高藝桔，周月英，劉祖發(fā)，符洪恩，黃婕茵，馮瑩瑩

(1.中山大學(xué) 土木工程學(xué)院，珠海 519082； 2.中山大學(xué) 水資源與環(huán)境研究中心，廣州 510275； 3.中山大學(xué)新華學(xué)院 資源與城鄉(xiāng)規(guī)劃系，廣州 510520)

1 研究背景

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，水資源正成為國(guó)家重要的戰(zhàn)略資源[1]。在我國(guó)最嚴(yán)格水資源管理制度下，水資源的有效配置與利用成為水資源管理中備受關(guān)注的話題。自中國(guó)共產(chǎn)黨第十八次全國(guó)人大會(huì)議將生態(tài)文明建設(shè)納入中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)五位一體總體布局以來(lái)，水資源作為資源環(huán)境的重要組成部分，在生態(tài)文明的建設(shè)中正發(fā)揮著舉足輕重的作用。

長(zhǎng)期以來(lái)，水資源的研究多致力于與社會(huì)和經(jīng)濟(jì)有直接關(guān)聯(lián)的地表水和地下水，即藍(lán)水，但作為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)的重要水源、水資源重要組成部分的綠水卻常常被忽略[2]。1995年，F(xiàn)alkenmark[3]率先提出藍(lán)水、綠水的概念，并將其納入水資源管理的考慮范疇，為水資源的管理開(kāi)拓了新的研究領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著用水矛盾的突出，水資源管理面臨的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)峻，而藍(lán)綠水的概念為水資源研究提供了新思路，引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[4]。

Jürgen等[5]用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型在非洲地區(qū)子流域尺度上進(jìn)行藍(lán)綠水計(jì)算，為水安全和糧食安全以及虛擬水貿(mào)易研究提供數(shù)據(jù)支持。Serur[6]建立埃塞俄比亞Weyb河流域的藍(lán)綠水評(píng)估模型，研究藍(lán)綠水的氣候變化響應(yīng)及其在特定情景下的可得性。Veettil等[7]以藍(lán)水和綠水足跡進(jìn)行水安全評(píng)估,為水資源管理策略的制定提供依據(jù)。農(nóng)業(yè)用水管理中，測(cè)定藍(lán)綠水組成可用于估計(jì)農(nóng)業(yè)灌溉效率和作物生產(chǎn)的藍(lán)綠水足跡[8]，Geng等[9]從綠水和藍(lán)水角度對(duì)中國(guó)31個(gè)省(市)的農(nóng)業(yè)用水效率進(jìn)行評(píng)估，為提高農(nóng)業(yè)用水效率提供了重要參考。在黃河流域源區(qū)、金沙江流域、渭河流域等，也有相關(guān)研究對(duì)當(dāng)?shù)厮{(lán)綠水資源進(jìn)行評(píng)估[10-12]。

目前，國(guó)內(nèi)外研究多集中于對(duì)藍(lán)綠水資源量的評(píng)估及對(duì)下墊面變化和未來(lái)氣候變化等的宏觀響應(yīng)分析，但針對(duì)特定干旱情景下的藍(lán)綠水研究相對(duì)較少。干旱是一種長(zhǎng)期的缺水現(xiàn)象，一直是水資源管理研究中具有挑戰(zhàn)性的話題。干旱會(huì)引起水資源的短缺，但不同程度的干旱對(duì)水資源的影響也因水資源的組成、流域特性等存在差異，因此，從藍(lán)綠水的角度研究干旱對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源的影響，不僅可以了解當(dāng)?shù)厮Y源的抗壓能力，同時(shí)也可以為干旱風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)策略制定提供理論依據(jù)。

