氣候和土地利用變化對水資源影響研究進展

王 哲,鐘 文

(1.東華理工大學 放射性地質與勘探技術國防重點科學實驗室，江西 南昌 330013；2.江西省核工業地質調查院，江西 南昌 330013)

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氣候和土地利用變化對水資源影響研究進展

王 哲1,鐘 文2

(1.東華理工大學 放射性地質與勘探技術國防重點科學實驗室，江西 南昌 330013；2.江西省核工業地質調查院，江西 南昌 330013)

指出了目前水資源量減少、水質受污的現象日益嚴峻，研究對其影響的氣候和土地利用變化兩大因素尤為重要。基于以往研究成果，應用對比分析法綜述了國內外氣候和土地利用變化對水資源影響的研究進展。結果表明：在研究方法上國內與國外還存在差距，研究內容中以往更偏重于氣候或土地利用變化中某一單因子變化對徑流量的影響，針對目前研究中存在的問題提出了相應的建議。

氣候變化；土地利用變化；序列趨勢分析法；水文模型法；水資源

1　引言

水資源是人類賴以生存的物質保障，但目前水資源量減少且水質惡化的現象日益嚴峻[1，2]。2001～2010年的10年間水資源總量減少量達900億m3。2014年，我國水資源總量比常年偏少1.6%(據《水資源公報》)。可見，我國水資源問題日益嚴峻。針對當前水資源日益短缺的現狀問題，國內外開展了大量的研究工作[3]。姚允龍等人應用降水—徑流經驗模型定量分析了氣候變化對徑流量的影響，結果表明：氣候變化是影響撓力河徑流量變化的主要因素[4]。Amini等人對馬來西亞的Damansara流域，采用HEC-HMS模型，研究結果顯示：城市化的快速發展，使得地表徑流量增加，甚至偶爾會發生洪水[5]。

縱觀以往研究成果，針對某一小區域氣候或土地利用變化對徑流量影響的研究成果較多，缺乏氣候和土地利用變化綜合作用對水資源直接影響的研究。基于此，筆者針對氣候和土地利用變化對水資源影響的研究，簡要介紹國內外的發展歷程和研究方法的優劣勢，針對目前的研究中存在的問題給出相應的建議。

2　國內外研究歷程

氣候變化對水資源影響的研究直到20世紀80年代，國際才開始高度重視氣候變化對水資源的影響。自此先后成立了WMO、IPCC等組織并召開了IUGG、IGBP等一系列會議。20世紀90年代，為研究氣候和土地利用變化對水資源的影響，國際組織實施了IHP、WCRP、GWSP等一系列國際水科學計劃。2000年聯合國糧農組織(FAO)關于鄉村集水區水土關系的討論報告集中關注土地利用變化對水資源的影響。Michael等人研究了美國佩恩縣的土地利用變化對水資源的影響，結果表明森林面積擴大后地表基流量會減少，地下水資源量增加。

20世紀80年代，我國才逐漸開始研究氣候變化對水資源的影響。國家“973”計劃項目將氣候變化對水資源的影響列為研究首位。張建云等人采用歸因分析法對我國北方水資源問題的研究表明：北方河川徑流量減少主要源于土地利用方式的變化。史曉亮等人以灤河流域為研究區，利用1985和2000年土地利用數據及SWAT模型，結果表明：林地向耕地的轉變使徑流量增加5.1%。

綜上所述，針對氣候和土地利用變化對水資源影響的研究，與國外相比，國內起步較晚。雖從未間斷研究氣候和土地利用變化對水資源的影響，但目前水資源量與質仍在日益惡化，仍需加大研究力度與強度。

3　研究方法

3.1序列趨勢分析法

序列趨勢分析法是國內外最先應用于研究氣候和土地利用變化對水資源影響的一種基礎方法。其基本框架是據歷史實測資料，選定方法，建立單因子與水資源的關系方程，繪制單因子與水資源的關系圖，通過圖中曲線的變化趨勢來分析單因子與水資源的相關關系，如圖1所示。

圖1　序列趨勢分析法的基本框架

根據以往的研究成果，序列趨勢分析法的優勢在于依據歷史實測數據繪制的單因子與水資源相關圖，圖上曲線的上下波動趨勢，可直觀判斷水資源與各因子的相關關系，進而分析各因子對水資源的影響。因此序列趨勢分析法可直觀定性各因子對水資源的影響，而定量各因子及多因子變化對水資源的影響則不適用。

