气候变化条件下长江水资源演变趋势与对策

3．1 未来气候变化

考虑长江流域最可能出现的社会发展状况，对未来气候模式预估结果的分析中使用了IPCC 提供的A1B(能源种类平衡发展情景) 、A2(区域资源情景) 和B1(全球可持续发展情景) 3 种情景下的气候模式对降水和气温的模拟结果。

为便于分析气候模式下未来长江流域不同区域预测气温、降水的变化特征，需要计算长江流域各个区域平均温度和降水预测值，具体步骤为: 基于地理信息工具，确定不同气候模式覆盖长江流域不同区域的有效网格点; 分别提取不同模式下不同区域有效网格点的月值，并按季、年时间尺度统计各网格格点的季、年值;采用算术平均算法，分别统计计算不同模式下长江流域与长江上游各季、年的平均值，最后将所有气候模式统计计算的长江流域不同区域的各季、年的(降水、气温) 平均值进行算术平均，得出各模式下长江流域不同区域的综合平均预测值。

(1) 未来降水变化。在A2、A1B 和B1 三种排放情景下，长江流域及其上游的年降水量在2010～2020年间均呈减小趋势，其中上游流域降水减小程度更显著; 在2010～2040 年30 a间，降水量逐渐转变为增大趋势，但并不显著; 在2010～2060 年50 a间及以后，降水量将呈显著增大趋势，降水量每10 a分别平均增加约6～13 mm(A2)，12～14 mm(A1B) 和4～8 mm(B1) 。A2 和A1B 情景对降水的影响程度明显高于B1 情景。

(2) 未来气温变化。长江流域及其上游年均气温在未来100 a间，在3 种排放情景下均呈显著的上升趋势，平均增温率多为0．1～0．5℃ /10 a。图1 给出了B1 情景下长江流域年平均雨量、气温变化及其5 a滑动平均过程［6］。

3．2 流域水量平衡简化模型［6］

在水文循环过程中，任一时段内进入流域的水量与输出水量之差等于流域蓄水量的变化量，这就是水量平衡原理。基于长时间序列资料，假设流域年内蓄水量的变化近似为零，利用水量平衡方程可得到径流深的计算公式。

Q=P-ET_a-WB  (1)

式中，P为流域年降水量; ETa－WB为年实际蒸散发值;Q为流域出口年径流量。

通过ET_a-B＆C和ET_a-WB之间所建立的拟合关系，对式(3) 估算的实际蒸散发值进行拟合，以期能更好地接近实际蒸发情况。

3．3 未来径流量预估及变化趋势

利用A1B、A2、B1 等3 种排放情景下，全球气候模式输出成果和流域水量平衡简化模型模拟计算了长江流域径流量。计算结果见表1 和图2。

(1) 在A1B 情景下，长江流域径流量未来40 a总体呈减少趋势，且变化趋势不显著，未来40 a后呈明显增加趋势，径流变化率为5～8 mm/10 a; 在A2 情景下，与A1B 情景下相似，在未来40 a主要呈不明显的减少趋势，50 a后转变为增加趋势，但只是在60 a后才表现为显著的增加趋势，径流变化率约为4～6mm/10 a; 在B1 情景下，长江流域径流量在未来50 a呈减少趋势，60 a后开始转变为增加趋势，但仅在未来70 a后才呈明显增加趋势，径流变化率为2～4mm/10 a。

(2) 长江上游宜昌站径流量在A1B 情景下，未来30 a呈减少趋势(不显著)，40 a后转变为增长趋势，但仅在未来50 a后增长趋势才显著，径流变化率约为9～13 mm/10 a; 在A2、B1 情景下，宜昌站的径流量在未来40 a呈减小趋势，未来50 a后总体转变为增大趋势，未来60 a后增大程度显著，径流变化率分别为5 ～11，3～ 6 mm/10 a。

4 气候变化对汉江流域水资源的影响

汉江流域是我国实行最严格水资源管理试点流域，丹江口水库是南水北调中线工程的水源地，在国家水资源配置中具有重要地位，研究气候变化对汉江流域水资源的影响，对确保中线工程顺利实施与通水，实现南北水资源优化配置具有重要意义。

4．1 GCMs 尺度降解技术

本文利用汉江流域现有的水文资料，建立不同的统计降尺度模式，对国内外比较常用的加拿大气候中心模式(CGCM2) 和英国气象局哈得莱中心模式(Had-CM3) 输出气候要素系列进行尺度降解。排放情景采用IPCC 2000 年排放情景特别报告(SＲES) 中的温室气体(GHG) A2排放情景值，即未来世界发展极其不平衡，全球人口持续增长，人均经济增长和技术变化的速度均慢于其他情景系列。

采用的统计降尺度方法有多元线性回归方法、人工神经网络和统计降尺度模型(SDSM) 。比较结果表明，上述降尺度法均能明显改善GCMs 降水和气温输出结果; SDSM 对降水的变化过程模拟较好; 3 种统计降尺度方法对气温的模拟结果优于降水的模拟结果，并且模拟值基本一致。图3 给出了汉江上游月平均降水和气温的SDSM 模拟结果。

