可更新的淡水資源為保持陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)健康的基礎(chǔ)性自然資源[1]，也是保證糧食安全以及生態(tài)安全的戰(zhàn)略性資源，用途十分廣泛，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及生活用水。20世紀(jì)，由降水形成的可再生的淡水資源總量基本保持不變，而人類(lèi)用水需求卻激增了6倍，其主要用途為提高糧食產(chǎn)量與工業(yè)生產(chǎn)[2-3]。

　　摘要：對(duì)藍(lán)水和綠水的內(nèi)涵進(jìn)行了梳理，并對(duì)其評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了綜合分析，認(rèn)為水文模型法是同時(shí)評(píng)價(jià)藍(lán)水和綠水資源量時(shí)空變化特征的有效方法。在此基礎(chǔ)上以渭河流域?yàn)槔�，�?gòu)建了渭河流域分布式水文模型SWAT，并采用SUFI-2算法進(jìn)行參數(shù)敏感性分析、參數(shù)率定、模型驗(yàn)證以及不確定性分析。根據(jù)模型輸出結(jié)果，分別在水文響應(yīng)單元、控制流域以及城市/地區(qū)尺度上對(duì)渭河流域近50年來(lái)的藍(lán)水資源量、綠水流和綠水儲(chǔ)量進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，以期為西北干旱缺水地區(qū)的水資源規(guī)劃與管理以及水資源高效利用提供科學(xué)依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：職稱(chēng)論文快速發(fā)表,藍(lán)水,綠水,水資源,SWAT,渭河

　　生產(chǎn)生活用水?dāng)D占生態(tài)環(huán)境用水的現(xiàn)象頻發(fā)，部分生態(tài)系統(tǒng)已嚴(yán)重退化，危及生態(tài)安全。目前，全球超過(guò)6億人口生活在水資源嚴(yán)重短缺的地區(qū)（小于500m3/（人·年）[4]。因此，日益嚴(yán)峻的水資源短缺以及水資源脆弱性問(wèn)題已成為眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)[5-9]。

　　目前的水資源評(píng)價(jià)方法大多僅考慮水循環(huán)中的地表水和地下水，即“藍(lán)水”[10-11]，卻忽視了水循環(huán)中的“綠水”。綜合考慮水文循環(huán)的全過(guò)程和水量平衡的全要素，通過(guò)森林、草地、農(nóng)田和濕地蒸散作用消耗的綠水流占全球降水總量的65%，而傳統(tǒng)的藍(lán)水資源量?jī)H占全球降水總量的35%[12]。可見(jiàn)，綠水資源對(duì)于發(fā)展雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)及維持生態(tài)系統(tǒng)健康來(lái)說(shuō)至關(guān)重要[12-13]。因此，開(kāi)闊思路，拓寬傳統(tǒng)水資源評(píng)價(jià)范疇，科學(xué)評(píng)價(jià)藍(lán)水綠水資源，并將綠水資源納入水資源評(píng)價(jià)體系，對(duì)于水資源規(guī)劃與管理，解決干旱半干旱地區(qū)的水資源短缺問(wèn)題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　在我國(guó)廣大西北干旱地區(qū)以及華北地區(qū)，目前的藍(lán)水資源量十分有限，但這些地區(qū)每年仍然以其獨(dú)特的干旱氣候生產(chǎn)了大量的優(yōu)質(zhì)農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)品，其中很大一部分來(lái)源于由有限降雨量所產(chǎn)生的綠水資源。如何拓寬思路，科學(xué)評(píng)估這一部分水資源量，從而為西北乃至整個(gè)華北、東北干旱地區(qū)的水資源利用和管理提供科技支撐迫在眉睫。正是基于這樣的背景和思路，本文以位于西北典型干旱地區(qū)的渭河流域?yàn)槔�，在闡述藍(lán)水綠水基本概念和內(nèi)涵，并系統(tǒng)總結(jié)其主要應(yīng)用成果的基礎(chǔ)上，探討了借助分布式水文模型科學(xué)估計(jì)和評(píng)價(jià)干旱地區(qū)藍(lán)水綠水資源量的思路與方法，以期為相似流域的水資源評(píng)價(jià)和管理工作提供參考。