北江流域是廣東省重要的農(nóng)業(yè)集中地，農(nóng)業(yè)面積廣，用水量大，用水效益較低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年北江流域農(nóng)業(yè)用水總量為40.15億m3，占廣東省農(nóng)業(yè)用水量的16.11%，占北江流域總用水量的74.94%。加強(qiáng)北江流域的用水管理，在保障農(nóng)業(yè)用水安全的同時(shí)提高水資源的使用效率和效益，保障當(dāng)?shù)厮Y源的可持續(xù)性利用是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。鑒于此，本文采用SWAT模型對(duì)北江流域進(jìn)行建模并驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上用模型中各水文響應(yīng)單元的輸出變量產(chǎn)水量(WYLD)、深層含水層補(bǔ)給量(DA_RCHG)、實(shí)際蒸散發(fā)量(ET)、土壤含水量(SW)計(jì)算流域的藍(lán)綠水資源量，探究北江流域的藍(lán)綠水時(shí)空變化特征，利用標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(Standard Precipitation Index,SPI)統(tǒng)計(jì)流域干旱情況，分析不同干旱程度下的藍(lán)綠水資源情況，以期為流域水資源管理、水安全保障提供依據(jù)。

2 區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 區(qū)域概況

北江(圖1)是珠江第二大水系，發(fā)源于江西省信豐縣，在思賢滘與西江匯合后，注入珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)。北江干流至三水區(qū)思賢滘全長(zhǎng)468 km(廣東省境內(nèi)458 km)，平均坡降0.26‰，流域集雨面積46 710 km2，其中廣東省境內(nèi)集雨面積達(dá)42 930 km2。流域內(nèi)多年平均降水量1 785 mm，多年平均水資源總量477.57億m3，其中地表水資源量477.47億m3，地下水資源量(地下水與地表水不重復(fù)計(jì)算)為0.12億m3。多年平均人均水資源量(不含過(guò)境水)5 616 m3，為全省各流域中最高，也高于全國(guó)平均水平(全省年人均水資源量200 m3，全國(guó)年人均水資源量約2 200 m3)。占流域大部分面積的韶關(guān)、清遠(yuǎn)多年平均人均水資源量分別達(dá)到6 121 m3和6 514 m3。

圖1 北江流域示意圖Fig.1 Schematic diagram of Beijiang river basin

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所采用的數(shù)據(jù)包括流域數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)數(shù)據(jù)來(lái)源于日本METI和美國(guó)NASA聯(lián)合研制的ASTER GDEM數(shù)據(jù)，空間分辨率為30 m；土壤數(shù)據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO)和維也納國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)研究所(International Institute for Applied Systems Analysis，IIASA)所構(gòu)建的世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)(Harmonized World Soil Database，HWSD)，分辨率為1 km；土地利用數(shù)據(jù)為中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的2015年中國(guó)土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，空間分辨率為1 km。用于構(gòu)建SWAT模型天氣發(fā)生器數(shù)據(jù)采用流域內(nèi)南雄、連州、韶關(guān)、英德和清遠(yuǎn)5個(gè)站點(diǎn)以及流域附近其他12個(gè)站點(diǎn)的實(shí)測(cè)氣象資料，所用數(shù)據(jù)為1961—2012年的降水量、蒸發(fā)量、最高和最低氣溫、平均相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)逐日數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)由國(guó)家氣象中心提供，露點(diǎn)溫度、太陽(yáng)輻射逐日數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn)[13]計(jì)算而得，其中1961—1965年的氣象數(shù)據(jù)用于模型預(yù)熱。徑流數(shù)據(jù)選用北江干流石角站1966—2010年的逐日徑流觀測(cè)數(shù)據(jù)，其中 1966—1988年為率定期，1989—2010年驗(yàn)證期。

3 研究方法

3.1 SWAT模型概述

SWAT模型，是美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局開(kāi)發(fā)的基于物理機(jī)制的半分布式流域水文模型，也是目前世界上應(yīng)用最多水文模型[14]。SWAT模型將流域劃分為多個(gè)子流域，根據(jù)土壤屬性、土地利用屬性、坡度、土地管理等屬性，子流域被進(jìn)一步劃分為水文響應(yīng)單元[15]。模擬過(guò)程中，水量、泥沙和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在每個(gè)水文響應(yīng)單元(Hydrologic Response Units，HRU)進(jìn)行匯總后經(jīng)河道、池塘或者水庫(kù)匯集到流域出口處[16]。SWAT模型的水量平衡方程[4]為

