吳 鑒，李志琴，劉 飛，王君勤

(1.四川省都江堰管理處，四川 都江堰，611800；2.四川省水利科學(xué)研究院，成都，610072)

1 前言

四川省都江堰供水區(qū)當(dāng)?shù)厮Y源總量為100.69億m3，計(jì)入入境水量(岷江及區(qū)域內(nèi)中小河流)后水資源總量為272.91億m3，而可利用水資源僅182.36億m3。供水區(qū)當(dāng)?shù)厮Y源人均僅有406m3，按聯(lián)合國(guó)教科文組織制定的水資源豐缺標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)屬于極度缺水區(qū)，即使計(jì)入入境水資源后人均水資源也只提高到1071m3，仍屬中度缺水區(qū)。隨著成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)和供水區(qū)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，人類(lèi)社會(huì)對(duì)水資源的數(shù)量和質(zhì)量都提出了越來(lái)越高的要求。為保障區(qū)域供水安全，適應(yīng)我省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，開(kāi)展都江堰供水區(qū)水資源演變研究是十分必要的。

水資源演變規(guī)律研究的目的在于把握環(huán)境變化的水資源狀況、評(píng)估水資源和水循環(huán)對(duì)環(huán)境變化及各驅(qū)動(dòng)因素的響應(yīng)。目前，水資源演變研究主要集中于兩個(gè)方面：水資源演變規(guī)律和趨勢(shì)分析，水資源演變歸因分析。所采用的研究方法主要有：統(tǒng)計(jì)分析法、統(tǒng)計(jì)模型、概念性集總式水文模型以及具有物理機(jī)制的分布式水文模型四種方法。而在驅(qū)動(dòng)因子的研究上則主要集中在氣候變化、土地利用/覆被變化以及人工取用水三個(gè)類(lèi)別。

水資源演變的驅(qū)動(dòng)因子包含自然因素與人為因素。自然因素主要包括氣候因素如降水、日照、風(fēng)速等，以及下墊面條件；人為因素包括人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土地利用/土地覆蓋的改變和人類(lèi)對(duì)水資源的開(kāi)發(fā)利用。

由于在水資源復(fù)雜的演變過(guò)程中，各驅(qū)動(dòng)因子共同作用，相互影響，且水資源演變也對(duì)驅(qū)動(dòng)因子有反饋?zhàn)饔脧亩僮饔糜谒Y源演變，因此，定量地分析每個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)水資源演變的機(jī)理以及準(zhǔn)確預(yù)測(cè)變化環(huán)境的水資源演變趨勢(shì)已經(jīng)成為水資源演變研究的難點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展越來(lái)越成熟，大尺度分布式水文模型的計(jì)算讓水資源演變的定量分析越來(lái)越接近實(shí)際。

2 氣候變化對(duì)水資源演變的研究進(jìn)展

氣候變化是水資源演變的重要驅(qū)動(dòng)因子。總體看來(lái)，全球變暖背景下大部分地區(qū)年平均降水量呈增加趨勢(shì)，年平均徑流量多呈減少趨勢(shì)。

數(shù)理統(tǒng)計(jì)、相關(guān)分析、水文模型等方法是診斷氣候變化背景下區(qū)域水文變化最為常用的工具。不確定性是未來(lái)氣候變化影響評(píng)價(jià)中存在的最大問(wèn)題，是開(kāi)展未來(lái)氣候變化研究的重要方向和核心內(nèi)容。

王國(guó)慶[1]分析了黃河流域未來(lái)氣溫及降水的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)未來(lái)30年(2021-2050年)黃河流域氣溫將持續(xù)顯著升高，流域降水總體可能增多，但對(duì)降水變化預(yù)估的不確定性較大；受氣候變化影響，黃河流域未來(lái)水資源量較基準(zhǔn)期可能會(huì)略微偏少，流域水資源供需矛盾可能進(jìn)一步加劇。

張建云[2]發(fā)現(xiàn)由于氣溫升高導(dǎo)致的冰川積雪融化，青藏高原多數(shù)區(qū)域地表河川徑流量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，季節(jié)過(guò)程也發(fā)生了明顯變化，長(zhǎng)江、怒江和雅魯藏布江河源區(qū)徑流增加趨勢(shì)尤為顯著。未來(lái)預(yù)測(cè)分析認(rèn)為，隨著冰川積雪的減少，融雪徑流將會(huì)減少，部分河流徑流量會(huì)出現(xiàn)由增轉(zhuǎn)減的“拐點(diǎn)”，這將導(dǎo)致該區(qū)域的水資源安全面臨新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