　　1藍(lán)水綠水內(nèi)涵

　　藍(lán)水和綠水的概念由國(guó)際水資源研究所的瑞典水文學(xué)家Falkenmark于1995年首先提出[15]，他認(rèn)為降落在陸地生態(tài)系統(tǒng)的水量包括藍(lán)水（BlueWater）和綠水（GreenWater）兩部分，其中，藍(lán)水指由降水形成的地表水和地下水，是可見(jiàn)的液態(tài)水流，包括河流、湖泊和含水層中的水；綠水指由降水下滲到非飽和土壤層中供給植物生長(zhǎng)的水，是垂向進(jìn)入大氣的不可見(jiàn)水。Falkenmark于2006年結(jié)合綠水的物質(zhì)性和資源性擴(kuò)充了綠水的概念，他認(rèn)為綠水可以分為綠水流（GreenWaterFlow）以及綠水儲(chǔ)量（GreenWaterStorage）兩部分。綠水流即實(shí)際蒸散發(fā)，由土壤和水體蒸發(fā)，植物散發(fā)兩部分組成；綠水儲(chǔ)量則是指儲(chǔ)存在土壤中的水[14]。

　　自此以后，相關(guān)學(xué)者先后對(duì)藍(lán)水和綠水的概念進(jìn)行了發(fā)展和完善。藍(lán)水為存儲(chǔ)在河流、湖泊以及含水層中的水，也即傳統(tǒng)水資源評(píng)價(jià)中對(duì)于可利用水資源量的定義，即地表水和地下水資源量之和，并扣除兩者的重復(fù)計(jì)算量。綠水的定義目前國(guó)際上有兩種：物質(zhì)上，綠水被定義為蒸散發(fā)流，即進(jìn)入大氣的水汽流，包括農(nóng)田灌溉、濕地、水面蒸發(fā)、天然植被等不同地表的水汽流[12，16-17]；資源上，綠水被定義為源于降水且存儲(chǔ)在土壤中并被植被散發(fā)消耗的水資源[12，18-19]。

　　2藍(lán)水綠水資源評(píng)價(jià)方法

　　估算一段時(shí)間內(nèi)的區(qū)域/流域藍(lán)水綠水資源量可以為水資源規(guī)劃與管理，以及解決水資源短缺問(wèn)題提供一種新思路。估算藍(lán)水資源量也即傳統(tǒng)的水資源評(píng)價(jià)，其主要方法包括統(tǒng)計(jì)分析法和水文模型法。其中，統(tǒng)計(jì)分析法對(duì)數(shù)據(jù)需求量較大，需要收集研究區(qū)的水文氣象、水文地質(zhì)、水利工程以及取用水等數(shù)據(jù)；水文模型法較之統(tǒng)計(jì)分析法來(lái)說(shuō)對(duì)于數(shù)據(jù)的需求相對(duì)較少。

　　估算綠水資源量的方法基本可以分成以下三類(lèi)：生物學(xué)方法、水文模型法以及生物水文耦合法[17]。

　�。�1）生物學(xué)方法主要采用生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)干物質(zhì)消耗的水量，即需水量，來(lái)估算綠水資源量。該類(lèi)方法根據(jù)凈初級(jí)生產(chǎn)力數(shù)據(jù)與主要生態(tài)系統(tǒng)單位干物質(zhì)生產(chǎn)所需蒸散量的乘積來(lái)估算綠水流。Postel等[5]采用凈初級(jí)生產(chǎn)力數(shù)據(jù)，估算了全球非灌溉植被（天然森林、草地、人工林地和雨養(yǎng)作物）蒸散量，并得到其它主要土地利用類(lèi)型的蒸散量，稱(chēng)其為綠水資源量。另一種生物學(xué)方法則是結(jié)合遙感影像和蒸散量觀(guān)測(cè)值估算綠水資源量。Rockstrm等[20]采用森林、草地、林地以及濕地中各生物群系的覆蓋面積乘以蒸散量，并根據(jù)影響蒸散量的生態(tài)系統(tǒng)屬性將各生物群系統(tǒng)進(jìn)而劃分為若干個(gè)植被組，最終采用水分利用效率與作物產(chǎn)量之積來(lái)估算綠水流。