式中:SWt為土壤最終含水量；t為時(shí)間；SW0i為第i天土壤初始含水量；Rdayi為第i天的降水量；Qsurfi為第i天地表徑流量；Eai為第i天的蒸散發(fā)量；wseepi為第i天離開(kāi)土壤剖面底部的滲透水流和旁通水流水量；QGWi為第i天回歸流的水量。

目前SWAT模型被廣泛應(yīng)用于徑流模擬[17]、水資源評(píng)估[18]，氣候變化和土地利用變化的水文響應(yīng)[19]等多個(gè)方面。在我國(guó)長(zhǎng)江流域、黃河流域、淮河流域、海河流域、黑河流域等主要流域，SWAT應(yīng)用于水文過(guò)程的模擬分析也取得了較好的成果[20]。

3.2 藍(lán)綠水計(jì)算方法

藍(lán)水量為徑流(地表徑流和地下徑流)、深層含水層補(bǔ)給、湖泊、濕地儲(chǔ)水量之和，而綠水量則分為綠水流和綠水儲(chǔ)，綠水流即實(shí)際蒸散量，綠水儲(chǔ)指儲(chǔ)存在土壤中的水分[21]。藍(lán)水的計(jì)算方法包括統(tǒng)計(jì)方法和水文模型評(píng)估計(jì)算，而綠水的計(jì)算則主要有根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)干物質(zhì)的蒸散量進(jìn)行計(jì)算、根據(jù)典型生態(tài)系統(tǒng)的蒸散量進(jìn)行計(jì)算、利用土壤-植被-大氣模型進(jìn)行評(píng)估、利用水文模型進(jìn)行評(píng)估4種方法[2]。在以上評(píng)估方法中，水文模型評(píng)估方法因成本低、易于進(jìn)行大尺度計(jì)算分析、便于情景模擬分析且操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)而備受國(guó)內(nèi)外研究的關(guān)注[22]。在水文模型中，SWAT模型是基于流域尺度的水文模型，該模型對(duì)流域尺度上的水資源評(píng)估具有較高精度[23]，且可以直接輸出藍(lán)綠水的各分項(xiàng)，被認(rèn)為比較有效的藍(lán)綠水評(píng)估計(jì)算工具[11]。因此，本文選用SWAT模型對(duì)北江流域的藍(lán)綠水進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，計(jì)算公式[4]為：

BWF=WYLD+DA_RCHG ,

(2)

GW=GWF+GWS=ET+SW ,

(3)

(4)

式中：BWF為藍(lán)水流或藍(lán)水量；GW為綠水資源總量；GWC為綠水系數(shù)，表示綠水資源在水資源總量中的占比，可以反映區(qū)域的水資源分配模式；GWF為綠水流；GWS為綠水儲(chǔ)；WYLD為水文相應(yīng)單元的產(chǎn)水量；DA_RCHG為深層含水層補(bǔ)給量；ET為實(shí)際蒸散發(fā)量，在數(shù)值上等于綠水流；SW為土壤中儲(chǔ)存的水分，在數(shù)值上等于綠水儲(chǔ)。

3.3 SPI計(jì)算與干旱響應(yīng)分析

標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)是用以表征特定時(shí)段降水量出現(xiàn)概率的指標(biāo)，該指數(shù)可以用于區(qū)域干旱的量化評(píng)估。SPI的計(jì)算假設(shè)降水量符合伽瑪分布，通過(guò)將偏態(tài)分布的降水量資料進(jìn)行正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。SPI的干旱分級(jí)為輕旱(-1.0

3.4 SWAT模型構(gòu)建及評(píng)價(jià)

本文基于ArcGIS平臺(tái)，在DEM的基礎(chǔ)上以石角站作為流域出口生成北江流域的水系圖，共生成85個(gè)子流域，生成流域的面積為38 979.70 km2，占總流域面積的83.5%。結(jié)合土地利用和土壤數(shù)據(jù)，ArcSWAT模型將流域進(jìn)一步劃分成485個(gè)水文響應(yīng)單元。模型的率定基于SWAT-CUP進(jìn)行，率定方法為SUF12算法。

