氣候變化對(duì)水文水資源影響的研究進(jìn)展

胡小平　胡志偉

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅猛發(fā)展，人類對(duì)資源的開(kāi)發(fā)和利用效率逐步上升，導(dǎo)致氣候發(fā)生明顯變化。人類社會(huì)進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，氣候問(wèn)題成為了全世界環(huán)境問(wèn)題的焦點(diǎn)，對(duì)于氣候問(wèn)題，國(guó)際社會(huì)和各國(guó)政要引起更多的關(guān)注和重視。對(duì)于氣候變化對(duì)水文水資源的影響進(jìn)行研究和分析，能夠幫助人類更加清楚地認(rèn)識(shí)到水文水資源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和體系，更好地將農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市發(fā)展等問(wèn)題與經(jīng)濟(jì)發(fā)展有效地結(jié)合起來(lái)，對(duì)水文水資源進(jìn)行更好地開(kāi)發(fā)利用、規(guī)劃管理和運(yùn)行管理。

關(guān)鍵詞：氣候變化 水文水資源 水文模擬 水文模型

中圖分類號(hào)：P467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）12（a）-0022-02

氣候的變化對(duì)于水文水資源的影響意義深遠(yuǎn)，經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的發(fā)展和創(chuàng)新也將受到水文水資源系統(tǒng)的生態(tài)平衡影響，該文章將結(jié)合氣候規(guī)律和變化情景，從研究方法、水文模型、水文技術(shù)等方面綜合判斷氣候?qū)λ乃Y源的影響，對(duì)存在的問(wèn)題加以分析和總結(jié)，并提出有針對(duì)性的意見(jiàn)。

1 氣候變化對(duì)水文水資源影響研究的意義

地球的表層是由水、陸地、大氣層和生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行相互作用后產(chǎn)生的場(chǎng)所，上至平流層底，下至巖石圈部，包含了所有生物和非生物系統(tǒng)。現(xiàn)如今，人口數(shù)量的急劇增長(zhǎng)和迅猛的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，為人類提供了更加舒適的生活空間，在工業(yè)和農(nóng)業(yè)穩(wěn)健提升的同時(shí)，也加重了水資源供應(yīng)的負(fù)擔(dān)，人類社會(huì)日益增長(zhǎng)的物質(zhì)需求與有限的水資源形成了突出的矛盾。水資源使用量的急劇上升加重了生活污水排放量和生產(chǎn)廢水排放量，導(dǎo)致水資源出現(xiàn)不同程度的污染現(xiàn)象，地表水資源的環(huán)境急劇惡化。所以說(shuō)，對(duì)水資源和水環(huán)境的保護(hù)和改善是十分必要的。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，全球逐步進(jìn)入到工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)化發(fā)展的時(shí)代，二氧化碳的排放量和微量氣體的濃度不斷攀升，促使全球氣候變暖，出現(xiàn)溫室效應(yīng)，平均氣溫增加0.5 ℃。氣候變暖將對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)造成災(zāi)難性的影響，勢(shì)必會(huì)對(duì)水資源質(zhì)量造成沖擊，在一定程度上影響人類發(fā)展和進(jìn)步，制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展，影響農(nóng)業(yè)、工業(yè)等相關(guān)工作。因此，對(duì)水文水資源體制和系統(tǒng)進(jìn)行合理的開(kāi)發(fā)利用、規(guī)劃管理、環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡具有現(xiàn)實(shí)意義和理論意義，只有更好地掌握氣候變化的規(guī)律，了解水文水資源的利用情況，才能為可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)，真正實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的宏偉目標(biāo)。

2 氣候變化對(duì)水文水資源影響的現(xiàn)狀

我國(guó)從20世紀(jì)80年代初對(duì)氣候變化開(kāi)始展開(kāi)深入探討，對(duì)水文水資源產(chǎn)生的影響也進(jìn)行了專門的研究和分析。我國(guó)實(shí)行的短期氣候預(yù)測(cè)系統(tǒng)研究中，包含了氣候異常對(duì)水資源和水分循環(huán)的影響評(píng)估模型，選取了青藏高原與淮河流域作為研究的區(qū)域，設(shè)立了淡水資源影響綜合評(píng)價(jià)的專題，對(duì)未來(lái)氣候影響水文水資源進(jìn)行預(yù)測(cè)和對(duì)比。國(guó)內(nèi)研究的主要內(nèi)容有：氣候變化對(duì)于流域內(nèi)水量平衡的影響；氣候變化對(duì)于洪水頻率及干旱頻率的影響；氣候變化對(duì)于農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)用水量的影響；氣候變化對(duì)于水質(zhì)污染的影響。

