基于SWAT模型的新疆葉爾羌河流域氣候變化對(duì)區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)影響研究

梁建輝

(新疆喀什水文勘測(cè)局，新疆 喀什 844000)

基于SWAT模型的新疆葉爾羌河流域氣候變化對(duì)區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)影響研究

梁建輝

(新疆喀什水文勘測(cè)局，新疆 喀什 844000)

結(jié)合SWAT模型對(duì)新疆葉爾羌河某子流域的地下水埋深進(jìn)行預(yù)測(cè)，定量分析氣候變化環(huán)境下研究區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)響應(yīng)變化。研究結(jié)果表明：SWAT模型適用于區(qū)域地下水埋深的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)精度較高。相比于降水變化，氣溫變化下區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)響應(yīng)度更高，對(duì)新疆葉爾羌河流域地下水埋深影響更大。研究成果對(duì)于新疆葉爾羌河流域地下水保護(hù)規(guī)劃提供參考價(jià)值。

SWAT模型；地下水動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)；氣候變化；地下水動(dòng)態(tài)響應(yīng)；新疆葉爾羌某子小流域

當(dāng)前，全球氣候變化對(duì)流域水循環(huán)的影響成為研究熱點(diǎn)，而地下水作為水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)之一，如何定量分析氣候變化對(duì)流域地下水的影響，成為國內(nèi)許多學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問題，特別是在干旱半干旱、干旱區(qū)域，地下水是區(qū)域重要的水資源組成，其占據(jù)較高的比例，定量評(píng)估氣候變化對(duì)該區(qū)域地下水的影戲，對(duì)于區(qū)域地下水資源的規(guī)劃和保護(hù)至關(guān)重要。近些年來，國內(nèi)許多學(xué)者展開氣候變化對(duì)區(qū)域地下水定量影響的研究，并取得一定的研究成果[1-5]。早期，評(píng)估的主要方法為建立氣候要素和地下水埋深之間的線性關(guān)系來分析未來氣候變化對(duì)區(qū)域地下水的影響，但是該方法需要較長系列的地下水埋深數(shù)據(jù)，且在相關(guān)性不好的區(qū)域適用性不高。從2000后，一些具有物理機(jī)制的分布式水文模型逐步用于地下水埋深的預(yù)測(cè)中[6-9]，這其中SWAT模型在國內(nèi)應(yīng)用較為成熟，但在新疆葉爾羌河流域地下水動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)中應(yīng)用還較少，為此本文引入SWAT模型對(duì)新疆葉爾羌河某子流域地下水進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，并設(shè)定4種氣候變化情景模式定量分析氣候變壞下的流域地下水動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

1 研究方法

本文采用SWAT模型來進(jìn)行區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，SWAT模型以水文響應(yīng)單元為計(jì)算單元，每個(gè)水文響應(yīng)單元單獨(dú)計(jì)算水文過程，SWAT模型通過模擬下滲土壤水來進(jìn)行區(qū)域地下水的動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算，SWAT模型由于近些年來在國內(nèi)應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，模型具有的地下水動(dòng)態(tài)模擬原理可詳見參考文獻(xiàn)[10]。為分析SWAT模型在新疆葉爾羌河流域地下水的適用性，本文結(jié)合區(qū)域2005年-2015年地下水觀測(cè)井實(shí)測(cè)地下水埋深數(shù)據(jù)，結(jié)合相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差兩個(gè)指標(biāo)分析模型在新疆葉爾羌河流域地下水埋深預(yù)測(cè)的適用性。在模型適用性分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合4種氣候變化情景模式，分析氣候變化下流域地下水動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

2 氣候變化下新疆葉爾羌河流域地下水動(dòng)

態(tài)響應(yīng)研究

2.1 研究區(qū)域概況

本文以新疆葉爾羌河某子流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，葉爾羌河主要位于新疆的西南部區(qū)域，流域地下水資源占區(qū)域總水資源的20%～40%之間，研究區(qū)域多年平均降水量為70～90 mm，屬于干旱區(qū)域，區(qū)域地下水補(bǔ)給主要通過降水入滲補(bǔ)給方式，區(qū)域內(nèi)實(shí)測(cè)地下水埋深的數(shù)據(jù)系列為2005年～2015年，本文結(jié)合SWAT模型對(duì)區(qū)域地下水進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，并結(jié)合實(shí)測(cè)地下水埋深數(shù)據(jù)對(duì)模型的適用性進(jìn)行對(duì)比分析。