3.2水文模型法

水文模型法的發展主要分為兩個階段，第一個階段始于20世紀60年代，主要是對概念性水文模型的開發和研究[27]；90年代以后，3S技術的蓬勃發展使得概念性水文模型逐步向分布式水文模型發生轉變，其中最為典型的分布式水文模型是美國的SWAT模型，它的使用范圍較廣、計算結果精確性較高。

水文模型法研究氣候和土地利用變化對水資源影響的基本框架是應用歷史實測資料作為模型所需的參數，輸入模型中進行模擬，輸出即可得各因子變化對水資源的影響。其可克服序列趨勢分析法的劣勢，但模型設計、模擬過程及其所需的參數復雜，在歷史資料完整的前提下，可考慮水文模型法研究氣候和土地利用方式變化對水資源的影響。

4　存在問題及建議

國內外針對氣候和土地利用變化對水資源影響的研究已取得豐碩成果。與國外的研究相比，國內還存在差距。這可能與國內在這方面研究起步較晚或技術條件限制等因素有關。就研究內容與程度而言，國內外已開展了大量的研究工作，但多數是研究單因子變化對水資源的影響，尚缺乏多因子變化對水資源影響的研究，而分析多因子變化及其之間的相互作用，能夠更為科學、有效地判斷水資源的變化情況，因為各因子間也是相互作用的。

針對氣候和土地利用變化對水資源影響的研究，國內尚存在以下兩點問題。

(1)研究方法：國外在評價氣候和土地利用變化對水資源影響普遍應用由美國農業部開發的SWAT模型，國內也應用這個模型做了一些研究工作，但此模型所需的模型參數是根據美國的土壤類型進行分類的，與國內劃分的土壤類型存在差距，因此，在國內生搬硬套此模型必然會引起對其模擬結果精確性的質疑。雖然國內在相關研究領域也開發出了一些模型，但從目前來看想要獲得國際上普遍認可仍有很長的路要走。基于此，建議國內加強這方面的研究力度，可將序列趨勢分析法作為理論基礎，模型法作為框架，應用國內實測資料作為輸入數據，開發與研究出適宜國內且國際上普遍認可的模型。

(2)研究內容：以往研究成果更側重于氣候變化對水資源的影響，而土地利用變化對水資源影響的成果較少，在二者綜合作用下對水資源影響的成果則更少；定性單因子變化對水資源影響的研究成果較多，定量及多因子變化對水資源影響的成果較少；多數的研究成果是針對氣候或土地利用變化對徑流量的影響，而水資源是由地表與地下水資源兩個有機系統構成的，僅研究各因子對地表或地下徑流量的影響，不足以有效反應各因子對水資源的影響。由于各因子間也是相互作用的，建議研究中應盡量考慮各因子綜合作用下對水資源的直接影響。今后應著重增加薄弱方面的研究，加強未來水資源預估方面的研究，有效利用與管理水資源。

[1]范文軍,寧站亮,劉勇誠.我國水資源現狀探討[J].北方環境,2011(7):68。

[2]陳華鑫,許新宜,汪黨獻,等.中國2001～2010年水資源量變化及其影響分析[J].南水北調與水利科技,2013(6):1～4+29.

[3]馮紹元，陳紹軍，霍再林，等.基于SD模型的石羊河流域中下游水資源承載力初步研究[J].東華理工大學學報(自然科學版)，2009，32(4)：301～306.

[4]姚允龍,呂憲國,王蕾,等.氣候變化對撓力河徑流量影響的定量分析[J].水科學進展,2010(6):765～770.

[5]Amini A., Ali T. M., Ghazali A. H. B. Impac- ts of Land-Use Change on Streamflo- ws in the Damansara Watershed, Ma- laysia[J]. Arabian Journal for Science and Engineering,2011(36):713～720.

[6]李昌峰,高俊峰,曹慧. 土地利用變化對水資源影響研究的現狀和趨勢[J]. 土壤,2002(4):191～196+205.

[7]毛熙彥,蒙吉軍. 土地利用變化的水文效應研究進展[J]. 北京大學學報(自然科學版),2013(5):928～936.

[8]谷立立. 巖溶地區土地利用變化對水資源的影響[D].昆明：云南師范大學,2014.

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2016-05-11

王哲(1992—)，男，東華理工大學碩士研究生。

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