基于多源数据的流域水平衡和水源涵养变化研究——以坝上高原小滦河流域为例

摘要

水在海-气-冰-岩各圈层中运移完成水循环过程,但工业革命以来由于气候变化和人类活动影响,水资源收支不等造成水源涵养或亏缺存在空间差异。通过长期监测小滦河流域2001—2020年的气象、地表水文数据,定期实地调查地下水和土地覆被样本,搜集遥感反演的土壤水分资料,借助ETWatch模型估算实际蒸散,遥感反演土地覆被,运用水平衡公式核算小滦河流域降水、实际蒸散、径流、储变量之间的动态平衡关系,从土壤水和地下水2个角度分析水源涵养时空分布特征,以了解小流域水循环过程变化规律,解决水源涵养重点保护生态空间定位和水源涵养区的水资源管理问题。结果表明:2001—2020年降水以平均3.76 mm/a的速率增加,2001—2015年增长缓慢,2016—2020年快速增加,空间分布上呈现“东多西少”,最高值出现在流域东北部的塞罕坝机械林场。实际蒸散量以平均2.71 mm/a的速率增加,慢于降水的增加速率,2014年以后,高降水年的实际蒸散低于降水,水分被储存下来或用于其后的低降水年蒸散消耗,空间分布从上游到下游呈现“高—低—高”的空间格局,实际蒸散量表现为,湿地>林地>耕地>建设用地>草地>沙地裸地。径流以平均0.13 mm/a的速率减少,丰水期径流减小速率快于年径流,但枯水期的径流增加,“削峰补枯”效应明显。储变量虽为负值但以1.17 mm/a的速率增加,越来越多的水资源被涵养在土壤和地下;土壤水分以0.0018(m^(3)/m^(3))/a的速率增加,上游多下游少,最高值出现在流域北部偏西的林草交错带,2010年以后,土壤水高值区从中游向下游扩展。地下水潜水位上升区面积远大于下降区面积,总体变化为稳中上升趋势,8—9月达到全年水位最高值。本文从综合调查监测的角度探索了小流域水平衡研究方法,为水资源综合管理提供支撑。