陈彦平

(山西省水文水资源勘测局，山西 太原 030001)

1 研究背景

由于环境污染的日益加剧，工业污染物的排放量逐渐提高，导致我国气候条件出现了温度升高、降雨减少等现象[1- 2]。据有关研究表明，1980—2016年，全球地表平均温度升高了0.85℃，21世纪末全球平均气温将上升1.5℃左右[3]，这将对人类居住环境造成很大的影响。由于气候变化，造成全球水文过程发生变化，冰川融化、海平面上升均会改变生物的生存环境。因此，研究气候变化对水文过程的影响已成为世界水文水资源方向的研究重点[4]。

针对气候变化对水文过程的影响，国内已有了部分研究。林娴[5]研究了气候变化和人类活动对武江流域水文过程的影响，指出气候变化对水文过程变化的贡献率高达94%；谢天明[6]分析了在气候变化条件下塔河流域的径流变化特征，指出温度的变化是影响当地径流变化最关键的因素；陈亚宁等[7]对塔里木河三源流区的气象因子与径流量的相关分析，认为径流不同年份间较为稳定主要是因为降水和冰雪融水的互补，气温升高是影响径流变化的最关键因素。

本文基于SWAT模型模拟不同气候条件下对水文过程的影响，深入分析在不同气候变化的条件下的水文径流的变化趋势，得出的结论可为研究区域水资源优化配置提供理论参考，达到区域水资源可持续发展的目的。

2 研究方法

已有研究表明，在未来我国平均气温将上升2.0℃左右，而降雨将增加10%～20%[8- 9]。选择山西省太原市为研究区域，以当地水文站数据为基础，结合研究区域所在位置，本文假设降水量的几个变化标准为±5%、±10%、±15%和不变的情况，温度的几个变化标准为±1℃、±2℃和不变的情况，模拟不同变化条件下水文径流过程的响应规律。

2.1 SWAT模型径流模拟计算公式

SWAT模型符合水分循环系统规律[10]：

(1)

式中，sωt—土壤最终含水率，%；sω0—土壤初始含水率，%；Rday—总降水量，mm；Qsurf—地表总径流量，mm；Ea—总蒸发量，mm；ωseep—土壤测流总量，mm；Qgw—地下径流总量，mm。

2.2 模拟结果评价指标

本文模型模拟结果评价指标体系采用相对误差(RE)、模型效率系数(Ens)和决定系数(R2)综合分析精度，具体公式如下：

(2)

(3)

(4)

3 结果分析

3.1 模型率定与验证

在基于SWAT模型进行水文模拟时，需调整模型参数、初始条件、边界条件和限制条件，以提高模型模拟的精度，通过反复调试，可得出SWAT模型各参数取值，见表1。其中各参数的含义见文献[11]。

SWAT模型调参后的模拟结果分析如图1所示。图1显示，SWAT模型的模拟精度较高，模拟值的变化趋势与实测值的变化趋势基本一致，均呈现了先增加后减少的周期性变化，同时模拟值与实测值的拟合方程斜率为0.997，与标准值“1”十分接近，表明模拟值表现出了很高的精度，模拟值的决定系数R2为0.971，相对误差RE仅为9.78%，而模型效率系数Ens达到了0.983，且模拟值与实测值的一致性达到了极显著水平(P<0.01)，通过以上分析可知，模型模拟结果的误差较低，且一致性较高，验证了调参后的SWAT模型的可靠性。

3.2 气候变化特征对水文过程的影响

基于SWAT模型模拟未来不同气候变化条件下，丰水年、平水年和枯水年不同水平年下水文径流变化的响应过程如图2所示。图2显示，降水量和温度变化对径流的影响呈反相关关系，即当气温降低、降雨增加时，径流呈现增加的趋势，在不同水平年，当降水量不变，温度升高2℃，径流变化了2%左右，当温度不变，增加15%的降水量时，径流变化了10%以上，以上数据表明，降雨对径流的影响要明显高于气温；当降水量增加幅度为5%、10%、15%时，年径流的变化率为14.5%、17.3%、18.7%，而当降水量降低幅度为5%、10%、15%时，年径流的变化率为-10.1%、-10.7%、-11.4%，表明年径流量随降水量减小而变化的下降幅度，明显低于流域年径流量随降水量增加而变化的上升幅度，同时，径流变化在双重因素综合影响下的效果更显著。综上所述，温度的变化与降雨的变化均会影响水文过程的变化，而降雨是影响径流最关键的因素。

图1 模型模拟结果分析

图2 不同水平年不同气候变化条件径流量的影响

4 结语

根据参数率定后的SWAT模型进行不同气候变化条件下的径流过程模拟，模拟的结果可知，当降水量增加时，径流量呈现增加的趋势，而当气温增加时，径流量呈现降低的趋势，同时降水量对径流量的影响要高于气温，而且径流变化在双重因素综合影响下的效果更显著。本文将降水变化梯度分为了±5%、±10%、±15%和不变的情况，温度的几个变化标准为±1℃、±2℃和不变的情况，在今后的研究中，可增加梯度的划分层次，才能更加精确得出气候变化对径流影响的定量分析。