分布式水文模型在华北平原水资源管理中的应用.docxVIP

分布式水文模型在华北平原水资源管理中的应用

秦欢欢12

(1.东华理工大学核资源与环境国家重点实验室，江西南昌330312；2.东华理工大学水资源与环境工程学院，江西南昌330013)

在过去的几十年，地下水被大量用作城区供水和灌溉用水[1-4]，其超采现象已成为主导水资源争论的一个主要问题[5-6]。由于地下水的不可持续开采和不充分补给，世界上一些地区主要含水层的地下水水位迅速下降，如印度尼西亚的西爪哇[7]、孟加拉国首都达卡[8]、中国的华北平原[4,9-10]及北京市[11-13]。地下水水位的持续下降会对自然径流、地下水对湿地的补给及相关的生态系统产生破坏性影响[2]，由此导致一系列诸如地面沉降、海水入侵等生态环境问题[11,14-16]。因此，地下水可持续管理对区域社会经济发展和生态环境保护都具有极其重要的意义。

大尺度水文模型是可持续水管理研究中的有效工具，受到越来越多的重视[17-18]。然而，由于存在诸如观测站点分布不均匀或数据获取的不充分等原因，大尺度水文模型开发和校正过程还存在巨大挑战[19]。分布式水文模型根据地

形、土壤、土地利用及降水等因素的不同，将研究流域划分为不同水文单元，用一组参数反映某个单元的流域特征[4]，逐渐成为可持续水管理及流域水文循环研究中的重要工具，获得了长足的发展[3]。MIKESHE是一种确定性的、基于物理过程的分布式水文模型()，涵盖主要水文循环过程及其相互作用[20]，广泛应用于环境、水文、生态等领域，在不同气候和水文条件下得到了测试和验证[21]，其典型应用范围包括流域规划、水资源管理、土地利用变化的影响等[21]。

作为我国的政治、经济及文化中心，华北平原社会经济发展给水资源带来了巨大的压力，水资源短缺已成为制约其社会经济和生态环境可持续发展的关键问题。作为华北平原的主要供水来源，地下水占总供水量的70%左右[22-23]，北京、石家庄、邢台、邯郸、保定、衡水、廊坊、唐山等城市该比例已达70%以上。华北平原人均水资源占有量极少(501m3/a)，只有全国人均的23%[3]。同时，由于不合理开采地下水，华北平原产生了一系列诸如地面沉降、塌陷、土壤次生盐渍化等严重的生态环境问题，给该区域社会经济发展和生态环境保护带来了深远影响[24]。除地下水超采严重外，华北平原水资源利用过程中还存在水资源综合利用率低、浪费和污染严重、生态环境恶化及干旱频率加大等问题[4]。

目前，已有许多学者对华北平原地下水进行研究[22-23,25]。MODFLOW是多数研究采用的工具，而采用分布式水文模型进行研究的例子较少。在前人研究

中，地下水补给是通过下渗系数或降水量来进行处理，忽略了蒸散发和灌溉的影响。KendyE[26]的研究表明，地下水补给量与降水量的比值取决于降水和灌溉的数量和分布，对其简单处理会在模型中引入很大的不确定性。与此不同，MIKESHE模型依据降水、蒸散发和灌溉等因素自动进行地下水补给的计算，在一定程度上降低了前述不确定性。因此，可采用分布式水文模型对华北平原地下水利用与管理进行更可靠的研究[27]。

本文使用MIKESHE软件建立了华北平原地表水-地下水耦合的分布式水文模型，模拟水文循环的主要过程。利用地下水水头观测数据对模型进行校准和验证，在此基础上分析华北平原水均衡组成部分，掌握华北平原地下水组成和利用的特征。校准后的模型被用于分析分布式水文模型在华北平原可持续水管理中的作用，为解决华北平原水资源短缺问题提供有效的指导和科学的建议。

(1)气象站点和观测井;(2)地形区边界[25];(3)省会及其它城市图1华北平原地理位置和地形图[3,25]Fig.1LocationandtopographyoftheNCP

研究区概况

华北平原(36°N～41°N，114°30′E～118°30′E)是指黄河以北、燕山以南、太行山以东的冲积平原区，包含京、津、冀、鲁、豫等省市(见图1)[3-4]。华北平原属温暖带半干旱季风型气候区，多年(1951～1995年)平均降水量

554mm，降水量年内分配不均、年际变化也大，6～9月的降水占全年的75%以

上；平均气温13.0℃，水面蒸发量900～1400mm，蒸发量随纬度增加而递减。

调查表明，华北平原天然地下水量为227.4亿m3/a，2000年地下水开采量为

212.0亿m3，其中浅层和深层开采量分别为178.4亿m3和33.6亿m3，开采程度分别为112%和139%，地下水水位低于海平面的范围已达到76732km2。从20世纪70年代开始，华北平原局部出现逐步加剧的超采现象，目前已累计超采浅层90