本文在前人研究的基礎(chǔ)[25-26]上，選取了徑流曲線系數(shù)(CN2)、土壤蒸發(fā)補(bǔ)償系數(shù)(ESCO)、淺水深層補(bǔ)給深度閾值(GWQMN)、地下水蒸發(fā)系數(shù)(GW_REVAP)、潛水極限蒸發(fā)深度(REVAPMN)、基流系數(shù)(ALPHA_B)F、有效田間持水量(SOL_AWC)、飽和水力傳導(dǎo)系數(shù)(SOL_K)、土壤層深度(SOL_Z)、深層含水層滲流率(RCHRG_DP)、生物混合效率(BIOMIX)、主河道水力傳導(dǎo)度(CH_K2)、平均坡長(zhǎng)(SLSUBBSN)共13個(gè)參數(shù)進(jìn)行率定，用相關(guān)系數(shù)平方R2和Nash等[27]提出的模型效率系數(shù)Ens對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，經(jīng)過(guò)率定，模型率定期和驗(yàn)證期的R2分別為0.95和0.94，Ens分別為0.95和0.93，徑流觀測(cè)值與模擬值擬合度較好(圖2)，模型模擬精度較高，可用于北江流域的水文模擬及相關(guān)計(jì)算。

圖2 石角站率定期與驗(yàn)證期月徑流量觀測(cè)值與模擬值對(duì)比Fig.2 Comparison of monthly runoff between observation and simulation at Shijiao station in calibration and verification periods

4 結(jié)果分析

4.1 干旱特征分析

參照3.3節(jié)的干旱分級(jí)，北江流域年際SPI及各站點(diǎn)SPI如圖3。1966—2010年間，北江流域干旱頻率較高，共發(fā)生年際干旱17次，平均每2.5 a發(fā)生一次干旱，其中輕度干旱8次，中度干旱5次，重度干旱4次(圖3(a))。根據(jù)流域內(nèi)南雄、韶關(guān)、連州、英德和清遠(yuǎn)5個(gè)氣象站的降水資料計(jì)算的SPI值，在1966—2010年45 a的時(shí)間里，代表上游的南雄站和韶關(guān)站中度到特大干旱的發(fā)生次數(shù)均為7次，其中南雄站1979年和1996年發(fā)生了特大干旱(圖3(b)和圖3(c))；代表中游的連州站和英德站發(fā)生中度到特大干旱的次數(shù)分別為8次和10次(圖3(d)和圖3(e))；而以清遠(yuǎn)站為代表的下游共發(fā)生中度到特大干旱8次，其中2005年為特大干旱(圖3(f))。整體上，全流域性中度以上干旱的次數(shù)較少，干旱嚴(yán)重程度在空間上存在一定的差異性，這種差異主要源于空間位置、地形、下墊面等差異導(dǎo)致的降水空間分布不均勻性。

圖3 北江流域年際SPI及各站點(diǎn)SPIFig.3 Annual SPI in Beijiang river basin and at each station

4.2 多年平均藍(lán)綠水空間分布特征

北江流域1966—2010年多年平均綠水量為981.08 mm，藍(lán)水量為1 149.08 mm，綠水系數(shù)為0.48。在綠水資源中，綠水流為546.64 mm，而綠水儲(chǔ)為434.45 mm?？臻g分布上，綠水量呈北多南少分布，南北的綠水量差異高達(dá)420 mm(圖4(c))；綠水流的空間分布與綠水量大體一致(圖4(a))；綠水儲(chǔ)的分布則不同，由西北向東南綠水儲(chǔ)量先減少后增加，東北部最少，但整體上空間差異較小(圖4(b))。藍(lán)水量大體呈南多北少分布，北部地區(qū)則由西向東遞減，藍(lán)水量的空間極差可達(dá)1 030 mm(圖4(d))。雖然全流域主要以藍(lán)水資源為主，但水資源的分配模式在空間上存在差異，南部地區(qū)綠水系數(shù)普遍小于北部地區(qū)，即南部地區(qū)水資源以藍(lán)水為主，而北部地區(qū)則主要以綠水為主。北江流域地形南北差異較大，地表植被覆蓋、土壤類型、土地利用方式、氣溫、降水等均存在一定的差異，這些因素是造成流域內(nèi)藍(lán)綠水資源空間差異的主要原因。

