秦 歡 歡12

(1.東華理工大學(xué) 核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330312； 2.東華理工大學(xué) 水資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 南昌 330013)

在過(guò)去的幾十年，地下水被大量用作城區(qū)供水和灌溉用水[1-4]，其超采現(xiàn)象已成為主導(dǎo)水資源爭(zhēng)論的一個(gè)主要問(wèn)題[5-6]。由于地下水的不可持續(xù)開(kāi)采和不充分補(bǔ)給，世界上一些地區(qū)主要含水層的地下水水位迅速下降，如印度尼西亞的西爪哇[7]、孟加拉國(guó)首都達(dá)卡[8]、中國(guó)的華北平原[4,9-10]及北京市[11-13]。地下水水位的持續(xù)下降會(huì)對(duì)自然徑流、地下水對(duì)濕地的補(bǔ)給及相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生破壞性影響[2]，由此導(dǎo)致一系列諸如地面沉降、海水入侵等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[11,14-16]。因此，地下水可持續(xù)管理對(duì)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)都具有極其重要的意義。

大尺度水文模型是可持續(xù)水管理研究中的有效工具，受到越來(lái)越多的重視[17-18]。然而，由于存在諸如觀測(cè)站點(diǎn)分布不均勻或數(shù)據(jù)獲取的不充分等原因，大尺度水文模型開(kāi)發(fā)和校正過(guò)程還存在巨大挑戰(zhàn)[19]。分布式水文模型根據(jù)地形、土壤、土地利用及降水等因素的不同，將研究流域劃分為不同水文單元，用一組參數(shù)反映某個(gè)單元的流域特征[4]，逐漸成為可持續(xù)水管理及流域水文循環(huán)研究中的重要工具，獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展[3]。MIKE SHE是一種確定性的、基于物理過(guò)程的分布式水文模型(http://www.dhigroup.com)，涵蓋主要水文循環(huán)過(guò)程及其相互作用[20]，廣泛應(yīng)用于環(huán)境、水文、生態(tài)等領(lǐng)域，在不同氣候和水文條件下得到了測(cè)試和驗(yàn)證[21]，其典型應(yīng)用范圍包括流域規(guī)劃、水資源管理、土地利用變化的影響等[21]。

作為我國(guó)的政治、經(jīng)濟(jì)及文化中心，華北平原社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展給水資源帶來(lái)了巨大的壓力，水資源短缺已成為制約其社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。作為華北平原的主要供水來(lái)源，地下水占總供水量的70%左右[22-23]，北京、石家莊、邢臺(tái)、邯鄲、保定、衡水、廊坊、唐山等城市該比例已達(dá)70%以上。華北平原人均水資源占有量極少(501 m3/a)，只有全國(guó)人均的23%[3]。同時(shí)，由于不合理開(kāi)采地下水，華北平原產(chǎn)生了一系列諸如地面沉降、塌陷、土壤次生鹽漬化等嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，給該區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)帶來(lái)了深遠(yuǎn)影響[24]。除地下水超采嚴(yán)重外，華北平原水資源利用過(guò)程中還存在水資源綜合利用率低、浪費(fèi)和污染嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境惡化及干旱頻率加大等問(wèn)題[4]。

目前，已有許多學(xué)者對(duì)華北平原地下水進(jìn)行研究[22-23,25]。MODFLOW是多數(shù)研究采用的工具，而采用分布式水文模型進(jìn)行研究的例子較少。在前人研究中，地下水補(bǔ)給是通過(guò)下滲系數(shù)或降水量來(lái)進(jìn)行處理，忽略了蒸散發(fā)和灌溉的影響。Kendy E[26]的研究表明，地下水補(bǔ)給量與降水量的比值取決于降水和灌溉的數(shù)量和分布，對(duì)其簡(jiǎn)單處理會(huì)在模型中引入很大的不確定性。與此不同，MIKE SHE模型依據(jù)降水、蒸散發(fā)和灌溉等因素自動(dòng)進(jìn)行地下水補(bǔ)給的計(jì)算，在一定程度上降低了前述不確定性。因此，可采用分布式水文模型對(duì)華北平原地下水利用與管理進(jìn)行更可靠的研究[27]。

