黃河流域水資源演變規(guī)律與二元演化模型

1、“黃河流域水資源演變規(guī)律與二元演化模型”研究成果簡介賈仰文 王 浩摘要摘要: 本文簡要介紹了在國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(“973”)項(xiàng)目“黃河流域水資源演變規(guī)律與可再生性維持機(jī)理”第二課題(G1999043602)中取得的三項(xiàng)主要成果：1) 流域水資源二元演化模型, 2) 黃河流域水資源全口徑層次化動態(tài)評價, 3) 人類活動影響下的黃河流域水資源演化規(guī)律。首先，將分布式流域水文模型 (WEP-L) 和集總式水資源調(diào)配模型(WARM)相耦合，建立了流域水資源二元演化模型。然后，在界定“廣義水資源”與“狹義水資源”概念的基礎(chǔ)上，提出了水資源全口徑層次化動態(tài)評價方法，并給出了黃河流域評價成果。最后，

2、通過比較 2000 年現(xiàn)狀下墊面條件下與歷史系列條件下的評價結(jié)果，以及考慮與不考慮人工取用水條件下的模擬結(jié)果，初步發(fā)現(xiàn)：1）黃河流域在強(qiáng)烈的人類活動影響下，水資源量及其構(gòu)成均發(fā)生了顯著變化，地表水資源量衰減,而不重復(fù)地下水量增加；2）在狹義水資源衰減的同時，伴隨著有效蒸散即降水有效利用的增加，流域廣義水資源量有一定幅度增加。研究成果對客觀評價水土保持生態(tài)建設(shè)、農(nóng)田基本建設(shè)等土地利用變化的水文水資源效應(yīng)，對黃河的治理規(guī)劃和水安全戰(zhàn)略具有重要參考應(yīng)用價值。1 前言 “黃河流域水資源演變規(guī)律與二元演化模型”研究是國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃（“973”）項(xiàng)目“黃河流域水資源演變規(guī)律與可再生性維持機(jī)理”中

3、的第二課題(G1999043602)，研究歷時 5 年（1999 年 10 月2004 年 9 月） 。該課題主要完成單位是：中國水利水電科學(xué)研究院水資源研究所、中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、水利部黃河委員會水文局、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，主要完成人員有：王 浩、賈仰文、王建華、秦大庸、李麗娟、羅翔宇、周祖昊、嚴(yán)登華、王 玲、張學(xué)成、劉廣全、秦大軍、張新海、江 東、楊貴羽。受篇幅限制，本文將簡要介紹在該課題中取得的三項(xiàng)主要成果，即：1)流域水資源二元演化模型, 2) 黃河流域水資源全口徑層次化動態(tài)評價, 3) 人類活動影響下的黃河流域水資源演化規(guī)律。詳細(xì)內(nèi)容請參見有關(guān)參考文獻(xiàn)1,2。

4、隨著人類活動的日益加劇，天然狀態(tài)下的流域水循環(huán)模式發(fā)生了根本性改變，出現(xiàn)了由“取水輸水用水排水回歸”五個基本環(huán)節(jié)構(gòu)成的人工側(cè)枝循環(huán)圈，形成“天然人工”雙驅(qū)動力作用下的流域“二元”水循環(huán)模式。這種“二元”模式導(dǎo)致流域水資源形勢加速演變，洪澇與旱災(zāi)發(fā)生的幾率與不確定性增加，同樣規(guī)模的洪水造成的損失急劇增大，同時還引起生態(tài)與環(huán)境變化。迄今為止，國內(nèi)外水資源評價方法與實(shí)踐均是基于“實(shí)測還原”的一元靜態(tài)模式36，即通過實(shí)測水文要素后，再把實(shí)測水文系列中隱含的人類活動影響扣除， “還原”到流域水資源的天然“本底”狀態(tài)。但是，隨著人類活動日益加劇, 還原比例越來越大，受資料條件等客觀因素的限制和選取還原參數(shù)

