地方水资源气候因素简析

作者：程肖侠 孙娴 方建刚 毛明策 梁奇琛 单位：陕西省气候中心 武功县气象局

评估模型建立

大量研究表明［6-7，15］，水资源量与降水关系十分密切，用降水量和水资源量的线性关系进行水资源评估，是目前较常用的方法。考虑降水与水资源的线性关系建立的回归方程为:WP=－236．3+0．9515P(R=0．9100)众所周知，气温也是影响水资源量的一个重要气候因子，所以进一步考虑了气温的影响，同时考虑降水(P)和气温(T)对水资源量(PPT)的影响建立的水资源评估模型为:PPT=1309．884+0．82P－116．714T(R=0．9500)表明水资源量与降水和气温同时建立的线性回归方程拟合效果好于只考虑降水影响的拟合方程。所以，本研究以水资源量为因变量，降水和气温为自变量建立回归方程，作为水资源评估模型，利用该模型反演水资源量历史序列，分析水资源量的气候变化特征。可以看出，模拟水资源量与实测水资源量非常接近，基于水资源评估模型的水资源量与实测水资源量年代际特征一致，1997—2006年平均相对误差为7．6%。从各个年份看，除2005年模拟值与实测值偏差较大外(相对误差为17%)，其它年份均比较接近，模型能够较准确反映水资源总量的整体变化趋势和年代际特征，可以对陕西省水资源量进行评估。但线性回归模型的计算精度受建模资料序列长度和值域的影响较大，所以完善水资源资料长度是有待进一步解决的问题。

气温、降水变化分析

陕西省年平均气温呈上升趋势，20世纪90年代以前气温基本为负距平，90年代以后气温明显升高，尤其是90年代中期开始增暖显著。20世纪90年代陕西省年平均气温为12．1℃，较常年值偏高0．3℃，2001—2009年年平均气温12．4℃，较常年值偏高出0．7℃。Mann—Kendall检验表明，陕西省年平均气温在1996年前后发生突变，显著增温。年降水量减少，年代际波动明显，20世纪60年代和80年代降水偏多，70年代略偏少，90年代至今降水偏少明显，较多年平均值偏少3%～11%。降水主要从20世纪80年代末90年代初开始减少，Mann—Kendall检验表明，降水量变化在1988年前后发生突变，降水显著减少。