3 氣候變化對(duì)水文水資源影響的研究方式

氣候變化對(duì)水文水資源影響的研究，主要是通過(guò)對(duì)氣候變化所引起的降水、流域氣溫和蒸發(fā)等指標(biāo)變化進(jìn)行預(yù)測(cè)研究，進(jìn)一步推斷可能會(huì)發(fā)生的流域供水影響和徑流增加趨勢(shì)，對(duì)于氣候變化的評(píng)價(jià)影響方式一般分為三種：影響法、相互作用法以及集成方法。氣候的變化對(duì)水資源形成的影響研究一般采取影響法進(jìn)行探討，即WHAT-IF模式。如果氣候發(fā)生了某種改變，那么水文循環(huán)的各個(gè)分量將會(huì)受到什么程度的影響，發(fā)生怎樣的變化，經(jīng)常遵循“氣候變化情景設(shè)計(jì)——水文變化模擬——影響研究”的模式進(jìn)行探討，通常歸納成為四個(gè)步驟：第一，對(duì)未來(lái)氣候的變化情況進(jìn)行情景定義。第二，對(duì)水文水資源模型的選擇、構(gòu)建和驗(yàn)證。第三，把氣候變化的情景當(dāng)作成為流域水文模型進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，對(duì)水文循環(huán)的整體過(guò)程進(jìn)行模擬、分析和水文變量檢測(cè)。第四，將氣候?qū)λ乃Y源影響的結(jié)果進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，依據(jù)影響程度和變化規(guī)律提出應(yīng)對(duì)方法和解決措施。

3.1 氣候變化的情景生成技術(shù)

在不同的區(qū)域范圍內(nèi)，氣候的變化情況也是不同的，具有極其特殊的不確定性和復(fù)雜性，專家對(duì)于未來(lái)氣候的變化情況難以進(jìn)行精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)，未來(lái)氣候的變化量值不一定與預(yù)計(jì)的變化數(shù)值相同，情景生成技術(shù)只是對(duì)未來(lái)可能出現(xiàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)，是在一定的科學(xué)假設(shè)基礎(chǔ)上，對(duì)未來(lái)發(fā)生的氣候時(shí)間、氣候狀態(tài)、氣候空間和氣候分布進(jìn)行合理推測(cè)和描述。按照現(xiàn)階段已經(jīng)成型的研究成果來(lái)看，對(duì)氣候變化的情景生成技術(shù)有三種基本方式。

第一，任意情景設(shè)置。指的是依照未來(lái)氣候可變的范圍，對(duì)氣候變化要素進(jìn)行任意給定，包括降水、溫度和濕度。比如，假設(shè)年平均氣溫可以升高到1～4 ℃不等，年降水量可以減少或者增加到5%～20%不等，按照不同的要素進(jìn)行相互組合，從而進(jìn)行判斷和分析，這種情景設(shè)置方式在實(shí)質(zhì)上是屬于敏感性的分析，是一種對(duì)性能進(jìn)行檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)。

第二，長(zhǎng)期歷史資料分析。這其中也可以細(xì)化分為三種方式，一是時(shí)間類比，選取具有短期影響意義的異常天氣時(shí)間，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)資料的記載，對(duì)氣候變化的狀況進(jìn)行冷暖期對(duì)比分析，再與當(dāng)前的氣候狀況進(jìn)行比較，建立相關(guān)分析模擬模型，構(gòu)造未來(lái)氣候變化的情景。這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于選擇的氣候變化完全是自然變化，而不是由非溫室氣體強(qiáng)行逼迫所導(dǎo)致的，氣溫的增幅空間不能與未來(lái)氣候的增幅空間類比。二是空間類比，是將某個(gè)區(qū)域當(dāng)前氣候的變化狀況看成另一個(gè)區(qū)域氣候的變化情景。由于區(qū)域氣候受到大氣環(huán)流和當(dāng)?shù)氐匦蔚纫蛩氐闹萍s影響，經(jīng)過(guò)這種情景比較的數(shù)據(jù)一般不具有真實(shí)性和可靠性。三是古代相似法，這種方式能夠通過(guò)對(duì)地質(zhì)地貌的考察，將古氣候變遷的規(guī)律應(yīng)用到現(xiàn)代氣候情景中進(jìn)行分析比較，建立未來(lái)氣候可能出現(xiàn)變化的情景，以此來(lái)進(jìn)行類比推理。

3.2 水文模型技術(shù)