5、時人為主觀隨意性的影響，應(yīng)用還原法難以獲取“天然”和“人工”二元驅(qū)動力作用下的水資源量“真值”。同時，現(xiàn)行水資源評價方法還存在以下問題：1）以地表水和地下水構(gòu)成的徑流性水資源為評價口徑，評價口徑不全面，難以反映水資源的多元有效性（如生態(tài)植被對土壤水的有效利用等） ；2）以分離評價為基本模式，如地表水評價與地下水評價相分離、水資源量評價與開發(fā)利用評價相分離，難以適應(yīng)水資源綜合規(guī)劃需求；3）難于反映下墊面變化對現(xiàn)狀可利用水資源的影響；4）采取分區(qū)集總式的評價方法，在描述水資源的空間變異特征和指導(dǎo)開發(fā)利用方面存在一定的局限。因此傳統(tǒng)水資源評價方法和評價手段亟待改進(jìn)。黃河流域(面積 795 000 k

6、m2) 在中國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一直發(fā)揮著重要作用。黃河流域概況見圖 1。九十年代以來，黃河流域出現(xiàn)了水資源嚴(yán)重短缺，生態(tài)環(huán)境惡化, 下游斷流持續(xù)時間越來越長。這種狀況既與近年降水偏少有關(guān)，又與強(qiáng)烈的人類活動影響密不可分。據(jù)統(tǒng)計，目前黃河流域干流共建成 12 座大型水庫 (總庫容 563 億 m3)、 支流大中型水庫 (總庫容 100 億 m3) 以及大量水土保持設(shè)施；灌溉面積由二十世紀(jì)五十年代的 80 萬 ha 增加到 2000 年 730萬 ha。人類活動不僅改變了水循環(huán)過程，同時對水資源的數(shù)量及其構(gòu)成產(chǎn)生重大影響。因此，開展黃河水資源動態(tài)評價，即分析黃河流域水資源在過去、現(xiàn)在及未來下墊面條件

7、下的變化并找出其演化規(guī)律，對黃河流域水資源可持續(xù)開發(fā)利用具有重要意義。圖圖 1 黃河流域概況黃河流域概況2 模型開發(fā)20 世紀(jì) 80 年代中期以來，隨著計算機(jī)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)的進(jìn)步，分布式流域水文模型7,8得到很大發(fā)展?；谖锢頇C(jī)制的分布式流域水文模型，可結(jié)合遙感、航測、數(shù)字流域9及地理信息系統(tǒng)等新技術(shù)進(jìn)行較為細(xì)致的水文分析與預(yù)測，能夠分析不同下墊面條件下的流域水資源演變情景，為開展水資源動態(tài)評價創(chuàng)造了條件。本研究將大流域分布式水文模型 (WEP-L) 和集總式水資源調(diào)配模型(WARM)相耦合，建立起流域水資源二元演化模型。WEP-L (Water and Energy trans

8、fer Processes in Large river basins) 模型是在綜合了分布式水文模型和陸面過程模型各自優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上開發(fā)的，模擬對象為“天然人工”二元水循環(huán)系統(tǒng)。該模型建立在 WEP 模型基礎(chǔ)之上，但為適應(yīng)黃河這樣的超大流域，采用“子流域內(nèi)等高帶”為計算單元，并用“馬賽克”法考慮計算單元內(nèi)土地覆被的多樣性，避免了采用過粗網(wǎng)格單元產(chǎn)生的模擬失真問題。針對各水循環(huán)要素過程時間尺度不同的特點(diǎn)，計算時采用了 1h 至 1d 的“變時間步長”，既合理表述了水循環(huán)動力學(xué)機(jī)制又提高了計算效率。研究中根據(jù) 1km 分辨率 DEM(數(shù)字高程模型)以及數(shù)字化河網(wǎng)等空間信息數(shù)據(jù),將全黃河流域劃分為具

9、有空間拓?fù)潢P(guān)系的 8485個子流域和 38720 個等高帶，采用 45 年（19562000）水文氣象系列數(shù)據(jù)及相應(yīng)下墊面條件進(jìn)行了模擬計算，并根據(jù)黃河流域主要水文站逐月和逐日徑流系列進(jìn)行了模型校驗(yàn)。2.1 大流域分布式水文模型 WEP-L WEP-L 模型各基本計算單元內(nèi)的垂直方向結(jié)構(gòu)如圖 2(a)所示。從上到下包括植被或建筑物截留層、地表洼地儲留層、土壤表層、過渡帶層、淺層地下水層和深層地下水層等。狀態(tài)變量包括植被截留量、洼地儲留量、土壤含水率、地表溫度、過渡帶層儲水量、地下水位及河道水位等。主要參數(shù)包括植被最大截留深、土壤滲透系數(shù)、土壤水分吸力特征曲線參數(shù)、地下水透水系數(shù)和產(chǎn)水系數(shù)、河床

