基于SWAT模型的东江流域蓝水、绿水时空分布特征研究

基于SWAT(soil and water assessment tool)模型,对东江流域天然状态下的降雨径流过程进行模拟,进而评估流域蓝水、绿水的时空分布特征。结果表明:东江流域蓝水、绿水资源量都非常丰富,多年平均蓝水资源量274.67×108m3,绿水资源量178.72×108m3(主要以绿水流为主),蓝水资源是绿水资源的1.54倍。东江流域以蓝水为主的水资源构成体系主要是由流域湿热多雨的气候条件决定的。从时间变化来看,近年来东江流域蓝水资源、绿水资源、绿水流、绿水储皆无显著增加或降低趋势。从空间分布上来看,蓝水资源格局主要受降雨格局控制,而绿水资源不但受气候条件影响,还受流域下垫面的自然属性以及人类活动干扰,如土地利用方式、土壤类型等,分布格局较为复杂。     

鸭绿江流域(中国侧)蓝、绿水资源变化规律及其归因分析

运用SWAT (Soil and Water Assessment Tool)模型模拟国际界河鸭绿江流域(中国侧) 1988—2017年的蓝、绿水资源量,明确其时空变化特征,并设置多种气候变化与土地利用变化情景对流域蓝、绿水资源时空变化进行归因分析。研究结果表明：(1)鸭绿江流域(中国侧)蓝、绿水资源丰富,年均蓝水资源量是绿水的1.45倍,蓝、绿水资源均有增长趋势但并不显著,季节蓝、绿水资源量均为夏季>秋季>春季>冬季;(2)鸭绿江流域(中国侧)年均蓝水资源在基准期和变化期均从上游至下游逐渐增加,而年均绿水资源则呈现从上游至下游先增后减的空间分布特征;(3)气候变化是鸭绿江流域(中国侧)蓝、绿水资源时空变化的主导因素,其对蓝、绿水资源变化量的贡献率分别为83.57%和195.51%。研究结果可为鸭绿江流域跨境水资源合理分配、国际合作提供依据。     

赣江流域蓝水绿水资源时空变化分析

在当今的水资源管理中,分析评估气候变化下流域内蓝水、绿水资源的时空变化情形,能为维持生态系统稳定、保障社会经济的发展提供依据.本文利用SWAT模型模拟了赣江流域1960～2013年的水文循环过程,基于趋势分析、Mann-Kendall检验等方法,分析了流域内蓝水及绿水资源的时空变化情况.在空间上看,赣江流域内蓝水及绿水资源多呈上升趋势,只有流域西部、中部少数地区绿水流和蓝水流有下降的倾向,绿水储量在整个流域内都呈现出了显著的上升趋势(P0.05).在整个流域尺度上,蓝水与绿水资源在过去50年间都呈现出上升趋势,蓝水流、绿水流、绿水储量的变化倾向率分别为11.3mm/10a、4.87mm/10a、16.4mm/10a,其中绿水流、绿水储量自20个世纪90年代后的上升趋势非常显著(P0.05),而蓝水流则在最近20年间呈现出略微的下降趋势,在未来规划管理中应考虑人类活动取用水对水资源量的影响.     

基于SWAT模型的蓝绿水短缺指数计算与风险评价

为了降低沁河流域水资源短缺风险,以沁河流域为研究对象,基于所构建SWAT模型的输出结果,估算2010—2016年沁河流域蓝绿水资源量,利用蓝绿水足迹和可利用蓝绿水资源量计算蓝绿水短缺指数,并划分4个蓝绿水短缺风险等级,定量评估沁河流域蓝绿水短缺状况。结果显示：1)沁河流域多年平均蓝水资源量为9.1亿m³,占水资源总量的12.0%;多年平均绿水资源量为66.9亿m³,占水资源总量的88.0%,说明沁河流域水资源大部分为绿水资源;2)年尺度下沁河大部分子流域的蓝水短缺指数大于1.0,蓝水短缺风险等级为较大风险,其中下游地区的焦作市蓝水短缺问题尤为严重;3)年尺度下沁河各子流域的绿水短缺指数呈现一定差异性,大部分子流域多年平均绿水短缺指数在0.5～1.0范围内,绿水短缺面临中度风险,总体而言,绿水短缺风险低于蓝水短缺风险。基于蓝绿水短缺指数分析,提出应对沁河流域水安全风险的措施建议。     

