也具有很高的代表性；水域占資水流域面積的2%；城鄉(xiāng)工礦居民用地和草地面積接近，未利用土地面積占比最小。根據(jù)2005—2015 年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表2），2005—2015 年，耕地、林地、草地呈減少狀態(tài)，耕地減少的最多，減少了187.62 km2，水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地、未利用土地呈增加狀態(tài)，城鄉(xiāng)工礦居民用地增加的最多，增加了212.51 km2，說(shuō)明2005—2015 年，城市化進(jìn)程加快，城鄉(xiāng)工礦居民用地在增加。耕地向林地和城鄉(xiāng)工礦居民用地轉(zhuǎn)移的最多，說(shuō)明在城市化進(jìn)程加快的同時(shí)，人們的生態(tài)文明意識(shí)也加強(qiáng)，逐步退耕還林；林地向耕地、草地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地轉(zhuǎn)移較多；草地主要向耕地和林地轉(zhuǎn)移；城鄉(xiāng)工礦居民用地向耕地轉(zhuǎn)移的最多，占轉(zhuǎn)移面積的7%；未利用土地轉(zhuǎn)移面積變化不大。

表2 2005—2015 年資水流域土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 （單位：km2）

4.1.1 不同土地利用類型產(chǎn)水量和蒸散發(fā)分析 土地利用/覆被是通過(guò)下墊面來(lái)影響蒸散發(fā)過(guò)程的，下墊面不同，蒸散發(fā)的大小也不同。利用Arcgis 的分區(qū)統(tǒng)計(jì)功能，分別統(tǒng)計(jì)了 2005 年、2010 年、2015 年 6種土地利用類型的產(chǎn)水量（圖4），從2005 年到2015年，耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地和未利用土地均呈先減少后增加的趨勢(shì)，2010 年各個(gè)土地利用類型的產(chǎn)水量最少。城鄉(xiāng)工礦居民用地和未利用土地產(chǎn)水量較大，其次是草地、耕地、林地和水域。再對(duì) 2005 年、2010 年、2015 年不同土地利用類型的實(shí)際蒸散發(fā)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（圖5），發(fā)現(xiàn)水域＞林地＞耕地＞草地＞城鄉(xiāng)工礦居民用地＞未利用土地，城鄉(xiāng)工礦居民用地多為不透水地面，未利用土地多為荒地，下滲少，且植被相對(duì)較少，對(duì)降水的截留作用少，降落到地面的水大多形成地表徑流，再加上城鄉(xiāng)工礦居民用地和未利用土地的蒸散量較小，所以其產(chǎn)水量較高。草地、耕地、林地植被較多，對(duì)降水截留較多，可以將降水有效保存，且其土壤多為壤土，含水量較高，再加上蒸散發(fā)的共同作用，使得草地產(chǎn)水量大于耕地和林地。

圖4 不同土地利用類型的產(chǎn)水量

圖5 不同土地利用類型實(shí)際蒸散發(fā)

4.1.2 土地利用變化對(duì)產(chǎn)水量的影響 背景1 中，為了探究土地利用變化對(duì)產(chǎn)水量的影響，在2005年的降水條件下，改變土地利用數(shù)據(jù)，當(dāng)土地利用數(shù)據(jù)為2010 年，年平均產(chǎn)水量為1 137.96 mm，產(chǎn)水總體積為327.73×108m3，與2005 年真實(shí)場(chǎng)景相比，年平均產(chǎn)水量下降了15.43 mm，產(chǎn)水總體積下降了4.44×108m3，2005—2015 年在土地利用變化的情況下，年平均產(chǎn)水量為1 133.549 mm，產(chǎn)水總體積為326.46×108m3，與2005年真實(shí)場(chǎng)景相比，年平均產(chǎn)水量下降了19.84 mm，產(chǎn)水總體積下降了5.71×108m3。在2010年降水條件下，土地利用數(shù)據(jù)為2015年，年平均產(chǎn)水量為988.67 mm，產(chǎn)水總體積為284.73×108m3，與2010 年真實(shí)情景相比，年平均產(chǎn)水量上升了14.86 mm，產(chǎn)水總量上升了4.28×108m3，根據(jù)產(chǎn)水量數(shù)值變化情況，土地利用變化對(duì)產(chǎn)水量的影響不大。從產(chǎn)水量區(qū)來(lái)看（圖6、表3），2005—2010 年，在土地利用/覆被變化的情況下，低產(chǎn)水量區(qū)上升了16.29%，中產(chǎn)水量區(qū)下降了16.05%，高產(chǎn)水量區(qū)上升了0.24%。2005—2015 年，低產(chǎn)水量區(qū)上升了18.30%，中產(chǎn)水量區(qū)下降了18.06%，高產(chǎn)水量區(qū)上升了 0.24%。2010—2015 年，與基準(zhǔn)年 2010 年相比，產(chǎn)水量區(qū)沒(méi)有變化，全部為低產(chǎn)水量區(qū)。2005—2015 年，耕地、林地、草地呈減少狀態(tài)，水域呈增加狀態(tài)，再加上這幾類土地利用類型產(chǎn)水量較低，導(dǎo)致2005—2015 年低產(chǎn)水量區(qū)增加，而 2005—2015 年高產(chǎn)水量區(qū)增加，可能是城鄉(xiāng)工礦居民用地、未利用土地增加的緣故。

