国内水资源演变研究进展及对都江堰供水区水资源演变研究的启示

吴 鉴，李志琴，刘 飞，王君勤

(1.四川省都江堰管理处，四川 都江堰，611800；2.四川省水利科学研究院，成都，610072)

1 前言

四川省都江堰供水区当地水资源总量为100.69亿m3，计入入境水量(岷江及区域内中小河流)后水资源总量为272.91亿m3，而可利用水资源仅182.36亿m3。供水区当地水资源人均仅有406m3，按联合国教科文组织制定的水资源丰缺标准应属于极度缺水区，即使计入入境水资源后人均水资源也只提高到1071m3，仍属中度缺水区。随着成渝经济区和供水区内社会经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，人类社会对水资源的数量和质量都提出了越来越高的要求。为保障区域供水安全，适应我省国民经济和社会可持续发展，实现水资源的可持续利用，开展都江堰供水区水资源演变研究是十分必要的。

水资源演变规律研究的目的在于把握环境变化的水资源状况、评估水资源和水循环对环境变化及各驱动因素的响应。目前，水资源演变研究主要集中于两个方面：水资源演变规律和趋势分析，水资源演变归因分析。所采用的研究方法主要有：统计分析法、统计模型、概念性集总式水文模型以及具有物理机制的分布式水文模型四种方法。而在驱动因子的研究上则主要集中在气候变化、土地利用/覆被变化以及人工取用水三个类别。

水资源演变的驱动因子包含自然因素与人为因素。自然因素主要包括气候因素如降水、日照、风速等，以及下垫面条件；人为因素包括人类活动对土地利用/土地覆盖的改变和人类对水资源的开发利用。

由于在水资源复杂的演变过程中，各驱动因子共同作用，相互影响，且水资源演变也对驱动因子有反馈作用从而再作用于水资源演变，因此，定量地分析每个驱动因子对水资源演变的机理以及准确预测变化环境的水资源演变趋势已经成为水资源演变研究的难点。随着计算机技术发展越来越成熟，大尺度分布式水文模型的计算让水资源演变的定量分析越来越接近实际。

2 气候变化对水资源演变的研究进展

气候变化是水资源演变的重要驱动因子。总体看来，全球变暖背景下大部分地区年平均降水量呈增加趋势，年平均径流量多呈减少趋势。

数理统计、相关分析、水文模型等方法是诊断气候变化背景下区域水文变化最为常用的工具。不确定性是未来气候变化影响评价中存在的最大问题，是开展未来气候变化研究的重要方向和核心内容。

王国庆[1]分析了黄河流域未来气温及降水的变化趋势，发现未来30年(2021-2050年)黄河流域气温将持续显著升高，流域降水总体可能增多，但对降水变化预估的不确定性较大；受气候变化影响，黄河流域未来水资源量较基准期可能会略微偏少，流域水资源供需矛盾可能进一步加剧。

张建云[2]发现由于气温升高导致的冰川积雪融化，青藏高原多数区域地表河川径流量呈现增加趋势，季节过程也发生了明显变化，长江、怒江和雅鲁藏布江河源区径流增加趋势尤为显著。未来预测分析认为，随着冰川积雪的减少，融雪径流将会减少，部分河流径流量会出现由增转减的“拐点”，这将导致该区域的水资源安全面临新的问题和挑战。

王苓如[3]发现洪泽湖以上流域气温升高，流域水量实际蒸发会增加，导致水资源量呈减少的趋势；径流年内分配受降水变化影响较大，随着降水增加，径流年内分配更集中，加大年内径流分配差异，可能加大流域湖泊调蓄压力。

流域水资源供需矛盾可能进一步加剧，不确定性是未来气候变化影响评价中存在的最大问题，是开展未来气候变化研究的重要方向和核心内容。通过以上文献分析，都江堰供水区面临着随着气候变暖气温升高，流域水量实际蒸发会增加，水资源量呈减少的趋势；径流年内分配受降水变化影响较大，随着降水增加，径流年内分配更集中，加大年内径流分配差异，水资源安全面临新的问题和挑战。