本文使用MIKE SHE軟件建立了華北平原地表水-地下水耦合的分布式水文模型，模擬水文循環(huán)的主要過(guò)程。利用地下水水頭觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行校準(zhǔn)和驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上分析華北平原水均衡組成部分，掌握華北平原地下水組成和利用的特征。校準(zhǔn)后的模型被用于分析分布式水文模型在華北平原可持續(xù)水管理中的作用，為解決華北平原水資源短缺問(wèn)題提供有效的指導(dǎo)和科學(xué)的建議。

(1)氣象站點(diǎn)和觀測(cè)井;(2)地形區(qū)邊界[25];(3) 省會(huì)及其它城市圖1 華北平原地理位置和地形圖[3,25]Fig.1 Location and topography of the NCP

1 研究區(qū)概況

華北平原(36°N～41°N，114°30′E～118°30′E)是指黃河以北、燕山以南、太行山以東的沖積平原區(qū)，包含京、津、冀、魯、豫等省市(見(jiàn)圖1)[3-4]。華北平原屬溫暖帶半干旱季風(fēng)型氣候區(qū)，多年(1951～1995年)平均降水量554 mm，降水量年內(nèi)分配不均、年際變化也大，6～9月的降水占全年的75%以上；平均氣溫13.0℃，水面蒸發(fā)量900～1 400 mm，蒸發(fā)量隨緯度增加而遞減。

調(diào)查表明，華北平原天然地下水量為227.4億m3/a，2000年地下水開(kāi)采量為212.0億m3，其中淺層和深層開(kāi)采量分別為178.4億m3和33.6億m3，開(kāi)采程度分別為112%和139%，地下水水位低于海平面的范圍已達(dá)到76 732 km2。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，華北平原局部出現(xiàn)逐步加劇的超采現(xiàn)象，目前已累計(jì)超采淺層900億m3的地下水，形成了世界上最大的地下水降落漏斗區(qū)。

2 華北平原MIKE SHE模型的建立

2.1 模型數(shù)據(jù)

MIKE SHE是基于物理過(guò)程的分布式水文模型，所需數(shù)據(jù)較多，包括氣象、土地利用、河流湖泊、土壤、地形、地下水開(kāi)采、地下水觀測(cè)等不同類型、不同來(lái)源的數(shù)據(jù)(見(jiàn)表1)。

表1 華北平原分布式水文MIKE SHE模型中的數(shù)據(jù)及其來(lái)源Tab.1 Data and their sources in the distributedhydrological MIKE SHE model of the NCP

氣象數(shù)據(jù)包括分布式降水率和基于站點(diǎn)的參考蒸散發(fā)，前者來(lái)自NASA科學(xué)(http://trmm.gsfc. nasa.gov)的熱帶降水測(cè)量衛(wèi)星(Tropical Rainfall Measuring Mission)的3B42日值產(chǎn)品，后者來(lái)自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)服務(wù)提供的19個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，使用Penman-Monteith公式[29]進(jìn)行計(jì)算。為滿足模型網(wǎng)格劃分要求，使用雙線性重采樣方法將降水率的分辨率處理為10 km，采用泰森多邊形法將參考蒸散發(fā)分布于整個(gè)研究區(qū)。采用MODIS歸一化植被指數(shù)，根據(jù)2003年產(chǎn)品的季節(jié)性變化對(duì)土地利用進(jìn)行分類[30]，見(jiàn)圖2。植被參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或文獻(xiàn)確定，對(duì)于同種類型，葉面積指數(shù)和根系深度取值相同，作物系數(shù)和灌溉需水量取值不同。冬小麥和夏玉米是研究區(qū)典型作物輪種類型，前者生長(zhǎng)周期為10月至來(lái)年6月初，后者則為6～9月，棉花和果樹(shù)的生長(zhǎng)周期均為5～10月。