水资源气候影响分析

水资源总量年代际特征分析基于水资源评估模型反演的1961—2009年水资源量序列(图3)发现，受降水减少，气温升高的影响，近50a陕西省年水资源量呈减少趋势。20世纪60年代和80年代水资源偏多，70年代偏少，90年代至今水资源量明显偏少，Mann—Kendall检验表明年水资源量变化在1991年前后发生突变，自1991年前后开始，水资源量显著减少。3个异常丰水年分别出现在1964，1983和1984年;8个丰水年除2003年外，其余均出现在1990年之前，其中1960s出现3a，1970s出现2a，1980s出现2a。1990年之前的30a中，有3个异常丰水年、7个丰水年，18个正常年，其余仅有2年水资源较少，属于枯水年，1990年之前，陕西省水资源量正常偏多，基本满足陕西省水资源需求。1990年之后的19a中，仅1a是丰水年，其余18a中有10个正常年，且接近偏枯临界线，4个枯水年，4个异常枯水年，近十几年来，水资源量偏少，仅90年代后期(1995—2000年)就出现3个异常偏枯年，水资源短缺问题日益突出。水资源量年际变化稳定性也是影响水资源预测、管理和可持续发展的重要因素。由表3看出，与20世纪80年代及其之前相比，90年代至今水资源变差系数明显变大，1961—1990年变差系数为20．1%，1991—2009年为28%，变差系数明显增大。分析发现，1991年至今水资源量偏少，水资源变差系数却明显大于1991年之前的变差系数值，表明20世纪90年代之后水资源量减少的同时，其年际变化越来越显著，年水资源量越来越不稳定。这种变化趋势使得水资源调控和管理面临更大的困难，无疑对水资源预测、水资源管理和科学利用提出更大挑战。水资源供需变化的气候特征水资源总量的年代际特征能够反映某个地区总的水资源状况，是水资源评价的一个方面，但水资源的科学评价往往受到人口、经济发展、自然地理位置、气候条件等诸多因素的影响，如对于两个人口密度、经济发展水平及自然地理条件不同的地区来说，同样多的水资源总量所发挥的效力是不同的，所以从水资源的供应和需求两方面进行综合分析，才能进一步科学认识某地水资源的变化特征，完善特定地区水资源状况的评价。反映某一特定地区水资源情况的指标有很多，如:人均水资源量、径流深、产水系数等，本研究选取产水模数(单位面积水资源量)作为评估陕西省天然可供水状况的指标。陕西省1961—2009年多年平均产水模数2．18×105m3/km2，远低于全国平均水平［15］(全国平均产水模数2．95×105m3/km2)，说明陕西省天然可供水状况低于全国平均水平。近50a，陕西省降水减少，气温升高，水资源量减少，产水模数也呈减小趋势，自20世纪90年代以来产水模数显著减小，1991—2009年平均产水模数为1．79×105m3/km2，较1991年之前偏低6．30×104m3/km2。从产水模数看天然可供水量的年代际变化，受降水量变化影响，1960s和1980s陕西省天然可供水量较丰富，1970s偏少，1990s至今偏少最明显。说明随着气候趋向暖干，陕西省天然可供水量减少，尤其是20世纪90年代以来天然供水量显著减少。本研究定义［15］以保证生态用水的水资源最大限度利用率40%作为划分标准，按照水资源利用率常年大于40%，部分年份大于40%，全部年份小于等于40%的标准，将我国水资源情况分为3类:(1)常年缺水，不论天然供水条件如何，如果用水量常年大于水资源总量的40%，则表示水资源利用影响到生态用水，环境受到威胁;(2)旱年缺水，一个地区在部分年份的用水量大于水资源总量的40%，或者虽然用水量常年小于水资源总量的40%，但天然可供水条件差，低于国家平均水平;(3)常年不缺水，表明常年用水量没有超过水资源总量的40%，且天然可供水条件丰富，高于国家平均水平。陕西省1999—2004年水资源利用率(用水量/水资源总量)均在40%以下，水资源利用率与水资源量呈显著负相关关系，水资源量越丰富，利用率越低，水资源量越少，利用率越高。2003年水资源丰富，是近50a来第4丰水年，利用率13．1%，1999年水资源偏枯，是近半个世纪来第4枯水年，利用率34．3%。由此推断，陕西省年水资源利用率基本在40%以下，同时，陕西省天然可供水条件差，低于国家平均水平，按照高歌［15］的定义，陕西省属于旱年缺水类型。近年来，随着水资源量减少，生活、工农业水资源利用率随之增加，水资源需求压力增大。

结论

(1)近50a来，陕西省年平均气温升高，1996年前后出现转折性增暖，降水减少，1988年前后显著减少，气候趋于暖干。(2)同时考虑降水、气温的水资源评估模型具有对陕西省水资源科学评估的能力，且评估效果好于只考虑降水的评估模型;降水减少、气温升高，陕西省水资源量减少，1991年前后水资源量突变减少;1991年之前，陕西省水资源量正常偏多，之后水资源正常偏枯，且年际变化越来越显著，年水资源量越不稳定。(3)陕西省属于旱年缺水，天然供水量减少增加了水资源利用率，尤其是20世纪90年代连续降水偏少对陕西省工、农、生活用水造成严重影响，因旱受灾情况严重，水资源供需压力增大。(4)本研究对陕西省水资源的基本状况给出了科学评价，有利于水资源利用和管理，为缓解水资源供需矛盾奠定了基础。但目前研究只考虑了该区域平均状态，陕西省气候区域特征明显，水资源区域分布极不均匀，而水文资料缺乏无法进一步对水资源区域特征进行分析，有待进一步研究。