3 土地利用/覆被变化对水资源演变的研究进展

土地利用和土地覆盖变化改变了研究区的地形地貌，不仅影响区域的水文循环，而且对区域水文过程和生态过程均具有较为明显的影响。不同地区的土地利用变化对水文过程的影响存在一定的差异，土地利用与水文过程的相互作用机制是水资源演变的研究重点之一。

在气候变化和绿洲开发日益增强的驱动作用下，祖拜代·木依布拉[4]发现新疆克里雅河流域土地利用/覆被发生了较大的变化，水土资源供需矛盾日益突出，使流域可持续性研究突显其重要性。采用地理信息系统和相关统计法分析了克里雅河流域1995-2015年土地利用/覆被与景观格局变化过程，气候变化背景下的地表径流变化和植被生长状况，以及在气候和人类活动影响下的流域水资源利用结构时空变化特征，评价了流域水资源供需平衡和绿洲稳定性，为流域水土资源的合理规划提出了对策和建议。

孔祥伦[5]研究黄河三角洲近30年土地利用/覆被结构变化、变化轨迹时空特征及景观格局，发现1996-2016年黄河三角洲耕地、人工水体、建设用地面积呈增加趋势，未利用地、林地、草地和天然水体面积减少；林地、未利用地呈快速减少趋势。人工水体、建设用地及耕地的增加速度不断减缓；草地和天然水体于1986-1996年缓慢增加，1996年后持续减少。

毛熙彦[6]分析土地利用对水资源影响研究在内容和方法层面的发展，并对研究中存在的不确定性来源进行分析。在内容方面，现有研究关注的用地类型更为全面，尺度更加多样，更加关注土地利用变化空间分布的影响，强调土地利用与气候变化对水资源影响的区别与联系。在技术方面，情景分析和分布式水文模型应用十分广泛，土地利用变化模型也逐步为更多的研究所采用。随着研究向复杂化和模型化发展，研究中存在的不确定性有所增加，不确定性的量化对于研究的深入发展十分必要。除此之外，分析土地利用规划与水资源管理目标之间的潜在冲突以及在情景构建中考虑水资源变化对土地利用的制约，也应当在未来研究中有所体现。

“人为因素”驱动轨迹的景观破碎度、集聚程度和结构复杂程度均高于“自然因素”驱动轨迹，人类活动在研究区土地利用/覆被变化过程中起主导作用。随着成渝经济区和四川省都江堰供水区内社会经济的快速发展，开展都江堰供水区土地利用和植被覆被变化研究是水资源演变的研究重点之一。

4 水利工程建设及人工取水对水资源演变的研究进展

温川[7]采用实地调研和实测数据分析的研究方法，从玛河灌区水资源的演变趋势及开发利用两个方面，详细说明了工程运行对灌区水资源时空分布、防洪调度、生态环境以及水生生物的影响。研究表明新疆肯斯瓦特水利枢纽工程建设能提高灌区水资源的利用效率，并不会对灌区水资源及生态环境产生过多负面影响。

方绍东[8]根据近年昆明市水资源量监测及其开发利用的有关资料，昆明城市发展进程中水资源总量呈减少趋势，用水结构发生变化，生活用水缓慢增加，生产用水小幅减少，城市绿化等其他用水大幅度增长，供用水矛盾日益突出。GDP总量用水量增大，用水效率提高，饮用水水源地水质也呈下降趋势。随着经济社会快速发展，滇池流域水资源将不能满足昆明市发展的需要，城市用水将依赖于外流域远距离调水。

都江堰灌区内已开展多项水利枢纽工程建设，随着成渝经济区和四川省都江堰供水区内社会经济的快速发展，城市规模扩大，用水大幅度增长，供用水矛盾日益突出，开展都江堰供水区水利工程建设及人工取水对水资源的影响是水资源演变的研究重点之一。

