基于水文模型的蓝水绿水资源量评价方法研究:以卢氏流域为例

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目前,水资源评价一般停留在蓝水资源量的估算,忽略了对农业及生态系统具有重要作用的绿水资源。将蓝水绿水资源量统一纳入到水资源评价当中,有助于解决水资源短缺问题。本文在总结分析蓝水绿水资源量估算方法的基础上,选择SWAT模型与新安江模型两个比较具有代表性的水文模型进行蓝水绿水资源量估算研究。选取卢氏流域为研究对象,在空间分辨率为30秒的网格基础上构建数字流域水系,运用SWAI’模型和新安江模型分别对卢氏站1990年到1997年月平均径流过程进行模拟并对两个模型的模拟结果进行比较分析;在SWAT模型和新安江模型水量平衡计算分析的基础上,分别计算卢氏流域蓝水绿水资源量,并比较了二者在蓝水绿水资源量估算上的特点。最后应用SWAT模型,分别从时空分布特征、不同土地利用类型下的蓝水绿水特点以及未来气候变化影响下的蓝水绿水资源量变化情况几个方面进行了探讨。得到以下结论:   (1)SWAT模型与新安江模型都能较好地模拟卢氏流域月平均径流过程,新安江模型模拟精度稍好于SWAT模型。SWAT模型在蒸散发计算、产流模式及模型结构上均表现出了较强的物理基础,能够真实地模拟研究区内各种水文要素的变化情况。新安江模型具有一套完整的产汇流理论,并且模型输入数据较少,参数调试方法比较成熟,因此,在研究区模拟效果更好,但其弱化了植物蒸腾的计算,并且对土地利用方式考虑较少,因此在流域下垫面复杂的地区模拟效果可能欠佳。   (2)提取SWAT模型与新安江模型1991-1997年的模拟结果,首先进行了水量平衡计算,然后根据定义进行蓝水绿水资源量的估算。两个模型估算结果均表明,绿水资源量是降水资源量的主要组成部分,是蓝水资源量的8倍以上,并且绿水流占绿水资源量的绝大部分。从SWAT模型与新安江模型估算的蓝水绿水资源量比较来看,SWAT模型估算的水资源总量大于新安江模型,由于其蒸散发计算和土壤水模拟具有较强的物理机制,对绿水资源量的估算更为科学、合理。因此,SWAT模型更适合干旱半干旱地区蓝水绿水资源量的估算。   (3)在卢氏流域蓝水绿水资源量估算结果的基础上,按照月尺度研究了蓝水绿水时间分布规律。结果表明:蓝水绿水资源量的年内分布规律与气温变化基本一致。夏季(6-8月)的绿水流为全年绿水流的主要组成部分;绿水储量在年内分布较均匀,夏季(6-8月)蒸散发对绿水储量的消耗大于其他季节,因此造成绿水储量相对减少。   (4)按照子流域尺度研究了蓝水绿水的空间分布规律。结果表明:降水量、蓝水资源量及绿水流空间变化基本一致。各个子流域蓝水资源量在22.26-130.67mm之间,上游略大于下游,主河道附近子流域稍大于其他子流域。绿水贮存能力在上游即流域西北部较大。   (5)比较了不同土地利用类型下的蓝水绿水特点。结果表明:年平均蓝水资源量由大至小分别为:耕地、草地、林地,绿水贮存能力由大至小为:林地、耕地、草地。年平均绿水流与蓝水完全相反。说明卢氏流域林地的水源涵养和径流调节作用最强,相应地,蒸发耗散亦最大。因此,卢氏流域的生态恢复工程及水土保持工作应以植树造林为主。卢氏流域耕地的绿水贮存能力较好,说明发展节水农业的重点应以建立土壤水库,保蓄降水和充分利用自然降水为主。   (6)模拟研究了未来气候变化影响下的蓝水绿水资源量变化情况。结果表明:2010年~2017年,2027年~2027年以及2030年~2037年三个时期内,卢氏流域未来气温为上升趋势,降水亦随之增多。此外,B2情景下的气温与降水增幅高于A2情景。与基准年(1990年~1997年)相比,未来情景年的蓝水资源量与绿水资源量均为增长趋势,在2030s时略有下降。在注重可持续发展的情景(B2)下,可利用水资源量增大。在未来三个时期内,蓝水与绿水年内分布趋势与基准年基本一致,没有突出变化;气候变化对蓝水年内变化的影响大于绿水,且增大幅度在夏季及秋季尤为突出。
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