圖6 土地利用變化下的產(chǎn)水量區(qū)

表3 土地利用變化下產(chǎn)水量區(qū)面積占比

4.2 氣候變化對(duì)產(chǎn)水量的影響

降水量和蒸散量是影響產(chǎn)水量大小的氣候要素，為了更直觀地顯示降水量和蒸散量對(duì)產(chǎn)水量的影響，分別對(duì) 2005 年、2010 年、2015 年平均降水量和產(chǎn)水量、平均潛在蒸散發(fā)和產(chǎn)水量進(jìn)行了相關(guān)分析（表4），經(jīng)過(guò)計(jì)算，降水量與產(chǎn)水量呈正相關(guān)，降水量越多，產(chǎn)水量越多；蒸散量與產(chǎn)水量呈負(fù)相關(guān)，蒸散量越多，產(chǎn)水量越小，且降水量、潛在蒸散發(fā)均與產(chǎn)水量在0.01 水平上顯著相關(guān)。資水流域2005 年降水量為 1 384.81～1 684.22 mm，2010 年降水量為1 186.49～1 567.49 mm，2010 年降水量相比 2005 年有所下降，2015 年降水量為 1 336.77～1 713.43 mm，降水量與2005 年較為接近。降水量的空間格局與產(chǎn)水量一致，2005 年、2010 年、2015 年降水量都是中部偏北較高，南部較低，從安化到桃江降雨量較多，而邵陽(yáng)為江南丘陵大地形區(qū)，夏季炎熱少雨，是有名的干旱丘陵區(qū)。2005 年潛在蒸散量為0～1 147 mm，2010 年潛在蒸散量為 0～1 217.1 mm，2015 年潛在蒸散量為0～1 274.7 mm，2005—2015 年潛在蒸散量變化不大。

表4 產(chǎn)水量與降水量、潛在蒸散發(fā)的相關(guān)系數(shù)

背景2 中，資水流域土地利用為2005 年，當(dāng)輸入2010 年的降水量數(shù)據(jù)時(shí)，資水流域年平均產(chǎn)水量988.67 mm，產(chǎn)水總體積為 284.73×108m3，2005—2010 年在氣候變化的情況下，年平均產(chǎn)水量下降了164.72 mm，產(chǎn)水總體積下降了 47.44×108m3，這與2010 年降水量較2005 年降水量有所下降相吻合，降水量越少，產(chǎn)水量越少。2005—2015 年在氣候變化的情況下，年平均產(chǎn)水量為1 122.02 mm，產(chǎn)水總體積為 323.14×108m3，與 2005 年相比，年平均產(chǎn)水量下降了31.37 mm，產(chǎn)水總體積下降了9.03×108m3。當(dāng)土地利用數(shù)據(jù)為2010 年，降水量數(shù)據(jù)為2015 年，年平均產(chǎn)水量為1 106.73 mm，產(chǎn)水總體積為318.73×108m3，與 2010 年真實(shí)情況相比，年平均產(chǎn)水量上升了132.92 mm，產(chǎn)水總體積上升了38.28×108m3，產(chǎn)水量上升表明2015 年較2010 年降水量有所增多。根據(jù)產(chǎn)水量區(qū)（圖7、表5）來(lái)看，2005—2010 年，低產(chǎn)水量區(qū)面積占比上升了56.49%，中產(chǎn)水量區(qū)與高產(chǎn)水量區(qū)下降為0。2005—2015 年，低產(chǎn)水量區(qū)面積占比上升了10.35%，中產(chǎn)水量區(qū)下降了10.34%，高產(chǎn)水量區(qū)下降了0.01%。2010—2015年，低產(chǎn)水量區(qū)有35.51%上升為高產(chǎn)水量區(qū)。通過(guò)2005—2015 年產(chǎn)水量變化情況，可以看出2005 年降水量最大，其次是2015 年，2010 年降水量最小，降水量與產(chǎn)水量息息相關(guān)，對(duì)產(chǎn)水量影響較大。

