基于SWAT模型的岷江流域水资源短缺评价

作     者：黄晓红 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：田禹

授予年度：2022年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：岷江流域 SWAT模型 水资源短缺评价 水质型缺水 水量型缺水 

摘      要：社会经济发展带来用水量的急剧攀升,而水质恶化、极端气候等造成可用水资源量的日益下降,用水量与可用水资源量之间的供需不平衡关系使水资源短缺成为阻碍可持续发展最严峻的问题之一。作为解决水资源短缺问题的基础,科学而全面的水资源短缺评价对提高水资源有效利用率、进行水资源短缺风险预警以及辅助决策者制定水资源综合管理措施具有重要意义。本研究以岷江流域为研究对象,采用SWAT模型模拟岷江流域水资源量,将模拟结果与2016-2020年的水资源公报数据相结合,分别计算了水量型、水质型和全面考虑了水量与水质的综合型水资源短缺评价指标,从不同的空间与时间尺度对岷江流域进行了全面的水资源短缺评价。最后采用第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中的气候模式数据,探讨了在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5等三种未来气候情景下,岷江流域的水资源短缺响应情况。首先利用基于QGIS平台的QSWAT建立了岷江流域SWAT模型来模拟整个流域的可用水资源量。根据流域内的高场等6个水文站的月径流量数据对SWAT模型的水文模块进行率定,并采用水资源公报数据对模型进行验证,发现率定和验证中的纳什效率系数均大于0.6、决定系数均大于0.7,说明模型的模拟效果较好。采用建立的SWAT模型对流域水资源量进行模拟和校正后发现岷江流域水资源的空间分布严重失衡,水资源集中分布在中西部的大渡河和青衣江流域,东部岷江干流的中游地区水资源最少。然后分别计算2016-2020年及平均5年在子流域、区县和市尺度上的年、季度和月的水量型、水质型以及综合型水资源短缺指标,对岷江流域近5年的水资源短缺状况进行了全面的评估。结果发现平均每年约流域面积的10%会受到水资源短缺影响,缺水严重的区域集中分布在东部岷江干流的中游地区,水质不达标尤其是氮磷污染物超标显著地加剧了岷江流域的水资源短缺问题。岷江流域水资源短缺有明显的季节性变化规律,5年平均情况下,子流域层面上缺水最严重的季节是春季,其中的3月份约整个流域面积的20%有缺水问题,约15%有严重缺水问题。农业用水在各市的用水中都占据较大的比例,是春季水资源短缺的主要原因;水质达不到生活用水标准所需要的额外稀释水量即水质型生活用水是缺水的另一个重要原因,成都市平均5年的水质型生活用水占总用水的29%,超过了水量型农业用水的27.5%和水量型生活用水的18.9%,在秋冬两季的占比也远远超过了其它类型的用水量,成为成都市水资源短缺的主要贡献者。子流域、区县和市尺度上平均每年面临水资源短缺风险的人口分别占总人口的87.7%、75.2%和68.7%,月综合水资源短缺指标下子流域和区县尺度上分别有48.2%和38.4%的人口全年12个月都面临着严重的综合型水资源短缺问题。最后利用第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中BCC-CSM2-MR气候模式里SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5三种情景下未来的气温、降水数据驱动SWAT模型,探讨气候变化对岷江流域水资源短缺的影响。结果显示气候变化改变了岷江流域内的水资源空间分布,使水资源在中西部集中分布的趋势下降,东部子流域的年水资源量变多;在用水量不变的前提下,气候变化使受岷江流域受水资源短缺影响的子流域范围扩大,水资源短缺问题分布仍以流域东部成都市周围为主,但逐渐向中下游的雅安、乐山和眉山市延伸。区县尺度上,2030年和2050年在各种情景下有水资源短缺问题的区县数量占比超过了30%,水资源丰富的2040年三种情景平均也有24.6%的区县面临水资源短缺,缺水问题依然严重。市尺度上,2030年和2050年只有眉山市和成都市有水资源短缺问题,2040年在三种指标下则只有成都市面临水资源短缺压力。