太行山区蓝水绿水沿垂直带演变规律及其归因分析

以太行山区(华北平原水源地,分属黄河流域和海河流域)为研究对象,建立了分布式水文模型WEP-L(Water and Energy transfer Processes in Large river basins),模拟了1980-2000年间山区的水循环过程,总结了蓝水(径流性水资源)和绿水的年际及随高程的变化规律。在此基础上,定量区分了研究区气候波动和土地利用/覆盖变化对蓝水与绿水变化的贡献。研究结果表明:(1)太行山两侧的蓝绿水变化具有明显的差异;海河片区蓝水呈增长趋势,绿水呈下降趋势;黄河片区蓝水呈减少趋势,绿水呈增长趋势。(2)太行山区蓝水资源量变化的主导因素是气候波动。(3)土地利用/覆盖的改变是太行山区绿水变化的决定性因素。植被增多可增加绿水资源的利用,但同时将明显减少对经济社会发展非常重要的蓝水资源量。因此,山区国土资源开发与空间优化须重点考虑蓝水和绿水的合理调控。     

基于GLDAS-NOAH的长江流域蓝绿水资源时空变化特征

基于GLDAS-Noah水文模型,模拟长江流域蓝绿水资源量,并揭示其时空变化特征。结果表明:2000—2019年长江流域多年平均蓝水资源和绿水资源分别为420.24 mm和686.95 mm,绿水资源约是蓝水资源的1.62倍。近20 a来长江流域蓝水资源、绿水资源和绿水系数呈不显著增加趋势,2000—2019年蓝水资源与绿水资源变化速率分别为3.26 mm/a 和2.27 mm/a。从年内分配上看,蓝绿水资源在7—8月份较多,占全年的29%~32%;在1 —2月份较少,占全年的5%~6%。从空间分布来看,蓝水资源呈现东南高西北低的分布格局,绿水资源呈现东高西低的分布格局,而绿水系数呈现西北高东南低的分布格局。科学全面评价蓝绿水资源可以为优化水资源利用模式、提高水资源利用效率提供科学依据。     

基于SWAT模型分析嘉陵江流域蓝、绿水资源量的时空变化特征

嘉陵江流域是成渝双城经济圈发展的重要水源区,其水资源状况的变化对实现我国新发展格局有重要影响。基于SWAT模型对嘉陵江流域水文过程进行模拟,探究了1981-2020年及典型年嘉陵江流域的蓝、绿水时空分布特征,采用Mann-Kendall(M-K)分析年际间蓝、绿水资源量的变化趋势。结果表明：流域多年平均降水量为931 mm,为蓝、绿水资源量之和,蓝水资源量多年均值为386 mm,占降水量的41.5%;绿水资源量多年均值为545 mm,占降水量的58.5%,1981-2020年流域降水量和绿水资源量总体呈增加趋势,蓝水资源量呈减少趋势。特枯水年、平水年、特丰水年的蓝水资源量分别为165.61、456.71和643.70 mm,绿水系数在典型年变化差异较大。空间上,流域内蓝水资源量、绿水资源量与降水量的分布特征相似,呈现从上游到下游先减小后增大、西少东多的空间格局。     

拓宽思路,科学评价水资源量——以渭河流域蓝水绿水资源量评价为例

对蓝水和绿水的内涵进行了梳理,并对其评价方法进行了综合分析,认为水文模型法是同时评价蓝水和绿水资源量时空变化特征的有效方法。在此基础上以渭河流域为例,构建了渭河流域分布式水文模型SWAT,并采用SUFI-2算法进行参数敏感性分析、参数率定、模型验证以及不确定性分析。根据模型输出结果,分别在水文响应单元、控制流域以及城市/地区尺度上对渭河流域近50年来的蓝水资源量、绿水流和绿水储量进行了综合评价,以期为西北干旱缺水地区的水资源规划与管理以及水资源高效利用提供科学依据。     

基于蓝绿水核算的稻田水资源利用效用评价

为了科学区分和评价稻田蓝、绿水资源利用效用,开展了每日蓝、绿水交互迁移过程的试验观测,基于作物全生育期蓝、绿水资源迁移机制,建立了蓝、绿水分解方法和用水效率评价指标体系,揭示了不同降水条件下的稻田蓝、绿水利用表现。结果显示：试验期2015-2018年稻田水资源收入为1 322.9 mm(蓝水占30.7%),其中572.3、246.0和375.2 mm分别以蒸散发、地表排水和田间渗漏的形式流出。全生育期绿水利用效率(GE)、蓝水利用效率(BE)分别为0.425、0.490,干旱年的利用效率明显高于湿润年。净蓝水生产率(BP)和绿水生产率(GP)分别为4.334与2.301 kg/m³,后者受降水影响不大。相较于本文的结果,不考虑蓝、绿水迁移过程的传统方法得到的BE、GP分别高46.2%和29.7%。忽略蓝、绿水交互迁移过程会高估稻田的灌溉效率,同时也会低估降水在作物生长中的贡献。本研究的方法为作物生产水足迹和农田蓝、绿水资源效用评价提供了新路径。     