10、的透水系數(shù)和坡面、河道的糙率等。為考慮基本計算單元內(nèi)土地利用的不均勻性，采用了“馬賽克”法即把基本計算單元內(nèi)的土地歸成數(shù)類，分別計算各類土地類型的地表面水熱通量，取其面積平均值為計算單元的地表面水熱通量。土地利用首先分為裸地植被域、灌溉農(nóng)田、非灌溉農(nóng)田、水域和不透水域 5 大類。裸地植被域又分為裸地、草地和林地類，不透水域分為城市地面與都市建筑物 2 類。另外，為反映表層土壤的含水率隨深度的變化和便于描述土壤蒸發(fā)、草或作物根系吸水和樹木根系吸水，將透水區(qū)域的表層土壤分割成 3 層。在水循環(huán)各要素模擬中，截留、土壤、水面和植被蒸騰等蒸發(fā)項(xiàng)，按照土壤-植被-大氣通量交換方法(SVATS)、采用 N

11、oilhanPlanton 模型、Penman 公式和 Penman-Monteith 公式等進(jìn)行了詳細(xì)計算。地表徑流分為超滲和蓄滿兩種產(chǎn)流模式分別采用 GreenAmpt 模型和 Richards 方程計算，對山坡斜面土壤層進(jìn)行了壤中流計算，淺層地下水運(yùn)動進(jìn)行了二維數(shù)值計算并與非飽和土壤水及河水進(jìn)行了動態(tài)耦合，積雪融化過程采用溫度指標(biāo)法。詳細(xì)內(nèi)容請參見 WEP 模型的有關(guān)參考文獻(xiàn)1,10,11。 (a) (b) 河道匯流坡地匯流基本計算單元（等高帶）123945q2q3q4q668q57Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9q1圖圖 2大流域分布式水文模型大流域分布式水文模型 WEP-L 的結(jié)

12、構(gòu)：的結(jié)構(gòu)：(a) 垂向結(jié)構(gòu)（基本計算單元內(nèi)）垂向結(jié)構(gòu)（基本計算單元內(nèi)） ，(b)平面結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu) WEP-L 模型的平面結(jié)構(gòu)如圖 2(b)所示。坡面匯流計算根據(jù)各等高帶的高程、坡度與 Manning 糙率系數(shù)，采用維運(yùn)動波法將坡面徑流由流域的最上游端追跡計算至最下游端。各條河道的匯流計算，根據(jù)有無下游邊界條件采用維運(yùn)動波法或動力波法計算。地下水流動分山丘區(qū)和平原區(qū)分別進(jìn)行數(shù)值解析，并考慮其與地表水、土壤水及河道水的水量交換。2.2 集總式水資源調(diào)配模型 WARM取用水等人工側(cè)支水循環(huán)過程與自然水循環(huán)過程需要耦合模擬，以反映流域水資源實(shí)際演化機(jī)理。為此，本研究開發(fā)了集總式水資源調(diào)配模型 WAR

13、M (Water Allocation and Regulation Model), WARM 模型包括兩部分: 一是水資源合理配置模型（結(jié)構(gòu)示意見圖 3） ，二是水資源調(diào)度模型。WEP-L 模型與 WARM 模型的耦合見圖 4: 1) 具體通過 WEP-L 分布式模擬結(jié)果的時空尺度聚合與 WARM 集總式調(diào)控結(jié)果的時空展布來實(shí)現(xiàn); 2) 耦合模擬包括兩種類型，一是歷史系列或是某個時間斷面的模擬；二是對于未來過程或某一時間斷面的模擬; 3) 耦合是雙向和交互式的：WEP-L 模型為 WARM 模型提供來水信息、WARM 模型為 WEP-L 模型提供各類用水要求和水利工程的調(diào)度規(guī)則，并通過信息反