圖4 北江流域多年平均藍(lán)綠水空間分布Fig.4 Multi-year average spatial distribution of blue water and green water in Beijiang river basin

4.3 藍(lán)綠水年際變化及年內(nèi)分配特征

1966—2010年間，北江流域藍(lán)綠水均無(wú)顯著性變化趨勢(shì)，但藍(lán)水量波動(dòng)性較大(圖5(a))。藍(lán)綠水的季節(jié)性分配差異較大，藍(lán)水主要集中在春、夏兩季，兩季的多年平均藍(lán)水總量達(dá)915.59 mm，約占全年的79.62%，從四季藍(lán)水量的年際變化來(lái)看，春、夏兩季的波動(dòng)性較大，但整體上均無(wú)顯著性趨勢(shì)變化。

圖5 北江流域藍(lán)綠水年際變化及年際季節(jié)變化特征Fig.5 Interannual and interannual seasonal variations of blue water and green water in Beijiang river basin

由圖5可知，綠水流的年際波動(dòng)性極小，但四季分配有所不同，夏季綠水流量最大，其多年平均值為214.38 mm，冬季最低，多年平均值僅為55.52 mm，夏、秋兩季的綠水流量為369.20 mm，占全年綠水流量的67.55%；綠水儲(chǔ)在春、夏兩季較為穩(wěn)定，而秋、 冬兩季波動(dòng)較為明顯但均無(wú)顯著性趨勢(shì)變化。

總體上，藍(lán)水的波動(dòng)與降水變化大體一致，表明藍(lán)水量的變化與流域降水密切相關(guān)，春夏兩季是北江流域降水較為充沛的兩個(gè)季節(jié)，豐富的降水補(bǔ)給使得兩季的藍(lán)水量也較大。綠水的變化則存在季節(jié)性差異，在降水較多的春夏兩季，土壤水長(zhǎng)期處于充盈狀態(tài)，波動(dòng)較小，綠水儲(chǔ)量較為穩(wěn)定;而秋冬兩季降水補(bǔ)給少時(shí)，土壤未達(dá)到蓄滿狀態(tài)。因此土壤水含量隨降水的變化而有小幅度波動(dòng)，綠水流來(lái)源于蒸散發(fā)，主要受降水和溫度的影響，因此降水量多、溫度較高的夏季綠水流最大，其它3個(gè)季節(jié)相對(duì)較少。

4.4 藍(lán)綠水對(duì)不同干旱的響應(yīng)分析

本文在流域平均SPI的基礎(chǔ)上，結(jié)合流域內(nèi)各站點(diǎn)的SPI值，選取了流域內(nèi)發(fā)生輕度干旱到重度干旱，且各站點(diǎn)SPI值較為接近，受前期降水影響較小的3個(gè)干旱典型年(1992年、1984年、1979年)的藍(lán)綠水進(jìn)行干旱響應(yīng)分析。1992年、1984年、1979年的干旱嚴(yán)重程度分別為輕度、中度、重度。