王苓如[3]發(fā)現(xiàn)洪澤湖以上流域氣溫升高，流域水量實(shí)際蒸發(fā)會(huì)增加，導(dǎo)致水資源量呈減少的趨勢(shì)；徑流年內(nèi)分配受降水變化影響較大，隨著降水增加，徑流年內(nèi)分配更集中，加大年內(nèi)徑流分配差異，可能加大流域湖泊調(diào)蓄壓力。

流域水資源供需矛盾可能進(jìn)一步加劇，不確定性是未來(lái)氣候變化影響評(píng)價(jià)中存在的最大問(wèn)題，是開(kāi)展未來(lái)氣候變化研究的重要方向和核心內(nèi)容。通過(guò)以上文獻(xiàn)分析，都江堰供水區(qū)面臨著隨著氣候變暖氣溫升高，流域水量實(shí)際蒸發(fā)會(huì)增加，水資源量呈減少的趨勢(shì)；徑流年內(nèi)分配受降水變化影響較大，隨著降水增加，徑流年內(nèi)分配更集中，加大年內(nèi)徑流分配差異，水資源安全面臨新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

3 土地利用/覆被變化對(duì)水資源演變的研究進(jìn)展

土地利用和土地覆蓋變化改變了研究區(qū)的地形地貌，不僅影響區(qū)域的水文循環(huán)，而且對(duì)區(qū)域水文過(guò)程和生態(tài)過(guò)程均具有較為明顯的影響。不同地區(qū)的土地利用變化對(duì)水文過(guò)程的影響存在一定的差異，土地利用與水文過(guò)程的相互作用機(jī)制是水資源演變的研究重點(diǎn)之一。

在氣候變化和綠洲開(kāi)發(fā)日益增強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)作用下，祖拜代·木依布拉[4]發(fā)現(xiàn)新疆克里雅河流域土地利用/覆被發(fā)生了較大的變化，水土資源供需矛盾日益突出，使流域可持續(xù)性研究突顯其重要性。采用地理信息系統(tǒng)和相關(guān)統(tǒng)計(jì)法分析了克里雅河流域1995-2015年土地利用/覆被與景觀格局變化過(guò)程，氣候變化背景下的地表徑流變化和植被生長(zhǎng)狀況，以及在氣候和人類(lèi)活動(dòng)影響下的流域水資源利用結(jié)構(gòu)時(shí)空變化特征，評(píng)價(jià)了流域水資源供需平衡和綠洲穩(wěn)定性，為流域水土資源的合理規(guī)劃提出了對(duì)策和建議。

孔祥倫[5]研究黃河三角洲近30年土地利用/覆被結(jié)構(gòu)變化、變化軌跡時(shí)空特征及景觀格局，發(fā)現(xiàn)1996-2016年黃河三角洲耕地、人工水體、建設(shè)用地面積呈增加趨勢(shì)，未利用地、林地、草地和天然水體面積減少；林地、未利用地呈快速減少趨勢(shì)。人工水體、建設(shè)用地及耕地的增加速度不斷減緩；草地和天然水體于1986-1996年緩慢增加，1996年后持續(xù)減少。

毛熙彥[6]分析土地利用對(duì)水資源影響研究在內(nèi)容和方法層面的發(fā)展，并對(duì)研究中存在的不確定性來(lái)源進(jìn)行分析。在內(nèi)容方面，現(xiàn)有研究關(guān)注的用地類(lèi)型更為全面，尺度更加多樣，更加關(guān)注土地利用變化空間分布的影響，強(qiáng)調(diào)土地利用與氣候變化對(duì)水資源影響的區(qū)別與聯(lián)系。在技術(shù)方面，情景分析和分布式水文模型應(yīng)用十分廣泛，土地利用變化模型也逐步為更多的研究所采用。隨著研究向復(fù)雜化和模型化發(fā)展，研究中存在的不確定性有所增加，不確定性的量化對(duì)于研究的深入發(fā)展十分必要。除此之外，分析土地利用規(guī)劃與水資源管理目標(biāo)之間的潛在沖突以及在情景構(gòu)建中考慮水資源變化對(duì)土地利用的制約，也應(yīng)當(dāng)在未來(lái)研究中有所體現(xiàn)。