14、饋不斷修正。圖圖 3 水資源合理配置模型結(jié)構(gòu)示意圖水資源合理配置模型結(jié)構(gòu)示意圖 反饋 輸入 WEP 模型 月調(diào)度模型 實(shí)時調(diào)度模型 控制 反饋 合理配置模型 年調(diào)度模型 控制 反饋 控制 反饋 水資源調(diào)配模型 圖圖 4 大流域分布式水文模型大流域分布式水文模型 WEP-L 與水資源調(diào)配模型與水資源調(diào)配模型 WARM 的耦合的耦合2.3 輸入數(shù)據(jù)處理與模型參數(shù) 輸入數(shù)據(jù)的處理包括：（1）河網(wǎng)水系生成、子流域劃分及其編碼，基本計算單元（等高帶）的劃定與計算順序的確定；（2）降水等氣象要素的時空展布；（3）下墊面要素信息（如土地利用、土壤、水文地質(zhì)、植被、水庫、湖泊、河道、灌區(qū)、水土保持等）的綜合處

15、理；（4）社經(jīng)濟(jì)要素（人口、GDP、灌溉面積、糧食產(chǎn)量等）和各類取用水信息的時空展布；（5）準(zhǔn)備 8485 個子流域、河道（包括空間拓?fù)潢P(guān)系）的基本屬性表，38720 個計算單元的基本屬性表，以及上述各類數(shù)據(jù)的輸入文件，為 WEP-L 模型的應(yīng)用創(chuàng)造條件。WARM WEP-L 模型的參數(shù)可分為三類。一類是地表面及河道系統(tǒng)參數(shù)，包括坡面和河道的曼寧糙率、河床材料的覆蓋厚度及透水系數(shù)、城市土地利用的不透水率及地表洼地最大儲留深；再一類是植被參數(shù)，包括植被覆蓋率、最大截留深、葉面指數(shù)（LAI） 、空氣動力學(xué)阻抗、葉孔阻抗及根系分布參數(shù)；最后一類是土壤與含水層參數(shù)，包括土壤層厚度、土壤空隙度、土壤入滲

16、濕潤峰吸力、飽和土壤導(dǎo)水系數(shù)、土壤水分吸力特征曲線參數(shù)、土壤水分導(dǎo)水系數(shù)關(guān)系參數(shù)、含水層厚度、含水層導(dǎo)水系數(shù)和含水層產(chǎn)水系數(shù)等。所有參數(shù)均有物理意義，理論上講可根據(jù)觀測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行推算而無需率定。但由于這些參數(shù)在每個計算單元內(nèi)仍具有空間變異性，模擬計算時往往使用其單元內(nèi)平均參數(shù)或稱有效參數(shù)，因此通常仍根據(jù)流量過程線及地下水位的觀測結(jié)果對一些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。WEP-L 模型的關(guān)鍵參數(shù)包括飽和土壤導(dǎo)水系數(shù)、城市土地利用的不透水率、地表洼地最大儲留深、曼寧糙率、含水層導(dǎo)水系數(shù)、含水層產(chǎn)水系數(shù)和河床材料透水系數(shù) 7 個。2.4 模型驗(yàn)證本研究進(jìn)行了 1956 至 2000 年共 45

17、年的變時間步長(1h-1d)連續(xù)模擬計算。其中 1980 年至 2000 年的 21 年取為模型校正期，主要校正參數(shù)包括土壤飽和導(dǎo)水系數(shù)、河床材料透水系數(shù)和 Manning 糙率、各類土地利用的洼地最大截留深以及地下水含水層的傳導(dǎo)系數(shù)及給水度等。校正準(zhǔn)則包括：（1）模擬期年均徑流量誤差盡可能?。唬?）Nash-Sutcliffe 效率盡可能大；（3）模擬流量與觀測流量的相關(guān)系數(shù)盡可能大。模型校正后，保持所有模型參數(shù)不變，對 1956 年至2000 年（驗(yàn)證期）的連續(xù)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證基礎(chǔ)為 23 個主要水文測站45 年逐日和逐月實(shí)測徑流系列。黃河部分主要水文斷面實(shí)測河川徑流模擬校驗(yàn)結(jié)果見表

18、 1。唐乃亥站、蘭州站和花園口站 45 年天然河川月徑流過程模擬校驗(yàn)結(jié)果見圖 5。從校驗(yàn)結(jié)果來看，19562000 系列各站多年平均實(shí)測徑流量、模型 Nash-Sutcliffe 效率系數(shù)以及月徑流過程均擬合的比較好。因此，所構(gòu)建的模型具有較高模擬精度，可應(yīng)用于黃河流域二元水循環(huán)過程模擬和水資源演變規(guī)律分析。表表 1 黃河部分主要水文斷面實(shí)際河川徑流模擬校驗(yàn)結(jié)果黃河部分主要水文斷面實(shí)際河川徑流模擬校驗(yàn)結(jié)果水文站實(shí)測年均徑流（108m3）計算年均徑流（108m3）相對誤差Nash-Sutcliffe 效率唐乃亥 (黃河干流）205.6203.1-1.2%0.821貴德 (黃河干流）207.221