2.2 模型參數(shù)率定

結(jié)合區(qū)域?qū)崪y(cè)地下水埋深數(shù)據(jù)，對(duì)SWAT模型主要的參數(shù)進(jìn)行了率定，模型參數(shù)率定結(jié)果見表1。

表1 模型參數(shù)率定結(jié)果

2.3 地下水預(yù)測(cè)精度分析

結(jié)合區(qū)域?qū)崪y(cè)2005～2015年地下水埋深數(shù)據(jù)，定量分析SWAT模型在區(qū)域地下水預(yù)測(cè)的精度，結(jié)果見表2和圖1。

表2 基于SWAT模型的區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)精度分析結(jié)果

過程對(duì)比 相關(guān)性分析

從表1中可以看出，SWAT模型在研究區(qū)域地下水埋深各年份模擬值實(shí)測(cè)地下水埋深值之間的誤差均小于10%，絕對(duì)誤差小于0.50 m，可見在區(qū)域地下水埋深具有較好的預(yù)測(cè)精度，可用于區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。從圖1中可以看出，實(shí)測(cè)地下水埋深和模擬地下水埋深在過程上具有較好的吻合度，兩者相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.693 1，具有較好的相關(guān)性。綜上可見，SWAT模型可以用來新疆葉爾羌河流域的地下水動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，并可作為分析氣候變化下區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)響應(yīng)的模擬平臺(tái)。

表3 氣候變化下區(qū)域年平均地下水動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)果

2.4 氣候變化下的葉爾羌河流域地下水動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析

為定量分析氣候變化下研究流域地下水動(dòng)態(tài)響應(yīng)，結(jié)合SWAT模型，分別設(shè)定4種氣候變化情景模式，分析氣候變化前后區(qū)域年平均地下水埋深變化的程度，分析結(jié)果見表3。

從表3中可以看出在情景1下，氣溫增加5℃時(shí)，區(qū)域年均地下水埋深減少0.61 m，減少率為12.8%，地下水埋深減少主因是氣溫升高，區(qū)域淺層地下水蒸發(fā)增加，使得地下水埋深減少。而氣溫降低5℃，將使得區(qū)域淺層地下水蒸發(fā)降低，使得區(qū)域地下水埋深增加0.20 m,增加率達(dá)到4.21%，但可看出，氣溫增加下區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)響應(yīng)度高于氣溫下降的響應(yīng)度。從氣候變化情景模式3下，降水增加5%區(qū)域地下水埋深增加0.06 m，地下水埋深增加率為1.26%，區(qū)域降水入滲補(bǔ)給區(qū)域地下水補(bǔ)給主要來源，因此降水增加勢(shì)必增加區(qū)域地下水埋深，而氣溫不變化區(qū)域降水減少5%，區(qū)域地下水埋深將減少0.40 m，年均地下水埋深率減少率達(dá)到8.42%，但可以看出，降水降低下區(qū)域地下水埋深動(dòng)態(tài)響應(yīng)度要大于降水增加變化下的響應(yīng)度。從表中還可看出，氣溫相比于降水變化，氣溫變化下區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)響應(yīng)度更高。這主要是因?yàn)閰^(qū)域地下水蒸發(fā)量較大，而氣溫變化直接影響區(qū)域地下水蒸發(fā)，因此氣溫變化下地下水埋深變化響應(yīng)度要大于降水變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)度。

3 結(jié)語

本文應(yīng)用SWAT模型對(duì)新疆葉爾羌河某子流域的地下水進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，并定量分析氣候變化下區(qū)域地下水的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，研究取得以下結(jié)論：

(1)SWAT模型適用于新疆葉爾羌河地下水動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)精度較高；

(2)氣溫升高變化下葉爾羌河地下水動(dòng)態(tài)響應(yīng)度高于氣溫降低下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)度， 相比于降水變化，氣溫變化是區(qū)域地下水變化的主因之一。

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2017-04-14

梁建輝(1985-)，男，山西孝義人，工程師，主要從事水文水資源工作。

P641.75

B

1004-1184(2017)04-0232-02