氣候變化下水資源動(dòng)態(tài)承載力計(jì)算方法及應(yīng)用研究.pdf

1、氣候變化是目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)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(guò)程和水資源在時(shí)間和空間上的分布，加上人類活動(dòng)對(duì)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(zāi)害頻發(fā)、自然生態(tài)系統(tǒng)遭受嚴(yán)重破壞的局面。未來(lái)的氣候變化將有可能進(jìn)一步改變水資源的時(shí)間上和空間上的分布特征，增加或減少耗水量的大小，進(jìn)而可能會(huì)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(huì)改變水文循環(huán)過(guò)程，影響到水資源的形

2、成與轉(zhuǎn)化關(guān)系，進(jìn)而可能影響到水資源系統(tǒng)功能的變化，從而帶來(lái)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(dòng)的綜合影響，由降水和氣溫所決定的氣候干濕狀況，對(duì)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(duì)氣候變化的響應(yīng)更為敏感。氣候變化對(duì)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(diǎn)，因此，開展氣候變化對(duì)水文水資源系統(tǒng)影響作用機(jī)理及定量研究，進(jìn)而開展氣候變化下水資源動(dòng)態(tài)承

3、載力研究，具有重要的理論意義及應(yīng)用價(jià)值。
　　本文歸納總結(jié)國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者在水資源承載力領(lǐng)域已經(jīng)取得的相關(guān)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(dòng)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(dòng)態(tài)承載力計(jì)算的理論框架及PSO-COIM模型計(jì)算方法（即“基于預(yù)測(cè)-模擬-優(yōu)化的控制目標(biāo)反推模型”方法）。該模型是以“水資源系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(chǔ)模型，以“構(gòu)建的維系生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)控制方程組或指標(biāo)閾值”為控制約束，以“復(fù)合大系統(tǒng)支撐的最大經(jīng)濟(jì)社會(huì)規(guī)?！睘閮?yōu)化目標(biāo)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(guān)系子模型，能實(shí)時(shí)定量計(jì)算氣候變化下水資源系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)承載力大小。
　　本文以我國(guó)最大內(nèi)陸河塔里木河流域?yàn)閷?shí)例，在對(duì)塔里木河流域水資源系統(tǒng)特征進(jìn)行科學(xué)認(rèn)知的基礎(chǔ)上，（1）對(duì)氣溫、降水、徑流序列資料進(jìn)行趨勢(shì)分

5、析和突變點(diǎn)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?dú)庀笠亟邓?、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(gòu)角度出發(fā)，識(shí)別流域水資源系統(tǒng)演化驅(qū)動(dòng)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(dòng)的雙重影響；（3）通過(guò)構(gòu)建氣溫、降水等主要?dú)庀笠蜃优c徑流的動(dòng)態(tài)回歸預(yù)測(cè)模型，分析計(jì)算RCP8.5、RCP4.5和RCP2.6三種氣候情景下塔里木河流域未來(lái)不同水平

6、年的水資源動(dòng)態(tài)承載力。計(jì)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(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展預(yù)測(cè)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(diǎn)，根據(jù)不同氣候變化情景下塔里木河流域水資源動(dòng)態(tài)承載力的計(jì)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(yīng)性調(diào)控措施，為積極應(yīng)對(duì)氣候變化可能帶來(lái)的負(fù)面影響、實(shí)施水資源嚴(yán)格管理提供科學(xué)依據(jù)