　　（2）水文模型法即采用水文模型來(lái)估算流域尺度的綠水流，將水資源劃分為藍(lán)水和綠水兩部分，綠水表示土壤蒸發(fā)和植被散發(fā)所耗用的水資源，藍(lán)水表示徑流，從而建立研究區(qū)水文模型來(lái)估算綠水。Jewitt等[21-22]分別在小尺度和大尺度流域上采用農(nóng)業(yè)集水區(qū)研究單元（AgriculturalCatchmentsResearchUnit，ACRU）模型以及水文土地利用變化（HydrologicalLandUseChange，HYLUC）模型，估算了非洲南部Mutale流域九種土地利用情景下的藍(lán)水綠水資源量。Schuol等[23-24]采用ArcSWAT模型并結(jié)合SUFI-2不確定性分析算法估算了西非以及整個(gè)非洲大陸的月尺度藍(lán)水綠水資源量。Faramarzi等[25]在伊朗構(gòu)建了ArcSWAT模型模擬了月尺度藍(lán)水綠水資源量，并考慮了水庫(kù)運(yùn)行以及不同灌溉措施對(duì)小麥產(chǎn)量的影響。Menzel等[26]在歐洲、非洲及中亞的七個(gè)代表性流域搭建了水文模型，并分析了這些流域現(xiàn)狀年以及未來(lái)情景下的藍(lán)水資源量。Liu等[27]采用具有二源潛在蒸散發(fā)模式的半分布式水文模型，研究了我國(guó)北方老哈河流域土地覆被變化對(duì)藍(lán)水綠水資源量的影響。吳洪濤等[28]使用AVSWAT模型在碧流河流域估算了綠水資源量，研究了綠水的時(shí)空分布規(guī)律以及氣候變化情景下綠水的響應(yīng)。

　�。�3）生物水文耦合法根據(jù)地表植被動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，考慮關(guān)鍵生態(tài)過(guò)程如初級(jí)生產(chǎn)力、植被生長(zhǎng)、植被水分生產(chǎn)力、碳分配、死亡率以及植物對(duì)資源競(jìng)爭(zhēng)的動(dòng)態(tài)變化，借助陸-氣、碳-水交換關(guān)系，將水文模型與生物地理學(xué)以及生物地球化學(xué)相耦合，從而估算綠水流。代表性模型為近些年得到快速發(fā)展的全球植被動(dòng)態(tài)模型LundPotsdamJena（LPJ）模型[13]。王玉娟等[29]在黃河流域三門(mén)峽地區(qū)構(gòu)建適用于估算流域尺度植被生態(tài)用水的生態(tài)水文模型，對(duì)三門(mén)峽地區(qū)20世紀(jì)50年代以來(lái)的植被生態(tài)用水量進(jìn)行了定量模擬，計(jì)算得出不同植被類(lèi)型的綠水消耗量。Siebert等[30]采用全球作物需水模型（GlobalCropWaterModel，GCWM）對(duì)1998年-2002年全球作物所需藍(lán)水和綠水資源量進(jìn)行了估算。

　　由于水文模型可以深入揭示地表過(guò)程和水文過(guò)程的機(jī)理，因此，被認(rèn)為是模擬水文過(guò)程以及評(píng)價(jià)水資源時(shí)空變化特征的有效工具。綜合分析藍(lán)水綠水的估算方法可知，水文模型法是同時(shí)評(píng)價(jià)藍(lán)水和綠水資源量時(shí)空變化特征的唯一方法。SWAT（SoilandWaterAssessmentTool）模型[31]是時(shí)間上連續(xù)的分布式流域水文模型，且在全世界得到了廣泛應(yīng)用[23，32-37]。SWAT模型因其能夠直接輸出藍(lán)水和綠水資源量的各個(gè)分量，被認(rèn)為是一種估算藍(lán)水綠水資源量比較有效的方法。

　　3流域藍(lán)水綠水資源綜合評(píng)價(jià)——以渭河

　　流域?yàn)槔�作為我�?guó)西北經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，渭河流域在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及西部大開(kāi)發(fā)中占據(jù)重要地位，并具有十分重要的戰(zhàn)略意義[38]。因此，綜合評(píng)估渭河流域藍(lán)水綠水資源量對(duì)于高效開(kāi)發(fā)利用水資源，保護(hù)我國(guó)西部地區(qū)河流生態(tài)系統(tǒng)健康來(lái)說(shuō)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　本文以渭河流域?yàn)槔�，�?gòu)建渭河流域分布式水文模型SWAT，并借助SUFI-2算法進(jìn)行參數(shù)敏感性分析、參數(shù)率定、模型驗(yàn)證以及不確定性分析，對(duì)渭河流域近50年來(lái)（1964年-2008年間）的可用水資源量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。首先在水文響應(yīng)單元（HRU）尺度上估算水資源分量中的藍(lán)水資源量、綠水流和綠水儲(chǔ)量，然后在控制流域以及城市/地區(qū)尺度上對(duì)其進(jìn)行時(shí)空變化特征分析，從而為西部缺水地區(qū)的水資源規(guī)劃與管理，解決水資源短缺等問(wèn)題提供新的思路。

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