圖2 華北平原土地利用類型分布圖[28]Fig.2 Distribution map of land use of the NCP

研究區(qū)開(kāi)采地下水用于農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)及居民生活，對(duì)它們有不同的處理方法：農(nóng)業(yè)灌溉地下水依據(jù)作物類型和生長(zhǎng)周期進(jìn)行計(jì)算，工業(yè)生產(chǎn)和居民生活地下水來(lái)源于SD模型的結(jié)果[31]。大型水文模型中用于灌溉的淺層地下水水井的具體信息(數(shù)目和位置)是無(wú)法確切掌握的。在這種情況下，模型采用了“淺層井來(lái)源(Shallow Well Source)”來(lái)進(jìn)行處理。灌溉方式為噴灌，即灌溉回歸水將會(huì)以降水的形式重回模型。在模型中，考慮21個(gè)城市用于工業(yè)和生活的深層(III和IV層)地下水開(kāi)采，其數(shù)據(jù)來(lái)自文獻(xiàn)[31]。本文采用隨機(jī)點(diǎn)方法(random- point approach)和虛擬井(virtual well)來(lái)描述研究區(qū)抽水井多且位置信息無(wú)法精確獲知的現(xiàn)象。生活需水分為城鎮(zhèn)和農(nóng)村生活需水，同時(shí)引入重復(fù)利用因子F，對(duì)工業(yè)和生活地下水凈開(kāi)采量進(jìn)行處理，具體步驟如下。

(1) 分別搜集第i個(gè)城市城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活和工業(yè)的總需水量UDWT(i,t)、RDWT(i,t)、IWT(i,t)數(shù)據(jù)，其中1≤i≤21，t是模擬時(shí)間。這些需水量根據(jù)人口、牲畜數(shù)量和工業(yè)產(chǎn)值，利用SD模型進(jìn)行計(jì)算[31]。

(2) 視城市的相對(duì)重要性，隨機(jī)生成第i個(gè)城市的Ni(10≤Ni≤25)個(gè)點(diǎn)，代表Ni個(gè)虛擬井，同一城市的虛擬井使用相同開(kāi)采率。

(3) 搜集城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活和工業(yè)需水量的消耗率FUD、FRD及FI。年均約10.6 mm的地表入海徑流是研究區(qū)水文系統(tǒng)消耗水的另一個(gè)來(lái)源[32]，它被平均分配(5.3 mm/a)到城鎮(zhèn)生活和工業(yè)用水中。

(4) 第i個(gè)城市每口井的開(kāi)采率由公式(1)計(jì)算，其中UDW(i,t)、RDW(i,t)和IW(i,t)分別是城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活和工業(yè)需水量的地下水開(kāi)采率，αUD和αI是5.3 mm/a的徑流量相對(duì)于城鎮(zhèn)生活和工業(yè)開(kāi)采量的比率。計(jì)算公式如下。

(1)

注：沿圖1中A- A′的華北平原水文地質(zhì)橫截面圖[25]，Ⅰ、Ⅱ是第1層(淺層含水層)，Ⅲ、Ⅳ是第2，3層(深層含水層)圖3 華北平原水文地質(zhì)橫截面Fig.3 Hydrogeological cross section of the NCP

2.2 模型結(jié)構(gòu)和設(shè)定

研究區(qū)MIKE SHE模型囊括陸面水文循環(huán)主要過(guò)程及其相互作用，采用有限差分法求解控制方程，包括坡面流(2D Saint-Venant方程)、河道徑流(Kinematic Routing求解器)、非飽和水流(Two-Layer Water Balance法)、飽和水流(三維Boussinesq方程)、林冠截留(解析解)和蒸散發(fā)(解析解)。模擬時(shí)間是2000年1月1日至2008年8月31日，地下水和河流湖泊水流的時(shí)間步長(zhǎng)分別是1 d及5 min，研究區(qū)被離散化為300列350行、大小為2 km×2 km的網(wǎng)格，模擬面積14萬(wàn)km2。研究區(qū)第四紀(jì)含水層包括4個(gè)含水層單元[25](圖3中的Ⅰ-Ⅳ)，對(duì)應(yīng)地質(zhì)單元分別是全新統(tǒng)(Qh4)及晚期(Qp3)、中期(Qp2)和早期(Qp1)更新統(tǒng)[25,33-34]。模型垂向上分為3層[25]：前兩個(gè)含水層(Ⅰ和Ⅱ)為第1層，Ⅲ和Ⅳ為第2,3層。模型頂部高程數(shù)據(jù)來(lái)自SRTM 90 m分辨率高程數(shù)據(jù)[25,35]。模型中考慮了5條主要河流(灤河、永定河、滹沱河、漳河和衛(wèi)河)，河網(wǎng)、橫截面和邊界條件等數(shù)據(jù)由中國(guó)水利水電科學(xué)研究院提供。每條河流都包括設(shè)為定值的上游入流(inflow)和下游水位(water level)邊界條件，通過(guò)耦合段和地下水系統(tǒng)進(jìn)行水量交換。