5 分布式水文模型应用研究进展

分布式水文模型是研究环境变化下水文效应的重要方法，在探索水文变化规律、预测未来径流等方面发挥了重要作用。分布式水文模型可以耦合其他因素的基础上进行归因分析，因此，分布式水文模型一般需要较为详细的水文、气象、土壤、植被等资料，相关研究中模型应用区域总体资料较为齐全，大多数模型的模拟结果也令人满意，但其在资料缺乏地区的应用还存在较大的限制[9]。此外，环境变化改变了区域下垫面条件，破坏了水文序列的一致性，因此，开展变化环境下的水文过程动态模拟研究也是未来水文科学发展的重要方向。

金聪[10]以新兴江流域为研究区域，整合流域下垫面信息与气象数据，基于GIS平台构建了SWAT分布式水文模型。模型率定期与验证期的总径流相对误差均在±10%以内，Nash-Sutcliffe系数均在0.90以上，总体模拟效果十分理想。降水与气温的变化给流域径流带来不同程度的影响，径流量对降水变化的响应比气温更加敏感。通过径流模拟，SWAT模型可以为变化环境下新兴江流域的水资源规划与管理工作提供有效的参考依据。

田富强[11]以雅鲁藏布江为对象，利用水文分区曲线对降雨、融雪和融冰等不同水源主导的流量过程进行划分，以划分的流量过程线子集对相应水文过程参数进行分步率定，提高了水文模型参数的物理性，以此构建了雅鲁藏布江流域分布式水文模型及参数集，内部多个水文站点和流域雪水当量的验证表明模型具有良好的性能。基于模型解析了2001-2015年间雅鲁藏布江的径流水源组成，对高山寒区径流的水源解析有普遍意义，结果对理解气候变化下雅鲁藏布江径流变化趋势有参考价值。

金君良[12]以嘉陵江流域为研究对象，构建了嘉陵江流域大尺度分布式VIC模型，通过4个水文站以上流域的水文模拟试验，结果表明建立的VIC模型能有效地模拟嘉陵江流域各典型站的日、月径流过程，模拟的水量平衡误差在5%以内，日径流过程模拟的确定性系数均在70%以上，月径流过程模拟的确定性系数超过90%。该模型可以用来分析环境变化对嘉陵江流域水资源及洪水过程的影响。

夏军[13]以南水北调中线工程联系的跨汉江、黄河和海河多个流域的区域水循环模拟、环境变化影响与水安全研究。重点论述了跨流域调水的大尺度分布式水文模型(LDTVGM)的研究与展望。目的是探讨变化环境下跨流域调水的分布式水循环模型的建立，发展区域水循环动力学-非线性系统-多源不确定性分析与综合的理论与影响评估方法，为分析应对气候变化和高强度人类活动影响的区域水资源安全及应对措施的风险管理，提供科学依据。

随着成渝经济区和四川省都江堰供水区内社会经济的快速发展，有必要开展都江堰供水区水资源演变的研究。开展水文、气象、土壤、植被等因素相互耦合的分布式水文模型是未来都江堰供水区水资源演变研究的重要方法。

6 结语

随着人类活动加剧、气候变暖，气温升高，全球性气候变化造成海平面上升、冰川融化，气候变化对水资源演变过程的影响受到人们越来越多的关注。而城市化发展改变了下垫面条件，增加了不透水面积，使洪涝灾害频发，这些问题对流域水资源管理提出了挑战。气候变化对水文过程具有直接影响，加强气候变化风险和不确定性分析是未来水资源演变研究的重点。

土地利用变化通过改变流域下垫面特征进而影响区域水资源状况，同时，区域水文情势对土地利用具有一定的反馈作用；流域分布式水文模型为开展环境变化影响评价提供了有力的手段，随着监测技术的日益完善，充分利用多源数据进行资料缺乏地区和变化环境条件下的水文模拟，是未来水资源演变研究的重要方向。

随着城市规模扩大，经济社会快速发展，饮用水水源地水质呈下降趋势，流域水资源将不能满足城市发展的需要，城市用水将依赖于外流域远距离调水。开展都江堰供水区水利工程建设及人工取水对水资源的影响是水资源演变的研究重点之一。

随着成渝经济区和四川省都江堰供水区内社会经济的快速发展，有必要开展都江堰供水区水资源演变的研究。开展水文、气象、土壤、植被等因素相互耦合的分布式水文模型是未来都江堰供水区水资源演变研究的重要方法。