4．2 汉江流域VIC 分布式水文模型

VIC(可变下渗能力模型，Variable Infiltration Capacity)是一个具有一定物理概念且基于空间分布网格化的分布式水文模型。郭生练等建立了汉江流域9km×9 km格网的VIC 分布式水文模型，在建模过程中，采用DEM 资料提取流域边界、水系、网格流向、子流域分区等特征信息，并用距离倒数平方法将各站点的实测水文、气象数据插值到网格中; 分别统计各网格的土地利用、土壤信息，建立汉江流域网格植被参数库和土壤参数库，见图4 所示［8］。

利用VIC 分布式水文模型对汉江干流控制站径流进行模拟，结果表明，模型模拟精度较高，率定期平均确定性系数和水量相对误差分别为91．12% 和2．88%，检验期平均确定性系数和水量相对误差分别为81．98%和4．32%。

4．3 汉江流域水资源对气候变化的响应

将GCMs 与所建VIC 分布式水文模型在统计降尺度技术下进行耦合，预测气候变化对汉江水资源影响程度。郭生练等的研究表明，气温对径流的影响远小于降水［11］，因此，可将CGCM2模式在A2 情景下输出的2011～2100 年大网格日最高、最低气温系列直接插值到VIC 模型网格上; 对于降水资料则采用距离倒数平方法，将SDSM 统计降尺度模拟的汉江流域15 个气象站日降水资料插值到VIC 模型网格尺度上。

(1) 干流控制站径流变化情况。选取汉江干流石泉、安康、白河、丹江口坝址、襄阳、皇庄等6 个控制站(断面)，分析A2 气候情景下汉江流域径流变化趋势。将2011～2100 年共90 a划分为3 个时期: 2020s(2011～ 2040) 、2050s(2041～2070) 和2080s(2071～2100) 。

6 个控制站(断面) 年径流量模拟结果见表2。由表2可见，2020s时期，6个控制站(断面) 年径流量较近期模拟值均有所减少; 2050s 时期，不同气候模式模拟结果有所差别，CGCM2模式下除石泉站外均减少，Had-CM3模式下除丹江口水库、襄阳、皇庄站外均增加;2080s时期，CGCM2模式下流域年径流量均增加，Had-CM3模式下安康、白河站增加，其余各站有所减少。总的趋势是，未来6 个控制站的年径流量将先减少后增加，且CGCM2模拟结果的变幅较HadCM3要大。

(2) 径流空间变化情况。VIC 分布式水文模型不仅能够模拟各个控制站的径流，还可以提供任意网格上的径流分布。图5 绘出了SDSM 降尺度技术下，2020s、2050s、2080s 时期汉江流域多年平均径流深的空间分布及相对于近期(1961～2000 年) 模拟值的空间变化情况。2020s 时期，两种气候模式预测的汉江流域大部分区域径流量小于近期模拟值; 2050s 时期，两种气候模式预测结果中，大于和小于近期模拟值的区域相当; 2080s 时期，CGCM2预测的汉江流域大部分区域径流量大于近期模拟值，HadCM3预测结果中大于和小于近期模拟值的区域相当。

5 对策与建议［12-15］

(1) 现行水资源规划和管理，较少考虑气候变化的动态影响，研究水资源管理对气候变化的适应性对策十分必要，建议从以下几个方面着手: 完善长江流域水资源管理现代化体系，强化水资源统一管理和保护;研究减少长江流域水资源系统脆弱性的措施; 提高水利资源调控能力，加快水环境治理，加强节水高效利用; 整合多种管理手段，引入市场机制，优化水资源配置效率，实现供水管理向需水管理的转变。

(2) 全球气候变化将会导致长江流域极端气候和灾害事件发生频率增加，为了提高防灾减灾能力，必须建立灾害应急体制，制订应急预案，变被动救灾为主动减灾，努力提高应对全球气候变化及其灾害事件的预测预警能力、决策能力，落实防洪、抗旱、水利工程、移民搬迁、气象防灾减灾等工程建设。

(3) 在区域可持续发展战略规划中充分考虑全球气候变化及其影响。①调整经济发展方式和产业结构，在节能减排与适应气候变化两者之间寻求合适的发展道路; ②加强气候变化及其影响的宣传教育，增强社会公众的危机意识，倡导低碳节能的生活方式。

(4) 通过GCMs 与流域水文模型耦合的途径评估气候变化对水资源影响面临诸多不确定性，不同的气候情景生成技术和水文模型，其预测结果也不尽相同，气候情景、GCMs 模式和水文模型等的不确定性问题亟待解决。今后的工作中，应收集更多的GCMs 输出资料，加强GCMs 输出降尺度技术的研究，提高GCMs输出气候要素的精度; 加深对变化环境下陆地表面水文过程的了解，提高水文模型的模拟精度，建立大尺度水文物理模型，加强研究陆气模型的耦合联结研究，开展基于概率预测的气候变化对水资源影响研究。

(5) 除了全球气候变化对水资源的影响外，人类活动如农林垦殖、森林砍伐、土地利用、水土保持生态工程与水利工程修建、城市化等都会改变产汇流特性从而影响到河川径流量。在水资源量变化的研究中，如何定量区分气候变化和人类活动对水资源的影响，是气候变化影响研究领域中的重要研究方向。

参考文献:

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［3］张增信，张强，张金池．2050 年前长江流域极端降水预估［J］．气候变化研究进展，2007，3(5):293-298．

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作者简介:张洪刚，男，高级工程师，博士，主要从事水文水资源研究和科技管理工作。

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