研究區(qū)的土壤類型包括壤土(loam)、粉砂壤土(silty loam)和砂土(sand)。采用二層水均衡模型(Two-layer Water Balance Model)計(jì)算非飽和含水帶水流，需要飽和含水量、田間持水量、凋萎點(diǎn)含水量及飽和導(dǎo)水率等數(shù)據(jù)(見(jiàn)表2)。

表2 華北平原不同土壤類型的參數(shù)值Tab.2 Parameters for different soil types of the NCP

表3 模型校準(zhǔn)和驗(yàn)證階段的指標(biāo)結(jié)果Tab.3 Performance results of the calibration and validation periods

MIKE SHE需要ET表面深度來(lái)計(jì)算實(shí)際蒸散發(fā)，其值等于毛細(xì)帶的厚度(模型中該值為0.2 m)。飽和地下水含水層分為3層，通過(guò)27個(gè)水文地質(zhì)單元進(jìn)行參數(shù)賦值，同一個(gè)單元使用相同水文地質(zhì)參數(shù)，水力傳導(dǎo)系數(shù)和貯水系數(shù)通過(guò)抽水試驗(yàn)進(jìn)行估算。2000年1月1日初始水頭用作模型的初始條件。第1層包括3類邊界條件：東北部與渤海灣相連，為第1類邊界條件(固定水頭為零)；東南和南部以黃河為界，為第2類邊界條件(固定水頭為初始值)；西部是太行山和山麓平原的交匯處，為第3類邊界條件(零流量)。第2層包括兩類邊界條件：東北部為零水頭邊界，其它部分為零流量邊界。第3層采用零流量邊界條件。

2.3 模型的校準(zhǔn)和驗(yàn)證

模型使用AutoCAL作為優(yōu)化校準(zhǔn)工具，利用226口觀測(cè)井(見(jiàn)圖1)數(shù)據(jù)對(duì)地下水水頭進(jìn)行校準(zhǔn)(2000～2005年)和驗(yàn)證(2006～2008年)。自動(dòng)校準(zhǔn)的目的是最小化均方根誤差(RMSE)，此外還有3個(gè)定量化指標(biāo)：平均誤差(ME)、平均絕對(duì)誤差(MAE)和相關(guān)系數(shù)(R)，計(jì)算公式為

(2)

(3)

(4)

(5)

3 結(jié)果和分析

3.1 校準(zhǔn)和驗(yàn)證結(jié)果

校準(zhǔn)階段的性能指標(biāo)(見(jiàn)表3)表明模型校準(zhǔn)結(jié)果是合理的，對(duì)于多數(shù)觀測(cè)井，R值在0.75以上，表明觀測(cè)值和模擬值之間良好的一致性。大多數(shù)井的RMSE值在0.86～3.51 m之間，相對(duì)研究區(qū)尺度來(lái)說(shuō)是很小的。在驗(yàn)證階段，除了95,116號(hào)和129號(hào)井外，大部分井的R值都很高，表明校準(zhǔn)過(guò)程是成功的。對(duì)于全部226口井來(lái)說(shuō)，ME、MAE和RMSE值分別是1.54 ,13.15,19.49 m，相對(duì)于研究區(qū)地下水降落漏斗中心淺層和深層最大水位變化分別為60 m和70 m[25]來(lái)說(shuō)，這些值是很小的。在模型驗(yàn)證階段，模擬結(jié)果并沒(méi)有反映某些井的地下水水頭動(dòng)態(tài)性，誤差相對(duì)較大，其原因可能是：① 同一網(wǎng)格中存在的密集的抽水活動(dòng)對(duì)模擬曲線形狀會(huì)產(chǎn)生平滑影響；② 對(duì)模型中采用的井的精確位置信息有誤差?？傮w來(lái)說(shuō)，模型校驗(yàn)結(jié)果基本證明了研究區(qū)MIKE SHE模型的有效性。圖4列出了校準(zhǔn)和驗(yàn)證階段所選觀測(cè)井水頭模擬值和觀測(cè)值的比較，模擬的地下水動(dòng)態(tài)性與觀測(cè)的結(jié)果吻合得很好，進(jìn)一步證實(shí)了校驗(yàn)后的MIKE SHE模型的可靠性。

注：2000～2005年為校準(zhǔn)期；2006～2008年為驗(yàn)證期。圖4 觀測(cè)井的地下水水頭模擬值和觀測(cè)值的比較Fig.4 Comparison of simulated and observed groundwater heads for selected observation wells