“人為因素”驅(qū)動(dòng)軌跡的景觀破碎度、集聚程度和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度均高于“自然因素”驅(qū)動(dòng)軌跡，人類(lèi)活動(dòng)在研究區(qū)土地利用/覆被變化過(guò)程中起主導(dǎo)作用。隨著成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)和四川省都江堰供水區(qū)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，開(kāi)展都江堰供水區(qū)土地利用和植被覆被變化研究是水資源演變的研究重點(diǎn)之一。

4 水利工程建設(shè)及人工取水對(duì)水資源演變的研究進(jìn)展

溫川[7]采用實(shí)地調(diào)研和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析的研究方法，從瑪河灌區(qū)水資源的演變趨勢(shì)及開(kāi)發(fā)利用兩個(gè)方面，詳細(xì)說(shuō)明了工程運(yùn)行對(duì)灌區(qū)水資源時(shí)空分布、防洪調(diào)度、生態(tài)環(huán)境以及水生生物的影響。研究表明新疆肯斯瓦特水利樞紐工程建設(shè)能提高灌區(qū)水資源的利用效率，并不會(huì)對(duì)灌區(qū)水資源及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生過(guò)多負(fù)面影響。

方紹東[8]根據(jù)近年昆明市水資源量監(jiān)測(cè)及其開(kāi)發(fā)利用的有關(guān)資料，昆明城市發(fā)展進(jìn)程中水資源總量呈減少趨勢(shì)，用水結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，生活用水緩慢增加，生產(chǎn)用水小幅減少，城市綠化等其他用水大幅度增長(zhǎng)，供用水矛盾日益突出。GDP總量用水量增大，用水效率提高，飲用水水源地水質(zhì)也呈下降趨勢(shì)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，滇池流域水資源將不能滿足昆明市發(fā)展的需要，城市用水將依賴(lài)于外流域遠(yuǎn)距離調(diào)水。

都江堰灌區(qū)內(nèi)已開(kāi)展多項(xiàng)水利樞紐工程建設(shè)，隨著成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)和四川省都江堰供水區(qū)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模擴(kuò)大，用水大幅度增長(zhǎng)，供用水矛盾日益突出，開(kāi)展都江堰供水區(qū)水利工程建設(shè)及人工取水對(duì)水資源的影響是水資源演變的研究重點(diǎn)之一。

5 分布式水文模型應(yīng)用研究進(jìn)展

分布式水文模型是研究環(huán)境變化下水文效應(yīng)的重要方法，在探索水文變化規(guī)律、預(yù)測(cè)未來(lái)徑流等方面發(fā)揮了重要作用。分布式水文模型可以耦合其他因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行歸因分析，因此，分布式水文模型一般需要較為詳細(xì)的水文、氣象、土壤、植被等資料，相關(guān)研究中模型應(yīng)用區(qū)域總體資料較為齊全，大多數(shù)模型的模擬結(jié)果也令人滿意，但其在資料缺乏地區(qū)的應(yīng)用還存在較大的限制[9]。此外，環(huán)境變化改變了區(qū)域下墊面條件，破壞了水文序列的一致性，因此，開(kāi)展變化環(huán)境下的水文過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬研究也是未來(lái)水文科學(xué)發(fā)展的重要方向。

金聰[10]以新興江流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，整合流域下墊面信息與氣象數(shù)據(jù)，基于GIS平臺(tái)構(gòu)建了SWAT分布式水文模型。模型率定期與驗(yàn)證期的總徑流相對(duì)誤差均在±10%以?xún)?nèi)，Nash-Sutcliffe系數(shù)均在0.90以上，總體模擬效果十分理想。降水與氣溫的變化給流域徑流帶來(lái)不同程度的影響，徑流量對(duì)降水變化的響應(yīng)比氣溫更加敏感。通過(guò)徑流模擬，SWAT模型可以為變化環(huán)境下新興江流域的水資源規(guī)劃與管理工作提供有效的參考依據(jù)。

