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变化环境下密西西比河流域水资源演变规律分析

景兰舒  
【摘要】:流域水循环是响应全球气候变化最为敏感的自然现象,尤其大江大河的流域水循环过程受气候变化影响更为显著。近几十年来,流域水循环过程的改变使流域水资源发生了深刻改变,加之人类活动的影响,进而影响全球水资源的时空分布。传统意义上,只把重力水作为资源纳入水资源评价,随着科学技术的发展及环境的改变,非重力水资源意义逐渐显现。变化环境下,明确释义广义水资源量、准确评估广义水资源量、科学解析广义水资源演变规律对流域水资源的开发利用具有重要意义,研究流域广义水资源也可为水资源理论的发展做出有益探讨。本文考虑非重力水(绿水)对流域水资源开发利用的作用,释义了流域广义水资源概念;以GIS等软件技术为基础,结合数理统计方法和分布式流域水文模型,在系统分析密西西比河流域水循环及下垫面演变规律时空特征的基础上,构建流域SWAT模型,模拟解析同一流域不同气候带的密苏里河和俄亥俄河流域的现状(2013年)及历史(1980~2012年)广义水资源量、绿水深度、蓝水深度和绿水系数的时空演变特征,并模拟识别不同情境下垫面和人工取用水条件对各项水资源量的影响。主要内容有:(1)密西西比河流域年降水量呈由西北向东南递增的空间分布特征,趋势性和周期性的空间分布均呈由东、西边缘地区向中部递增的特征,突变时间呈由高、低经度向中经度地区推迟的特征;径流量空间分布呈由东、西部向中部递增的特征,入海水量总体呈减少趋势,1976年、2004年分别为入海水量增加和减小的突变点,主周期为5a,次周期为10a;密西西比河径流系数呈自西向东递增的变化趋势。(2)2001~2013年流域主要土地覆盖类型为草地、耕地和森林,预测到2025年森林趋于不变,而草地和湿地均呈增加趋势;现状条件下流域内受人类干扰程度较大,低覆被区域呈先减小后增加的趋势,中覆被区域呈减小趋势,中高覆被区域呈先增加后减小趋势,高覆被区域呈增加趋势。(3)2013年密苏里河流域广义水资源量呈外围高、中部低的分布特点,绿水深度呈由东北向西南地区递减的空间分布特征,该流域大部分地区绿水系数均在0.77以上,绿水量占主导位置。俄亥俄流域广义水资源量中高值区面积较大,绿水深度呈中部小,上下部高的空间分布特征,蓝水深度呈由北向南递增的空间分布特征,该流域内蓝水量占主导位置。两个流域蓝绿水量年内相对变化均趋于稳定。(4)1980~2013年密苏里河流域多年均广义水资源量呈西北、东南高,中部低的空间分布特征,大部分子流域多年均绿水深度均在2500mm以下,多年均蓝水深度呈西北下部相对高、东南上部低的时空分布特征,多年均绿水系数呈由西北到东南递增的趋势。1987年广义水资源量最高,蓝水深度较高,绿水系数较低;2001年,广义水资源量最低,绿水深度、蓝水深度均相对较小。俄亥俄河流域多年均广义水资源量总体呈中间低,外围高的空间分布特征。多年均绿水深度呈东北高,西南低的特点。多年均蓝水深度呈中间低,外围高的空间分布特征,多年均绿水系数与广义水资源量空间分布特征相反。1994年广义水资源量最高,1997~2000年变化较为剧烈,2000年广义水资源量最低,且绿水深度、蓝水深度均相对较低,总体上绿水系数均集中于0.5~0.7之间。(5)2001~2013年下垫面条件的变化,使密苏里河流域广义水资源量、绿水深度大部分子流域呈增加趋势,而使部分子流域蓝水量呈减小趋势,绿水系数整体呈减小趋势;俄亥俄河流域广义水资源量、绿水深度、蓝水深度均减少,而使流域绿水系数呈增加趋势。2001~2010年人工取用水变化,使密苏里河流域广义水资源量、绿水深度增加,蓝水深度、绿水系数高值减少,使俄亥俄河流域广义水资源、绿水深度、绿水系数均呈减少趋势,而蓝水深度增加,但两流域空间分布特征基本趋于不变。


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