3.2 地表水模擬結(jié)果

圖5是模擬期內(nèi)研究區(qū)河流地表水流量及區(qū)域平均降水量時(shí)間序列結(jié)果。從中可以看出，流量呈減少且波動(dòng)的規(guī)律，峰值出現(xiàn)在汛期，這與研究區(qū)內(nèi)大多數(shù)河流呈干涸狀態(tài)一致。值得注意的是，由于數(shù)據(jù)的可獲得性問(wèn)題，模擬結(jié)果沒(méi)有與觀測(cè)值進(jìn)行比較，這是模型下一步可以改進(jìn)和深入的地方。

3.3 水均衡分析

水均衡是一個(gè)重要的模擬結(jié)果，能給出研究區(qū)水資源可用性及使用情況的有用信息，可由下式計(jì)算：

IT-OT=ΔST=ΔSUZ+ΔSSZ

(6)

式中，IT和OT分別表示總流入、流出量，ΔST,ΔSUZ和ΔSSZ分別表示含水層、非飽和含水層和飽和含水層儲(chǔ)量變化，正、負(fù)值分別表示增加和減少。

注：河流名字后面的數(shù)字表示該點(diǎn)所處的河流長(zhǎng)度，m圖5 模擬期內(nèi)研究區(qū)河流地表水流量及區(qū)域平均降水量Fig.5 Surface discharge and regional rainfall instudy area during simulation pericol

圖6是模擬期內(nèi)研究區(qū)含水層水均衡情況，而表4是水均衡組成情況。水均衡主要包括流入項(xiàng)(降水、灌溉)和流出項(xiàng)(蒸散發(fā)、抽水)。在模擬期內(nèi)，平均總流入、流出量分別是731.42 mm/a和794.58 mm/a，其差異造成了非飽和及飽和含水層7.50 mm/a和55.38 mm/a的儲(chǔ)量消耗(見(jiàn)圖6)。王榮[36]計(jì)算出華北平原2002年和2003年的地下水儲(chǔ)量消耗為52 mm。而Wang等[37]計(jì)算出華北平原2002年和2003年的地下水儲(chǔ)量消耗為51 mm。同時(shí)期本文計(jì)算的地下水儲(chǔ)量消耗為67 mm。從水均衡角度來(lái)看，這些比較證明了本模型的可靠性。

表4 模擬期內(nèi)水均衡分析結(jié)果Tab.4 Annual water balance analysis results in the simulation period mm/a

系統(tǒng)中大部分水(70.6%)通過(guò)蒸散發(fā)的形式離開(kāi)，其余的水通過(guò)抽水的形式離開(kāi)，表明研究區(qū)水均衡存在明顯的虧缺。除一些濕潤(rùn)年份(2003，2004年和2008年)，實(shí)際蒸散發(fā)大于降水量(見(jiàn)表4)，說(shuō)明研究區(qū)水資源利用的不可持續(xù)性。在整個(gè)模擬期內(nèi)，研究區(qū)的總蒸散發(fā)量大于總降水量，由此導(dǎo)致飽和及非飽和含水層儲(chǔ)量分別消耗480 mm和65 mm，而且這種消耗具有年度變化規(guī)律，即冬季消耗增加，夏季消耗減少。2003，2007年和2008年降水量充沛，導(dǎo)致這些年含水層儲(chǔ)量變化為正值，反映在圖4中是地下水水位的增加。

一直以來(lái)，密集的地下水開(kāi)采被認(rèn)為是造成研究區(qū)地下水枯竭的主要原因。從表4和圖6可以看出，研究區(qū)地下水開(kāi)采量占降水和灌溉水量之和的31%，說(shuō)明目前的地下水開(kāi)采是不可持續(xù)的。實(shí)際的地下水開(kāi)采活動(dòng)具有很大的不確定性，該問(wèn)題的解決有助于建立更準(zhǔn)確的MIKE SHE模型。

圖6 華北平原含水層系統(tǒng)年均水均衡結(jié)果(單位：mm/a)Fig.6 Annual average water balance of aquifer systemin the NCP