19、0.41.5%0.819蘭州 (黃河干流）313.1312.9-0.1%0.787三門峽 (黃河干流）357.9353.0-1.4%0.621花園口 (黃河干流）390.6395.31.2%0.689(a) 010002000300040005000600019561958196019621964196619681970197219741976197819801982198419861988199019921994199619982000月流量 (m3/s)0100200300400500月降水量 (mm)面積平均降水量模擬流量實(shí)測流量(b) 0100020003000400050006000

20、19561958196019621964196619681970197219741976197819801982198419861988199019921994199619982000月流量(m3/s)0100200300400500月降水量 (mm)面積平均降水量模擬流量實(shí)測流量(c) 02000400060008000100001200019561958196019621964196619681970197219741976197819801982198419861988199019921994199619982000月流量 (m3/s)0100200300400500月降水量(mm)面積

21、平均降水量模擬流量實(shí)測流量圖圖 5 實(shí)測月徑流過程模擬校驗(yàn)結(jié)果：實(shí)測月徑流過程模擬校驗(yàn)結(jié)果：(a) 唐乃亥站，唐乃亥站，(b)蘭州站，蘭州站，(c) 花園口站花園口站3 水資源層次化動態(tài)評價方法水資源的本質(zhì)特征包括有效性、可控性和可再生性三個方面，水資源評價相應(yīng)地有三個評價準(zhǔn)則。有效性是指，對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境具有效用的水分均可以看作是水資源；可控性是指，在對人類具有效用的水分中，通過采取工程措施可以開發(fā)利用的那一部分水分；可再生性是指，水資源在流域水循環(huán)形成和轉(zhuǎn)化過程中，其作為可再生性資源的充分必要條件是保持流域水循環(huán)過程的相對穩(wěn)定。由此可見，根據(jù)有效性準(zhǔn)則定義的水資源包括了降水中的有效

22、部分和徑流性水資源，是一種廣義水資源；在廣義水資源范疇內(nèi)，根據(jù)可控性準(zhǔn)則定義的水資源是傳統(tǒng)水資源評價的徑流性水資源，即狹義水資源。在狹義水資源范疇內(nèi)，進(jìn)一步從可再生性準(zhǔn)則出發(fā)，在自然條件和經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下能夠被工程系統(tǒng)一次性開發(fā)利用的最大潛在量可定義為水資源的國民經(jīng)濟(jì)可利用量。廣義水資源總量等于不重復(fù)的有效蒸散發(fā)量與狹義水資源總量之和，可用式（1）表示：Ws（RsRg）EpEssEes （1）上式中： Ws廣義水資源量；Rs地表水資源量；Rg不重復(fù)的地下水資源量；Ep冠層截流蒸發(fā)量；Ess地面截流有效蒸發(fā)；Ees與地表水、地下水不重復(fù)的土壤水有效蒸發(fā)量。本研究認(rèn)為，林草冠層蒸發(fā)可直接降低植

23、物表面和體內(nèi)的溫度，對維護(hù)植物正常生理是有益的，因此林草冠層截流蒸發(fā)是有效的；居民與工業(yè)用地是人類居住和活動的集散地，蒸發(fā)可以起到降溫、濕潤等直接的環(huán)境作用，本次研究認(rèn)為這一部分蒸發(fā)也是有效的。對于地面截流蒸發(fā)，本次研究認(rèn)為居民與工業(yè)用地上的地面截流蒸發(fā)、作物和林草棵間截流蒸發(fā)分別對于人類和生態(tài)環(huán)境主體是有直接環(huán)境效用的，應(yīng)將其納入到有效的廣義水資源范疇。對于難利用土地截流蒸發(fā)（沼澤地除外）、稀疏草地的大棵間截流蒸發(fā)等都作為無效蒸發(fā)；對于土壤水蒸散發(fā)當(dāng)中，蒸騰耗散的水分直接參與了生物量的生成屬于有效水分，另外居民與工業(yè)用地土壤蒸發(fā)、作物和林草棵間土壤蒸發(fā)對于人類和生態(tài)環(huán)境主體也有直接環(huán)境效用，