在對(duì)水文模型進(jìn)行選擇與使用的時(shí)候，要考慮到氣候變化對(duì)水文水資源的影響，主要包含的因素有：模型率定、模型精度、參數(shù)變化、現(xiàn)有資料精度、模型通用性和便利性等。現(xiàn)如今，用來(lái)對(duì)區(qū)域內(nèi)水文水資源的估算評(píng)價(jià)影響較大的水文模型技術(shù)有以下三個(gè)種類。

第一，經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型。依照同期的降水量、徑流量和氣溫，對(duì)觀察資料進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，對(duì)三者之間的關(guān)系進(jìn)行科學(xué)建立和分析，探討長(zhǎng)期變化產(chǎn)生的規(guī)律，構(gòu)建統(tǒng)計(jì)模型。要模型建立的過(guò)程中，要充分考慮到環(huán)境因素帶來(lái)的影響，例如地質(zhì)地貌、流域面積和植被情況等。不同地域的反蒸騰效應(yīng)和洪澇頻率會(huì)對(duì)氣溫產(chǎn)生不同的影響，在研究的過(guò)程中要結(jié)合地域的平均變化情況，對(duì)波動(dòng)性較大的效應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和測(cè)試，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，才能更加準(zhǔn)確地掌握氣候變化的規(guī)律。

第二，概念性水文模型。在不同區(qū)域水量平衡的基礎(chǔ)上，陸地上的徑流降雨通過(guò)蒸發(fā)、滲透和產(chǎn)流的過(guò)程后，到出口斷面重新生成徑流的模型。這類水文模型是將水文物理現(xiàn)象的物理過(guò)程作為基礎(chǔ)，對(duì)徑流和氣候的因果關(guān)系進(jìn)行研究，分析出流域內(nèi)水資源產(chǎn)生的效應(yīng)。這一模型存在著一定的弊端，通常會(huì)忽略土壤、地形、植被等參數(shù)對(duì)空間分布的影響，通常是將流域內(nèi)當(dāng)作整體來(lái)看待。

第三，分布式水文模型。按照各個(gè)地域植被、地形、土地利用率、土壤和降水量的差異，將流域整體劃分為不同的水文模型單元，在每一個(gè)獨(dú)立的單元上，用一組經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)后的參數(shù)來(lái)反映此部分流域的特性，這種模型的優(yōu)勢(shì)在于能夠較為清晰地反映大陸尺度。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，氣候變化對(duì)水文水資源影響的研究是持續(xù)性的科研課題，應(yīng)該將氣候變化規(guī)律的系統(tǒng)作為主要的指導(dǎo)思想，在探討氣候和水文模型的過(guò)程中進(jìn)行相互作用，結(jié)合實(shí)際區(qū)域的實(shí)際情況，充分考慮環(huán)境和人為因素的影響，結(jié)合植被、地形、地貌、流域等特征，建立氣候模型和水文模型，進(jìn)行科學(xué)規(guī)范的深入研究，提升兩者的模擬精度和空間尺度，才能更加靈活地運(yùn)用模型分析。只有掌握氣候變化的規(guī)律，控制人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生的廢氣排放量，合理利用資源和節(jié)約資源，對(duì)不可再生資源進(jìn)行保護(hù)，真正做到節(jié)約資源，才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展的經(jīng)濟(jì)目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉春蓁.氣候變化對(duì)陸地水循環(huán)影響研究的問(wèn)題[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2014（1）：115-119.

[2] 劉昌明，李道峰，田英，等.基于DEM的分布式水文模型在大尺度流域應(yīng)用研究[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2013（5）：437-445，541-542.

[3] 沈永平，王根緒，吳青柏，等.長(zhǎng)江-黃河源區(qū)未來(lái)氣候情景下的生態(tài)環(huán)境變化[J].冰川凍土，2012（3）：308-314.

[4] 江濤，陳永勤，陳俊合，等.未來(lái)氣候變化對(duì)我國(guó)水文水資源影響的研究[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（S3）：151-157.

[5] 吳金棟，王馥棠.利用隨機(jī)天氣模式及多種插值方法生成逐日氣候變化情景的研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2000（2）：129-136.

[6] 鄧慧平，唐來(lái)華.沱江流域水文對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)[J].地理學(xué)報(bào)，1998，53（1）：42-48.

[7] 鄧慧平，張翼，唐來(lái)華.可用于氣候變化研究的日流量隨機(jī)模擬方法探討[J].地理學(xué)報(bào)，1996（S1）.

[8] 鄧慧平，吳正方，唐來(lái)華.氣候變化對(duì)水文和水資源影響研究綜述[J].地理學(xué)報(bào)，1996，51（S1）.