海河流域农业水足迹分布及对气候变化的响应

基于CROPWAT软件核算海河流域1990—2014年冬小麦、夏玉米生产水足迹,采用偏最小二乘法拟合冬小麦、夏玉米单位面积产量,在此基础上预测2020—2050年气候变化背景下冬小麦、夏玉米生产水足迹及各气象因子对水足迹的贡献。结果表明:夏玉米单位质量蓝水足迹、绿水足迹分别占其单位质量总水足迹的36.2%、63.8%,冬小麦单位质量蓝水足迹、绿水足迹分别占其单位质量总水足迹的76.5%、23.5%。流域西部及东部地区冬小麦、夏玉米单位质量蓝水足迹、绿水足迹较大;年水足迹呈现流域四周小、中部大的特征。2020—2050年RCP4.5情景下夏玉米单位质量水足迹在2037年左右经历由大到小的突变,RCP8.5情景下表现为由小到大的突变;冬小麦单位质量水足迹RCP2.6情景下在2042年左右经历由大到小的突变,RCP4.5情景下在2036年左右经历由小到大的突变,RCP8.5情景未存在显著性突变。     

基于SWAT的北江流域蓝绿水评估及其干旱响应

为探究北江流域的水资源状况及其在不同程度干旱下的变化特征,利用SWAT模型模拟北江流域径流过程,并在此基础上评估北江流域的蓝绿水资源时空变化及其对干旱的响应特征.研究表明:北江流域水资源以蓝水为主,多年平均蓝水量为1149.08 mm,绿水量为981.08 mm,绿水系数为0.48;1966-2010年间,北江流域蓝绿...     

金沙江流域蓝水绿水时空变化特征分析

在水资源评价与管理中,综合考虑蓝水绿水资源量有助于解决水资源短缺问题。利用SWAT模型、Mann-Kendall检验和Hurst指数,从时空尺度上分析了金沙江流域1961~2012年蓝水绿水资源量的变化特征。研究结果表明:近52 a来,金沙江流域多年平均绿水资源量是蓝水的1.4倍,全流域绿水资源量显著增加,增加幅度为4.9 mm/10 a,蓝水资源量增加趋势并不显著,增加幅度为0.8 mm/10 a;在空间上,绿水资源量呈现出显著增加的区域占全流域面积的36.6%,蓝水资源量呈现出显著增加的区域面积占比不到10%,金沙江中游和雅砻江流域秋季蓝水资源量的变化趋势与历史变化趋势一致,其他地区则是与历史变化趋势相反。     

气候变化下黄河流域未来水资源趋势分析

开展流域水资源变化趋势研究是水资源规划和开发利用的基础工作。基于RCPs(Representative Concentration Pathways)排放情景下7个全球气候模式的气候情景资料,分析了黄河流域未来气温及降水的变化趋势;采用RCCC-WBM模型动态模拟了黄河流域未来水资源情势。结果表明:黄河流域在未来30年(2021—2050年)气温将持续显著升高(线性升率为0.24～0.35℃/(10 a));与基准期(1961—1990年)相比,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的可能会略微偏少,流域水资源供需矛盾可能进一步加剧;不确定性及其带来的评估风险是目前及未来气候变化影响及水资源评估中需要加强研究的重要内容。     

山西省“蓝水”“绿水”资源时序变化分析

1955年Falkenmark首次提出蓝水和绿水概念。为研究山西省水资源时序变化情况,总结山西省年度降水分布规律,将蓝水、绿水与农业相结合,分析计算山西省广义农业用水中耕地灌溉用水蓝水和耕地有效降水绿水数据。发现绿水资源与降水呈正相关,蓝水资源也随之增多。除此之外,耕地有效降水绿水与耕地径流量、耕地深层渗漏量、气候变化、土地利用有一定关系。在此基础上进行数据分析和预测,提出今后农业用水研究方向和水资源合理配置的建议。     

气候变化下黄河流域未来水资源趋势分析

开展流域水资源变化趋势研究是水资源规划和开发利用的基础工作。基于RCPs（Representative Concentration Pathways）排放情景下7个全球气候模式的气候情景资料,分析了黄河流域未来气温及降水的变化趋势;采用RCCC-WBM模型动态模拟了黄河流域未来水资源情势。结果表明:黄河流域在未来30年（2021—2050年）气温将持续显著升高（线性升率为0.24～0.35 ℃/（10 a））;与基准期（1961—1990年）相比,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的可能会略微偏少,流域水资源供需矛盾可能进一步加剧;不确定性及其带来的评估风险是目前及未来气候变化影响及水资源评估中需要加强研究的重要内容。     