24、作為有效蒸發(fā)。潛水蒸散發(fā)是從狹義的地下水資源轉(zhuǎn)化而來，全部屬于有效水分。本研究中狹義水資源評價的口徑與傳統(tǒng)水資源評價口徑一致，即地表水資源量與不重復(fù)的地下水資源量之和。4 水資源評價結(jié)果在 2000 年現(xiàn)狀下墊面和取用水影響情景下，黃河流域 19562000 年系列各二級分區(qū)的廣義水資源評價結(jié)果見表 2。從表 2 結(jié)果看出，黃河流域19562000 系列平均降水量為 3563108m3，現(xiàn)狀下墊面和取用水影響情景下平均廣義水資源量為 2756.6108m3占降水的 77.4，其中非徑流性有效水分為2080108m3，是徑流性狹義水資源的 3.1 倍，這表明以土壤水等其他形式賦存的有效降水對于經(jīng)

25、濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)起到重要的支撐作用。在各二級區(qū)當(dāng)中，三花區(qū)間的廣義水資源占降水比例最高，占 94.7，而內(nèi)流區(qū)比例廣義水資源比例最低，占 54.2。表表 2 現(xiàn)狀條件下黃河流域廣義水資源評價結(jié)果現(xiàn)狀條件下黃河流域廣義水資源評價結(jié)果 （單位：（單位：108m3）有效降水利用量水資源分區(qū)降水量狹義水資源農(nóng)田有效蒸散林草有效蒸散居工地有效蒸發(fā)總量廣義水資源黃黃 河河 區(qū)區(qū)3563.0 676.4890.91173.315.92080.12756.6龍羊峽以上632.3212.15.5227.20.1232.8444.8龍羊峽至蘭州433.0116.148.5182.81.0232.3348.4蘭州至河口

26、鎮(zhèn)427.653.7119.6116.72.8239.1292.9河口鎮(zhèn)至龍門480.249.2144.6143.00.6288.2337.4龍門至三門峽1038.9143.5386.8330.16.7723.6867.1三門峽至花園口274.750.389.6118.51.6209.7260.0花園口以下157.832.085.820.82.9109.5141.5內(nèi) 流 區(qū)118.619.510.534.10.144.764.3表表 3 現(xiàn)狀條件下黃河流域狹義水資源評價現(xiàn)狀條件下黃河流域狹義水資源評價 （單位：（單位：108m3）地下水資源量水資源分區(qū)地表水資源量資源總量不重復(fù)資源量狹義水資

27、源總量黃黃 河河 區(qū)區(qū)548.7404.2127.7676.4龍羊峽以上210.165.31.9212.1龍羊峽至蘭州112.837.03.4116.1蘭州至河口鎮(zhèn)18.558.635.253.7河口鎮(zhèn)至龍門42.340.06.949.2龍門至三門峽104.5125.139.0143.5三門峽至花園口39.235.111.050.3花園口以下18.023.614.032.0內(nèi) 流 區(qū)3.319.516.219.5黃河流域 19562000 年系列分區(qū)狹義水資源評價結(jié)果見表 3。從表 3 結(jié)果可以看出，2000 年現(xiàn)狀下墊面和取用水條件下黃河流域傳統(tǒng)的狹義水資源總量為 676.4108m3，其中

28、地表水資源量為 548.7108m3，地下水資源量為404.2108m3，不重復(fù)的地下水資源量為 127.7 108m3?，F(xiàn)狀條件下 19562000 年系列黃河干流各主要斷面水資源評價結(jié)果見表4。從表 4 結(jié)果可以看出，2000 年現(xiàn)狀條件下 45 年系列黃河花園口斷面天然年徑流量為 485.4108m3，不重復(fù)地下水資源量為 97.5108m3，水資源總量為582.9108m3。表表 4 現(xiàn)狀條件下黃河主要斷面現(xiàn)狀條件下黃河主要斷面 1956-2000 年系列狹義水資源評價結(jié)果年系列狹義水資源評價結(jié)果（單位：（單位：108m3）地下水資源量主要斷面地表水資源量資源總量不重復(fù)資源量狹義水資源