3.4 可持續(xù)水管理分析

基于蒸散發(fā)是系統(tǒng)中唯一真正消耗的水[38]的事實(shí)，考慮到研究區(qū)蒸散發(fā)量約占總流出量的70.6%，因此減少蒸散發(fā)是緩解研究區(qū)缺水壓力的一種有效且可行的方法，與此相對(duì)應(yīng)的具體措施包括節(jié)水技術(shù)的更新和改進(jìn)、作物輪作方式的改變等等。從表4可以看出，模擬期內(nèi)研究區(qū)用于灌溉、工業(yè)及居民生活的地下水開(kāi)采量占總開(kāi)采量的比例分別為79%(從2000年的83%到2008年的77%)和21%(從2000年的17%到2008年的23%)，意味著工業(yè)的迅速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速給研究區(qū)帶來(lái)了供水的巨大壓力，進(jìn)而給研究區(qū)地下水的開(kāi)采和水資源的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)壓力。鑒于地下水是研究區(qū)供水的主要來(lái)源，對(duì)地下水的保護(hù)在研究區(qū)水資源可持續(xù)管理中起著舉足輕重的作用。有鑒于此，一些有利于緩解水資源供需壓力的措施，如從區(qū)域外調(diào)水、使用其它地表水作為供水來(lái)源、采取減少蒸散發(fā)的措施(改變作物輪作方式、節(jié)水措施的改進(jìn)等)等，是研究區(qū)未來(lái)應(yīng)該采取的方案。作為研究區(qū)最大的水資源消耗者，農(nóng)業(yè)用水效率的提升是政府部門關(guān)注的焦點(diǎn)。諸如畦灌、低壓管道灌溉和噴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)[39]，可以代替目前研究區(qū)廣泛使用的漫灌技術(shù)，從而有助于節(jié)水措施的實(shí)施，保障研究區(qū)水資源的可持續(xù)發(fā)展。

南水北調(diào)工程開(kāi)始向研究區(qū)供水后，將提供額外的地表水給研究區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)和城市生活，從而減少地下水的開(kāi)采量，這對(duì)于研究區(qū)地下水的保護(hù)和缺水問(wèn)題的緩解起著重要的作用[31]。除此之外，由于水資源的污染會(huì)加重缺水問(wèn)題[31]，對(duì)于研究區(qū)地表水和地下水水質(zhì)的保護(hù)也十分重要。處理后的污水可以被重新用于工業(yè)生產(chǎn)和城市綠化等方面，可有效減少相應(yīng)的地下水開(kāi)采量，幫助緩解研究區(qū)的缺水問(wèn)題。減少用水量和控制水污染相結(jié)合，對(duì)于研究區(qū)水資源的可持續(xù)管理具有顯著的作用。

4 結(jié) 論

(1) 本文建立了華北平原基于MIKE SHE的地表水-地下水耦合的分布式水文模型，模擬了主要陸面水文過(guò)程，如坡面流、河流和湖泊、不飽和流、蒸散發(fā)、飽和流、地下水開(kāi)采和農(nóng)作物灌溉，在此基礎(chǔ)上對(duì)華北平原水均衡及可持續(xù)水管理進(jìn)行了分析。

(2) 研究區(qū)大部分水(70.6%)通過(guò)蒸散發(fā)的形式離開(kāi)，而其余的水通過(guò)地下水開(kāi)采的形式離開(kāi)，這表明研究區(qū)水均衡存在明顯的虧缺。就模擬期平均來(lái)說(shuō)，總流入、流出量分別是731.42 mm/a和794.58 mm/a，由此造成非飽和含水層和飽和含水層7.50 mm/a及55.38 mm/a的儲(chǔ)量消耗。模擬期內(nèi)總蒸散發(fā)量大于總降水量，由此導(dǎo)致飽和及非飽和含水層儲(chǔ)量的消耗，總消耗量分別為480 mm和65 mm。

(3) 可持續(xù)水管理是華北平原社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，水均衡分析對(duì)于華北平原可持續(xù)水管理具有重要影響，與此相關(guān)的建議包括減少蒸散發(fā)、南水北調(diào)工程調(diào)水、節(jié)水灌溉技術(shù)推廣和水質(zhì)保護(hù)。

(4) 蒸散發(fā)是水均衡要素中最重要的流出部分，而且是系統(tǒng)中唯一實(shí)際消耗的部分。因此，可以采用諸如改種耗水少的作物和雜糧作物、休耕土地和城市化等有效措施，來(lái)減少蒸散發(fā)。這將有助于減少缺水的壓力，確保華北平原未來(lái)水資源的可持續(xù)發(fā)展。