由表1和圖6可知，3種干旱情景下，北江流域的綠水流總量無(wú)顯著差異，流域平均綠水量分別為553.45、542.15、552.24 mm，與流域的多年平均綠水流量較為接近；空間上，東北部地區(qū)綠水流的量隨干旱嚴(yán)重程度的增加而減小(圖6(b))。流域平均綠水儲(chǔ)量隨著干旱嚴(yán)重程度的增加而略有增加，由輕度干旱到重度干旱，流域的平均綠水儲(chǔ)量由415.74 mm增加至436.80 mm，重度干旱時(shí)的綠水儲(chǔ)量與多年平均值434.45 mm相近；空間上，南部地區(qū)的綠水儲(chǔ)量無(wú)顯著變化，西北角的綠水儲(chǔ)隨干旱嚴(yán)重程度增加有增加趨勢(shì)(圖6 (c))。藍(lán)水量受干旱影響最顯著，流域平均藍(lán)水量在輕度干旱時(shí)為1 354.08 mm，中度干旱時(shí)，藍(lán)水量比多年平均值減少9.55%，重度干旱時(shí)則減少了16.94%，僅為954.42 mm；藍(lán)水量的空間分布與降水的空間分布大體一致，尤其在北部地區(qū)，隨干旱嚴(yán)重程度增加，藍(lán)水量顯著減少(圖6 (d))。受藍(lán)綠水量變化的影響，不同干旱情景下的綠水系數(shù)也不同，輕度干旱時(shí)，全流域的綠水系數(shù)均在0.5以下，即全流域的主要水資源為藍(lán)水；當(dāng)發(fā)生中度干旱時(shí)，北部大部分地區(qū)的綠水系數(shù)已>0.5，流域主要水資源由藍(lán)水變?yōu)榫G水;重度干旱時(shí)，流域平均綠水系數(shù)達(dá)0.53，超出平均值的10%(圖6 (e))。

圖6 北江流域不同干旱情景下降水及藍(lán)綠水空間分布Fig.6 Spatial distribution of precipitation and blue water and green water in Beijiang river basin under different drought scenarios

表1 北江流域不同情景下的降水量與藍(lán)綠水量Table 1 Precipitation, blue water and green water at different scenarios in Beijiang river basin

干旱作為一種長(zhǎng)期的缺水狀態(tài)，直接影響著流域藍(lán)綠水量。但因藍(lán)綠水在自然界中的儲(chǔ)存形式不同，藍(lán)綠水對(duì)干旱的響應(yīng)也有差異，藍(lán)水以地表徑流和壤中流為主要組成，降水充沛時(shí)，能夠迅速轉(zhuǎn)化為藍(lán)水，而降水稀少時(shí)，藍(lán)水也迅速減少；而綠水則主要以蒸散發(fā)和土壤水的形式存在，由降水轉(zhuǎn)化為綠水的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，因此由降水減少引起的綠水減少也需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間。

5 藍(lán)綠水資源時(shí)空分配和干旱響應(yīng)特征討論

5.1 藍(lán)綠水資源時(shí)空分配特征

北江流域多年平均綠水系數(shù)為0.48，流域藍(lán)水量占水資源總量的52%，約為綠水量的1.08倍，這與同位于南方濕熱地區(qū)的東江流域[28]、晉江西流域[29]的研究結(jié)果基本一致。北江流域氣候濕熱，降水豐富，土壤含水量較大，且產(chǎn)流模式多以蓄滿產(chǎn)流為主，降水容易轉(zhuǎn)化為地表徑流，藍(lán)水整體較為豐富，在流域水資源中占據(jù)主要地位。而造成南北藍(lán)綠水差異的原因則可能源于降水、地形、植被、土地利用、土壤類型等的空間差異。北江流域降水南多北少，使得南部地區(qū)有更多的降水轉(zhuǎn)化為藍(lán)水，北部多丘陵，地形起伏大，地面坡度大，匯流速度較快，地表徑流深較小，而相對(duì)平坦的南部地區(qū)則能累積更多地表徑流，因此南部地區(qū)藍(lán)水量較大。北部地區(qū)植被茂密，植物蒸散發(fā)量較大，且北部地區(qū)有大面積的農(nóng)業(yè)種植區(qū)，農(nóng)業(yè)灌溉等因素使得綠水量增加。此外，南部地區(qū)，尤其是北江干流兩岸，建設(shè)用地的擴(kuò)張使得土壤下滲減少，綠水儲(chǔ)量減少，以上原因造成了綠水量的北多南少分布。

除此之外，造成南北主要水資源不同的原因還在于流域本身的特性和當(dāng)?shù)貧夂驐l件。受氣候條件和流域土壤等屬性的影響，流域蒸散發(fā)量和土壤含水量總是有限的，不會(huì)無(wú)限增加，而徑流、壤中流的量則是隨降水增加的，因此降水豐富的南部地區(qū)藍(lán)水量總是高于綠水量。