29、總量貴德201.765.31.9203.6蘭州308.0102.25.3313.3頭道拐313.6160.940.5354.1龍門351.5200.947.4398.9三門峽448.9325.986.5535.4花園口485.4361.097.5582.9五、黃河流域水資源演變規(guī)律5.1 歷史演變規(guī)律分析黃河流域 19562000 系列狹義水資源評價的“歷史仿真”結(jié)果見表 5?？梢钥闯?，在“自然人工”雙驅(qū)動力作用下，黃河流域 19802000 系列平均狹義水資源總量較 19561979 系列減少 3.1，其中地表水資源衰減 6.9，但不重復(fù)的地下水資源增加了 21.4%。5.2 取用水對流域水

30、資源演變的影響以 2000 年現(xiàn)狀下墊面條件為基礎(chǔ)，黃河流域有、無取用水兩種情景下的45 年系列水資源評價結(jié)果見表 6?？梢钥闯觯斯と∮盟畬τ诹饔蛩Y源演變影響主要表現(xiàn)在： 改變了狹義水資源的構(gòu)成，人工取用水通過襲奪河水減少了地下水的河川排泄量，從而使得河川徑流量有明顯減少，不重復(fù)的地下水資源量有明顯增加。雖然狹義水資源總量沒有太大變化，但水資源構(gòu)成變化帶來一系列生態(tài)環(huán)境后果，包括河流生態(tài)系統(tǒng)的維護(hù)和地下水超采負(fù)面生態(tài)環(huán)境后效等問題； 有效降水利用量有所增加，主要是因?yàn)槿斯と∮盟斐傻叵滤幌陆?，包氣帶增厚，增加了有效土壤水資源量，有利于降雨就地利用。表表 5 黃河流域狹義水資源系列仿真評價

31、黃河流域狹義水資源系列仿真評價 （單位：（單位：108m3）地下水資源量時段地表水資源量資源總量不重復(fù)資源量水資源總量19561959608.6372.869.4678.019601969650.2383.089.7739.919701979569.8396.5112.0681.719801989614.0395.8109.9723.919902000524.9393.7122.8647.719561979609.4386.996.2705.619802000567.1394.7116.8683.919562000548.7404.2127.7676.4表表 6 有、無取用水情景下的水資源評價

32、對比有、無取用水情景下的水資源評價對比 （單位：（單位：108m3）有人工取用水情景無人工取用水情景情景分區(qū)地表 水資源地下水總量不重復(fù)地下水水資源總量有效蒸散發(fā)地表 水資源地下水總量不重復(fù)地下水水資源總量有效蒸散發(fā)龍羊峽以上210.165.31.9212.1232.8210.9 65.0 1.85 212.8 232.5 龍羊峽至蘭州112.837.03.4116.1232.3114.7 35.6 0.63 115.3 228.9 蘭州至河口鎮(zhèn)18.558.635.253.7239.219.5 47.6 28.89 48.3 224.2 河口鎮(zhèn)至龍門42.340.06.949.2288.24

33、3.3 47.1 10.32 53.6 287.3 龍門至三門峽104.5125.139.0143.5723.6120.1 119.3 28.27 148.4 725.9 三門峽至花園口39.235.111.050.3209.848.1 31.2 1.26 49.3 214.5 花園口以下18.023.614.032.0109.524.0 13.7 8.63 32.7 113.6 內(nèi) 流 區(qū)3.319.516.219.544.83.3 21.5 19.31 22.6 43.6 總總 計計548.7404.2127.7676.42080.1583.9 381.1 99.2 683.1 2070.

34、5 5.3 下墊面變化對流域水資源演變的影響歷史實(shí)際系列下墊面情景和 2000 年現(xiàn)狀下墊面情景下的水資源評價結(jié)果進(jìn)行評價對比結(jié)果見表 7。可以看出，下墊面變化對流域水資源演變影響主要表現(xiàn)在： 狹義水資源的總量減少了 20108m3，其中地表水減少了41108m3，不重復(fù)地下水增加了 21108m3。這主要是因?yàn)殡S著水土保持、田間整治、梯田建設(shè)等各項(xiàng)人工措施實(shí)施，不利于地表水產(chǎn)流，而增加了垂向的下滲量； 有效降水利用量增加 113.9108m3，不僅利用了就地攔蓄下來的徑流性水資源，而且還增加了原有一部分無效的土壤水和地表截流； 廣義水資源總量增加 94.1108m3。在上述狹義水資源衰減、其