圖7 氣候變化下的產(chǎn)水量區(qū)

表5 氣候變化下產(chǎn)水量區(qū)面積占比

為了對(duì)比降水量和土地利用/覆被對(duì)產(chǎn)水量的貢獻(xiàn)程度，通過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn) 2005—2010 年、2005—2015 年、2010—2015 年，土地利用變化對(duì)產(chǎn)水量的貢獻(xiàn)分別為為8.57%、38.80%、10.06%，降水量變化對(duì)產(chǎn)水量的貢獻(xiàn)分別為91.43%、61.20%、89.94%。通過(guò)對(duì)比，可以看出降水量對(duì)產(chǎn)水量的影響更大。

5 結(jié)論

資水流域?qū)儆趤啛釒駶?rùn)地區(qū)，植被覆蓋度高，降水豐富，徑流量大。通過(guò)對(duì)資水流域產(chǎn)水量定量化評(píng)估，有利于合理規(guī)劃流域水資源，促進(jìn)流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本試驗(yàn)基于INVEST 模型的產(chǎn)水量模塊，研究了 2005 年、2010 年、2015 年資水流域的產(chǎn)水量情況，并根據(jù)資水流域產(chǎn)水量具體情況，劃分了3 個(gè)等級(jí)產(chǎn)水量區(qū)，分別為低產(chǎn)水量區(qū)、中產(chǎn)水量區(qū)、高產(chǎn)水量區(qū)。其次根據(jù)背景分析法，模擬了資水流域降水量和土地利用變化情況下，對(duì)產(chǎn)水量的影響。2005—2015 年，產(chǎn)水總量先降低又升高，但變化幅度不大，2005 年、2010 年和 2015 年平均產(chǎn)水量分別為 1 153.39、973.81、1 102.37 mm，產(chǎn)水總體積為332.17×108、280.45×108、317.48×108m3，3 個(gè)年份產(chǎn)水量的空間格局為北高南低，從婁底市以北到益陽(yáng)市，產(chǎn)水量較高，婁底市以南到邵陽(yáng)市，產(chǎn)水量相對(duì)較低。根據(jù)等級(jí)劃分，資水流域大多處于低中產(chǎn)水量區(qū)。

2005—2015 年，耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地和未利用土地產(chǎn)水量均是呈先減少后增加的局勢(shì)，城鄉(xiāng)工礦居民用地和未利用土地產(chǎn)水量最大，其次是草地、耕地、林地和水域，對(duì)不同土地利用類型的實(shí)際蒸散發(fā)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，蒸散發(fā)大小順序?yàn)樗颍玖值兀靖兀静莸兀境青l(xiāng)工礦居民用地＞未利用土地。

降水量和產(chǎn)水量呈正相關(guān)，潛在蒸散發(fā)和產(chǎn)水量呈負(fù)相關(guān)，且二者均與產(chǎn)水量在0.01水平上顯著相關(guān)。

背景分析下，2005—2010 年、2005—2015 年、2010—2015 年，土地利用變化對(duì)產(chǎn)水量的貢獻(xiàn)分別為為8.57%、38.80%、10.06%，降水量變化對(duì)產(chǎn)水量的貢獻(xiàn)分別為91.43%、61.20%、89.94%。通過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)降水量對(duì)產(chǎn)水量的影響更顯著，土地利用對(duì)產(chǎn)水量的影響較小。