5.2 藍(lán)綠水干旱響應(yīng)特征

北江流域藍(lán)水對(duì)干旱的響應(yīng)較綠水敏感，藍(lán)水抗旱能力較弱。3種干旱情景下的綠水無(wú)顯著的變化，綠水儲(chǔ)、綠水流的最大距平百分比僅為4.3%；以土壤水形式存在的綠水儲(chǔ)作為植物養(yǎng)分運(yùn)輸?shù)闹匾橘|(zhì)，對(duì)植物的生長(zhǎng)具有重要意義，綠水儲(chǔ)的這種特性對(duì)當(dāng)?shù)赜牮B(yǎng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展是極為有利的，可通過(guò)發(fā)展雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)優(yōu)化當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)業(yè)用水效率。但另一方面，藍(lán)水受干旱影響較為顯著，尤其是北部的韶關(guān)市，該地區(qū)藍(lán)水量的多年平均值介于780～1 010 mm之間，而重度干旱時(shí)，韶關(guān)市大部分地區(qū)的藍(lán)水減少至600 mm以下。藍(lán)水是北江流域大面積的稻田灌溉、工業(yè)和生活用水的直接水源，干旱直接威脅當(dāng)?shù)氐挠盟踩?jù)韶關(guān)市2008—2018年水資源公報(bào)統(tǒng)計(jì)，韶關(guān)市的11 a間的平均用水總量折合為水深約為117 mm，總用水量占重度干旱時(shí)藍(lán)水量的19%以上，約為北江水資源開(kāi)發(fā)利用率的2倍。研究表明，北江流域1969—2011年間，干旱頻次呈上升趨勢(shì)，且在PCR4.5情景下，2021—2050年的干旱頻次將較1971—2000年有所增加[30]。因此需要加強(qiáng)對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)保水蓄水、高效用水技術(shù)的研發(fā)，提高農(nóng)業(yè)種植的抗壓能力，同時(shí)優(yōu)化流域內(nèi)水利工程布局并加強(qiáng)管理和調(diào)度，提高區(qū)域應(yīng)急抗旱能力以保障區(qū)域用水安全。

6 結(jié) 論

本文以北江流域?yàn)檠芯繉?duì)象，采用SWAT模型進(jìn)行建模，用以研究北江流域的藍(lán)綠水時(shí)空變化特征，在此基礎(chǔ)上分析了藍(lán)綠水對(duì)不同干旱的響應(yīng)特征，得出如下結(jié)論。

(1)北江流域藍(lán)綠水均較為豐富，藍(lán)水量多年平均值為1 149.08 mm，綠水量為981.08 mm。

(2)北江流域的藍(lán)綠水空間分布差異較大，藍(lán)水呈南多北少分布，綠水則表現(xiàn)為北多南少，從藍(lán)綠水的分配模式來(lái)看，全流域水資源以藍(lán)水為主，綠水系數(shù)為0.48，但北部地區(qū)以綠水為主。

(3)北江流域的藍(lán)綠水在時(shí)間上無(wú)顯著變化趨勢(shì)，綠水整體較為穩(wěn)定，藍(lán)水隨降水的年際變化有明顯的局部波動(dòng)變化；全年中，藍(lán)水主要集中在春、夏兩季，兩季的藍(lán)水總量為915.59 mm，占全年的79.62%，綠水中綠水流的季節(jié)性變化較為明顯，夏、秋兩季的綠水流量為369.20 mm，占全年綠水流量的67.55%。

(4)北江流域的藍(lán)水對(duì)干旱的響應(yīng)較敏感，藍(lán)水抗旱能力較弱，中度和重度干旱情景下，藍(lán)水資源較多年平均值分別減少了9.55%和16.94%，而3種干旱情景下的綠水流、綠水儲(chǔ)的距平量最大僅為4.3%；當(dāng)干旱程度由中度變?yōu)橹囟葧r(shí)，北江流域的藍(lán)、綠水分配模式會(huì)逐步從以藍(lán)水為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃G水為主。