35、他形式有效水分增加的作用下，流域廣義水資源量仍有一定幅度增加。表表 7 歷史系列下墊面和現(xiàn)狀下墊面水資源評價結(jié)果對比歷史系列下墊面和現(xiàn)狀下墊面水資源評價結(jié)果對比 （單位：（單位：108m3）歷史下墊面2000 年下墊面情景分區(qū)地表水資源地下水總量不重復(fù)地下水水資源總量有效蒸散發(fā)地表水資源地下水總量不重復(fù)地下水水資源總量有效蒸散發(fā)龍羊峽以上223.367.71.8225.1207.3210.165.31.9212.1232.8龍羊峽至蘭州123.537.72.3125.9218.9112.837.03.4116.1232.3蘭州至河口鎮(zhèn)19.958.333.753.5233.118.558.63

36、5.253.7239.2河口鎮(zhèn)至龍門41.137.05.346.4275.442.340.06.949.2288.2龍門至三門峽114.8116.229.3144.2699.9104.5125.139.0143.5723.6三門峽花園口42.335.47.850.1176.239.235.111.050.3209.8花園口以下21.419.811.633.0108.418.023.614.032.0109.5內(nèi)流區(qū)3.118.614.918.046.83.319.516.219.544.8總總 計計589.4390.6106.7696.21966.2548.7404.2127.7676.420

37、80.16 結(jié)論結(jié)論本研究的主要結(jié)論如下:6.1 分布式流域水文模型 (WEP-L) 和集總式水資源調(diào)配模型(WARM)相耦合，建立并驗(yàn)證了流域水資源二元演化模型。6.2 用 WEP-L 模型提出了黃河流域現(xiàn)狀下墊面和取用水影響情景下的全口徑水資源評價成果。19562000 系列平均降水量為 3563108m3，平均廣義水資源量為 2756.6108m3占降水的 77.4，其中非徑流性有效水分為 2080108m3，狹義水資源總量為 676.4108m3。地表水資源量為 548.7108m3，地下水資源量為404.2108m3，不重復(fù)的地下水資源量為 127.7 108m3。6.3 據(jù)黃河流域

38、 19562000 系列水資源評價的“歷史仿真”結(jié)果，黃河流域19802000 系列平均狹義水資源總量較 19561979 系列減少 3.1，其中地表水資源衰減 6.9，但不重復(fù)的地下水資源增加了 21.4%。6.4 通過 2000 年現(xiàn)狀下墊面條件下，黃河流域有、無取用水兩種情景下的 45年系列模擬結(jié)果對比，以及歷史實(shí)際系列下墊面情景和 2000 年現(xiàn)狀下墊面情景下的評價結(jié)果比較，人類活動影響下的黃河流域水資源演化規(guī)律主要表現(xiàn)在：改變了狹義水資源的構(gòu)成，即河川徑流量有明顯減少，不重復(fù)地下水明顯增加。這也合理揭示了為什么后來的水資源評價中不重復(fù)地下水量比我國第一次水資源評價結(jié)果（82108立方

39、米，19561979 系列）增大。雖然狹義水資源總量略有衰減，但水資源構(gòu)成的急劇變化將帶來一系列生態(tài)環(huán)境后果，因此在黃河流域水資源開發(fā)利用中應(yīng)注意地下水的超采問題，以利于河流生態(tài)系統(tǒng)的維護(hù)和避免地下水超采引起生態(tài)環(huán)境問題。 有效降水利用量增加，不僅利用了就地攔蓄下來的徑流性水資源，而且還增加了原有一部分無效的土壤水和地表截流；在狹義水資源衰減的同時，由于有效蒸散發(fā)量的增加提高了降水的有效利用，流域廣義水資源量仍有一定幅度增加?？傊擁?xiàng)研究成果對客觀評價水土保持生態(tài)建設(shè)、農(nóng)田基本建設(shè)等土地利用變化的水文水資源效應(yīng)，對黃河的治理規(guī)劃、水資源調(diào)配管理和水安全戰(zhàn)略具有重要參考應(yīng)用價值。參考文獻(xiàn) 1賈仰文，王浩，倪廣恒等, 分布式流域水文模型原理與實(shí)踐, 北京: 中國水利水電出版社, 2005.2中國水利水電科學(xué)研究院水資源研究所等，國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃（“97