基于SWAT模型的新疆叶尔羌河流域气候变化对区域地下水动态影响研究

梁建辉

(新疆喀什水文勘测局，新疆 喀什 844000)

基于SWAT模型的新疆叶尔羌河流域气候变化对区域地下水动态影响研究

梁建辉

(新疆喀什水文勘测局，新疆 喀什 844000)

结合SWAT模型对新疆叶尔羌河某子流域的地下水埋深进行预测，定量分析气候变化环境下研究区域地下水动态响应变化。研究结果表明：SWAT模型适用于区域地下水埋深的动态预测，预测精度较高。相比于降水变化，气温变化下区域地下水动态响应度更高，对新疆叶尔羌河流域地下水埋深影响更大。研究成果对于新疆叶尔羌河流域地下水保护规划提供参考价值。

SWAT模型；地下水动态预测；气候变化；地下水动态响应；新疆叶尔羌某子小流域

当前，全球气候变化对流域水循环的影响成为研究热点，而地下水作为水循环的重要环节之一，如何定量分析气候变化对流域地下水的影响，成为国内许多学者关注的热点问题，特别是在干旱半干旱、干旱区域，地下水是区域重要的水资源组成，其占据较高的比例，定量评估气候变化对该区域地下水的影戏，对于区域地下水资源的规划和保护至关重要。近些年来，国内许多学者展开气候变化对区域地下水定量影响的研究，并取得一定的研究成果[1-5]。早期，评估的主要方法为建立气候要素和地下水埋深之间的线性关系来分析未来气候变化对区域地下水的影响，但是该方法需要较长系列的地下水埋深数据，且在相关性不好的区域适用性不高。从2000后，一些具有物理机制的分布式水文模型逐步用于地下水埋深的预测中[6-9]，这其中SWAT模型在国内应用较为成熟，但在新疆叶尔羌河流域地下水动态预测中应用还较少，为此本文引入SWAT模型对新疆叶尔羌河某子流域地下水进行动态预测，并设定4种气候变化情景模式定量分析气候变坏下的流域地下水动态响应。

1 研究方法

本文采用SWAT模型来进行区域地下水动态预测，SWAT模型以水文响应单元为计算单元，每个水文响应单元单独计算水文过程，SWAT模型通过模拟下渗土壤水来进行区域地下水的动态模拟计算，SWAT模型由于近些年来在国内应用已经较为成熟，模型具有的地下水动态模拟原理可详见参考文献[10]。为分析SWAT模型在新疆叶尔羌河流域地下水的适用性，本文结合区域2005年-2015年地下水观测井实测地下水埋深数据，结合相对误差和绝对误差两个指标分析模型在新疆叶尔羌河流域地下水埋深预测的适用性。在模型适用性分析的基础上，结合4种气候变化情景模式，分析气候变化下流域地下水动态响应。

2 气候变化下新疆叶尔羌河流域地下水动

态响应研究

2.1 研究区域概况

本文以新疆叶尔羌河某子流域为研究区域，叶尔羌河主要位于新疆的西南部区域，流域地下水资源占区域总水资源的20%～40%之间，研究区域多年平均降水量为70～90 mm，属于干旱区域，区域地下水补给主要通过降水入渗补给方式，区域内实测地下水埋深的数据系列为2005年～2015年，本文结合SWAT模型对区域地下水进行动态预测，并结合实测地下水埋深数据对模型的适用性进行对比分析。

2.2 模型参数率定

结合区域实测地下水埋深数据，对SWAT模型主要的参数进行了率定，模型参数率定结果见表1。

表1 模型参数率定结果

2.3 地下水预测精度分析

结合区域实测2005～2015年地下水埋深数据，定量分析SWAT模型在区域地下水预测的精度，结果见表2和图1。

表2 基于SWAT模型的区域地下水动态预测精度分析结果

过程对比 相关性分析

从表1中可以看出，SWAT模型在研究区域地下水埋深各年份模拟值实测地下水埋深值之间的误差均小于10%，绝对误差小于0.50 m，可见在区域地下水埋深具有较好的预测精度，可用于区域地下水动态预测。从图1中可以看出，实测地下水埋深和模拟地下水埋深在过程上具有较好的吻合度，两者相关系数达到0.693 1，具有较好的相关性。综上可见，SWAT模型可以用来新疆叶尔羌河流域的地下水动态预测，并可作为分析气候变化下区域地下水动态响应的模拟平台。

表3 气候变化下区域年平均地下水动态响应结果

2.4 气候变化下的叶尔羌河流域地下水动态响应分析

为定量分析气候变化下研究流域地下水动态响应，结合SWAT模型，分别设定4种气候变化情景模式，分析气候变化前后区域年平均地下水埋深变化的程度，分析结果见表3。

从表3中可以看出在情景1下，气温增加5℃时，区域年均地下水埋深减少0.61 m，减少率为12.8%，地下水埋深减少主因是气温升高，区域浅层地下水蒸发增加，使得地下水埋深减少。而气温降低5℃，将使得区域浅层地下水蒸发降低，使得区域地下水埋深增加0.20 m,增加率达到4.21%，但可看出，气温增加下区域地下水动态响应度高于气温下降的响应度。从气候变化情景模式3下，降水增加5%区域地下水埋深增加0.06 m，地下水埋深增加率为1.26%，区域降水入渗补给区域地下水补给主要来源，因此降水增加势必增加区域地下水埋深，而气温不变化区域降水减少5%，区域地下水埋深将减少0.40 m，年均地下水埋深率减少率达到8.42%，但可以看出，降水降低下区域地下水埋深动态响应度要大于降水增加变化下的响应度。从表中还可看出，气温相比于降水变化，气温变化下区域地下水动态响应度更高。这主要是因为区域地下水蒸发量较大，而气温变化直接影响区域地下水蒸发，因此气温变化下地下水埋深变化响应度要大于降水变化的动态响应度。

3 结语

本文应用SWAT模型对新疆叶尔羌河某子流域的地下水进行动态预测，并定量分析气候变化下区域地下水的动态响应，研究取得以下结论：

(1)SWAT模型适用于新疆叶尔羌河地下水动态预测，预测精度较高；

(2)气温升高变化下叶尔羌河地下水动态响应度高于气温降低下的动态响应度， 相比于降水变化，气温变化是区域地下水变化的主因之一。

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2017-04-14

梁建辉(1985-)，男，山西孝义人，工程师，主要从事水文水资源工作。

P641.75

B

1004-1184(2017)04-0232-02