氣候變化下水資源動態(tài)承載力計算方法及應用研究.pdf

1、氣候變化是目前國內(nèi)外公認的最主要全球性環(huán)境問題之一。氣候變化改變了流域水文過程和水資源在時間和空間上的分布，加上人類活動對水文水資源系統(tǒng)的深刻影響，造成了區(qū)域水資源供需失衡、洪水與干旱災害頻發(fā)、自然生態(tài)系統(tǒng)遭受嚴重破壞的局面。未來的氣候變化將有可能進一步改變水資源的時間上和空間上的分布特征，增加或減少耗水量的大小，進而可能會影響到不同尺度上流域或區(qū)域水資源承載力的變化。
　　氣候變化在一定程度上會改變水文循環(huán)過程，影響到水資源的形

2、成與轉(zhuǎn)化關系，進而可能影響到水資源系統(tǒng)功能的變化，從而帶來人類開發(fā)利用水資源更大的不確定性，面臨更大的挑戰(zhàn)。河川徑流受氣溫、降水等氣象因素及人類活動的綜合影響，由降水和氣溫所決定的氣候干濕狀況，對流域天然徑流的形成和地域分布起著重要的作用，干旱半干旱地區(qū)的水文系統(tǒng)對氣候變化的響應更為敏感。氣候變化對流域水資源量的影響是世界范圍內(nèi)水文水資源研究的熱點，因此，開展氣候變化對水文水資源系統(tǒng)影響作用機理及定量研究，進而開展氣候變化下水資源動態(tài)承

3、載力研究，具有重要的理論意義及應用價值。
　　本文歸納總結(jié)國內(nèi)外專家學者在水資源承載力領域已經(jīng)取得的相關研究成果，基于大氣系統(tǒng)與陸面水資源系統(tǒng)之間的聯(lián)系，提出了氣候變化下水資源動態(tài)承載力的概念，并闡述其內(nèi)涵；提出了氣候變化下水資源動態(tài)承載力計算的理論框架及PSO-COIM模型計算方法（即“基于預測-模擬-優(yōu)化的控制目標反推模型”方法）。該模型是以“水資源系統(tǒng)、經(jīng)濟社會系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)相互制約、互為參數(shù)建立的耦合系統(tǒng)（模擬）模型”為基

4、礎模型，以“構建的維系生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)控制方程組或指標閾值”為控制約束，以“復合大系統(tǒng)支撐的最大經(jīng)濟社會規(guī)?！睘閮?yōu)化目標函數(shù)，建立的大系統(tǒng)最優(yōu)化模型。在該模型中，嵌入氣溫、降水等氣象因子與陸面水資源系統(tǒng)（河川徑流）之間的輸入-輸出關系子模型，能實時定量計算氣候變化下水資源系統(tǒng)的動態(tài)承載力大小。
　　本文以我國最大內(nèi)陸河塔里木河流域為實例，在對塔里木河流域水資源系統(tǒng)特征進行科學認知的基礎上，（1）對氣溫、降水、徑流序列資料進行趨勢分

5、析和突變點分析；（2）基于Copula函數(shù)的多變量概率分布理論，分別選取主要氣象要素降水、氣溫和蒸發(fā)，與出山口徑流建立二元Copula函數(shù)方程，從相依結(jié)構角度出發(fā)，識別流域水資源系統(tǒng)演化驅(qū)動力主要因素包括氣溫和降水，揭示出源流區(qū)主要受氣候變化的影響，而干流區(qū)受氣候變化和人類活動的雙重影響；（3）通過構建氣溫、降水等主要氣象因子與徑流的動態(tài)回歸預測模型，分析計算RCP8.5、RCP4.5和RCP2.6三種氣候情景下塔里木河流域未來不同水平

6、年的水資源動態(tài)承載力。計算結(jié)果能清晰反映出不同氣候情景下水資源的承載規(guī)模，并可以判斷出未來經(jīng)濟社會發(fā)展預測情形下的水資源承載程度，為支撐流域可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)；（4）基于人水和諧調(diào)控理論，結(jié)合塔里木河流域水資源系統(tǒng)特點，根據(jù)不同氣候變化情景下塔里木河流域水資源動態(tài)承載力的計算結(jié)果，從配置、利用、調(diào)度、管理等方面系統(tǒng)地提出氣候變化下流域水資源和諧調(diào)控策略及適應性調(diào)控措施，為積極應對氣候變化可能帶來的負面影響、實施水資源嚴格管理提供科學依據(jù)