田富強(qiáng)[11]以雅魯藏布江為對(duì)象，利用水文分區(qū)曲線對(duì)降雨、融雪和融冰等不同水源主導(dǎo)的流量過(guò)程進(jìn)行劃分，以劃分的流量過(guò)程線子集對(duì)相應(yīng)水文過(guò)程參數(shù)進(jìn)行分步率定，提高了水文模型參數(shù)的物理性，以此構(gòu)建了雅魯藏布江流域分布式水文模型及參數(shù)集，內(nèi)部多個(gè)水文站點(diǎn)和流域雪水當(dāng)量的驗(yàn)證表明模型具有良好的性能?；谀Ｐ徒馕隽?001-2015年間雅魯藏布江的徑流水源組成，對(duì)高山寒區(qū)徑流的水源解析有普遍意義，結(jié)果對(duì)理解氣候變化下雅魯藏布江徑流變化趨勢(shì)有參考價(jià)值。

金君良[12]以嘉陵江流域?yàn)檠芯繉?duì)象，構(gòu)建了嘉陵江流域大尺度分布式VIC模型，通過(guò)4個(gè)水文站以上流域的水文模擬試驗(yàn)，結(jié)果表明建立的VIC模型能有效地模擬嘉陵江流域各典型站的日、月徑流過(guò)程，模擬的水量平衡誤差在5%以?xún)?nèi)，日徑流過(guò)程模擬的確定性系數(shù)均在70%以上，月徑流過(guò)程模擬的確定性系數(shù)超過(guò)90%。該模型可以用來(lái)分析環(huán)境變化對(duì)嘉陵江流域水資源及洪水過(guò)程的影響。

夏軍[13]以南水北調(diào)中線工程聯(lián)系的跨漢江、黃河和海河多個(gè)流域的區(qū)域水循環(huán)模擬、環(huán)境變化影響與水安全研究。重點(diǎn)論述了跨流域調(diào)水的大尺度分布式水文模型(LDTVGM)的研究與展望。目的是探討變化環(huán)境下跨流域調(diào)水的分布式水循環(huán)模型的建立，發(fā)展區(qū)域水循環(huán)動(dòng)力學(xué)-非線性系統(tǒng)-多源不確定性分析與綜合的理論與影響評(píng)估方法，為分析應(yīng)對(duì)氣候變化和高強(qiáng)度人類(lèi)活動(dòng)影響的區(qū)域水資源安全及應(yīng)對(duì)措施的風(fēng)險(xiǎn)管理，提供科學(xué)依據(jù)。

隨著成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)和四川省都江堰供水區(qū)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，有必要開(kāi)展都江堰供水區(qū)水資源演變的研究。開(kāi)展水文、氣象、土壤、植被等因素相互耦合的分布式水文模型是未來(lái)都江堰供水區(qū)水資源演變研究的重要方法。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著人類(lèi)活動(dòng)加劇、氣候變暖，氣溫升高，全球性氣候變化造成海平面上升、冰川融化，氣候變化對(duì)水資源演變過(guò)程的影響受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。而城市化發(fā)展改變了下墊面條件，增加了不透水面積，使洪澇災(zāi)害頻發(fā)，這些問(wèn)題對(duì)流域水資源管理提出了挑戰(zhàn)。氣候變化對(duì)水文過(guò)程具有直接影響，加強(qiáng)氣候變化風(fēng)險(xiǎn)和不確定性分析是未來(lái)水資源演變研究的重點(diǎn)。

土地利用變化通過(guò)改變流域下墊面特征進(jìn)而影響區(qū)域水資源狀況，同時(shí)，區(qū)域水文情勢(shì)對(duì)土地利用具有一定的反饋?zhàn)饔?；流域分布式水文模型為開(kāi)展環(huán)境變化影響評(píng)價(jià)提供了有力的手段，隨著監(jiān)測(cè)技術(shù)的日益完善，充分利用多源數(shù)據(jù)進(jìn)行資料缺乏地區(qū)和變化環(huán)境條件下的水文模擬，是未來(lái)水資源演變研究的重要方向。

隨著城市規(guī)模擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，飲用水水源地水質(zhì)呈下降趨勢(shì)，流域水資源將不能滿足城市發(fā)展的需要，城市用水將依賴(lài)于外流域遠(yuǎn)距離調(diào)水。開(kāi)展都江堰供水區(qū)水利工程建設(shè)及人工取水對(duì)水資源的影響是水資源演變的研究重點(diǎn)之一。

隨著成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)和四川省都江堰供水區(qū)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，有必要開(kāi)展都江堰供水區(qū)水資源演變的研究。開(kāi)展水文、氣象、土壤、植被等因素相互耦合的分布式水文模型是未來(lái)都江堰供水區(qū)水資源演變研究的重要方法。