基于SWAT模型的湟水流域蓝绿水与不同土地利用类型的绿水差异研究

蓝绿水的时空分布直接关系到一个地区的水资源与粮食安全。本文利用SWAT分析了1981-2000年间蓝绿水随时间的变化规律以及不同土地利用类型绿水分异规律。研究表明:1981-2000年间湟水流域蓝绿水均来源于降水,绿水资源约为蓝水的3.8倍;年均绿水流在不同的土地利用类型中差异明显,农业用地最大,居民用地最小;绿水贮存量较为丰富的是湿地和中低覆盖度的草甸;选取1981-1985年和1996-2000年分别为研究的前期和后期,得到农业用地的绿水流、绿水贮存变化量与作物生长周期和管理条件密切相关。     

赣江流域气候和土地利用变化对蓝绿水的影响

采用标准化降水指数(SPI)确定赣江流域的典型年,基于SWAT模型,对典型年份赣江流域蓝绿水的时空分布进行了分析;设置多种气候与土地利用情景,定量分析了气候和土地利用变化对流域内蓝绿水的影响。结果表明:1972年、1998年和2014年分别为赣江流域的干旱年、湿润年和正常年;湿润年的蓝水量最为丰富,是干旱年的2.01倍,绿水量的变化相对稳定,干旱年绿水系数最高,是湿润年的1.44倍;土地利用变化对蓝绿水的时空分布影响较小;气候变化情景下蓝水量、绿水量分别增加了75.52mm和30.65mm,绿水系数减小了2.33%,共同变化情景下蓝绿水变化趋势与气候变化情景大致相同,表明气候变化对流域蓝绿水的影响较大。     

CMIP5模式对淮河流域气候要素的模拟评估及未来情景预估

为明确变化环境下淮河中上游流域未来气候要素的变化趋势和特征,基于地面实测降水、气温资料,检验CMIP5中6个全球气候模式对流域降水和气温的模拟能力并选择较优的3种模式用于分析未来RCP4.5和RCP8.5排放情景下流域气候要素的变化趋势。结果表明:①历史时段拟合效果相对较优的为CNRM-CM5、HadGEM2-ES和MIROC5,气温的模拟能力优于降水;②3个模式2种排放情景未来年、春、冬季降水均大于基准期,夏、秋季降水除MIROC5大于基准期,其他2个模式均小于基准期;③RCP8.5下CNRM-CM5年、春、夏、HadGEM2-ES年、春、夏、冬、MIROC5年、秋、冬季降水增加趋势显著,RCP4.5下HadGEM2-ES年、春季、MIROC5秋季降水增加趋势显著;其他不显著甚至个别出现减少趋势;④年和季节平均气温除极个别模式和排放情景略低外,其他均高于基准期;年和四季平均气温全部呈现升温趋势。研究表明,流域降水有所增加和减少,气温升温迅速,流域未来气候演变中洪旱灾害风险较大,需要加强水资源管理和洪旱灾害防御能力。     

气候变化对清江未来径流及隔河岩电站发电的影响

以历史径流为依据的清江梯级调度规则难以适应气候变化需求，必然对梯级水库的安全稳定运行和兴利效益发挥带来影响。基于清江流域空间数据和观测数据，采用SWAT模型，运用统计降尺度方法模拟3种情景下流域内各站点的未来气象数据，进而对径流进行模拟，并对隔河岩水电站发电量变化进行分析。结果表明：未来时期RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5共3种气候情景下，清江流域出口长阳站多年平均径流呈上升趋势，年均径流增幅分别为6.0%、8.7%和13.2%；隔河岩水电站在上述3种情景下近期（2020—2045年）、中期（2046—2070年）和远期（2071—2100年）多年平均发电量增幅分别为3.4%～5.1%、7.7%～10.3%和13.4%～16.0%。该研究可为气候变化条件下清江流域水资源管理与隔河岩水电站发电调度运行提供参考。     

考虑气候变化因子的变参数Budyko理论及其在赣江流域未来水资源预估的应用

水资源长期变化的准确预估对流域未来水资源规划具有重要的战略意义。Budyko水热耦合理论已广泛应用于评估流域未来长期的水资源变化情况,但其无法动态考虑流域下垫面的变化对水资源的影响。结合Budyko水热耦合方程及蒸发互补原理提出了一种可以考虑流域下垫面产流特征变化的流域水资源量预估方法,并结合CMIP6多个气候模式的未来模拟数据,对赣江流域的未来水资源量变化情况进行了预估。主要结果如下：(1)在高排放情景(SSP5-8.5)下,赣江流域的未来下垫面特征发生了较为明显的变化,流域特征参数变小,流域蓄水能力减小;(2)SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5三个情景下赣江流域未来期降水和水资源量相对变化均在10%以内,潜蒸发变化幅度较大,在10%～20%之间。(3)研究所提出的基于Budyko水热耦合方程和蒸发互补原理耦合的流域水资源量模拟方法可在一定程度上考虑流域未来产流特征的变化。