流域尺度土壤水资源评价原理及其在黄河流域应用研究

本文首次从理论上初步探讨了宏观尺度下的土壤水的资源特性、土壤水资源的评价原理及评价指标体系；并将其应用于黄河流域。主要的研究内容和相关的结论概括如下。 　　1．主要研究内容： 　　本文总结了大量有关土壤水的研究资料，深入研究了土壤水在水循环以及社会生产中的作用。在充分论证土壤水的资源特性的基础上，重新定义了土壤水资源的含义；提出土壤水资源的评价指标体系雏形，并对其做了定量推导。在此理论基础上，本文结合流域水循环的演化机理，借助“黄河流域水资源演变规律与二元演化模型”课题构建的分布式水文模型平台——WEP-L模型，对黄河流域土壤水资源的数量、时空分布特性做了初步探讨，并在此基础上从适水种植的角度初步分析了提高黄河流域土壤水资源利用效率的种植结构调整措施。 　　2．主要结论： 　　1）理论方面，在总结大量前人研究成果的基础上，从宏观尺度上重新定义了土壤水资源，构建了土壤水资源评价体系雏形并进行了定量化推导。 　　文中指出，土壤水资源是指赋存于土壤包气带中，具有更新能力，并能被人类生产和生活直接和间接利用的土壤水量和对维持天然生态环境良性循环具有一定作用的土壤水量：主要包括以下四大指标，即从土壤水资源作用范围出发的可被作物直接吸收利用的土壤水资源量、最大可能被利用的土壤水资源量；从其作用的目标出发的用于国民经济的土壤水资源量和用于维持和恢复生态环境的土壤水资源量。 　　在宏观土壤水资源概念和土壤水资源价值的基础上，围绕水资源的有效性、可控性和可再生性三大特点，文中构建了土壤水资源评价体系雏形，并采用水循环通量方法从水循环机理角度定量推导了土壤水资源评价体系中的各个指标。 　　2）在理论的应用方面，以黄河流域为研究对象，运用以上理论，分析了全流域在系列年（1956-2000年）降水和历史系列下垫面条件下的土壤水资源数量及其时空分布特性。结果表明：在黄河流域，土壤水资源数量相当可观，是降水派生资源中的最大部分，且在时空间变化较大。 　　在年内，黄河流域的土壤水资源的变化规律与降水相似，多年逐月平均土壤水资源表现为四个变化时段，即稳定消退阶段、缓慢增加阶段、快速增长阶段和快速消退阶段。 　　在年际间，土壤水资源随降水的丰枯变化而波动。全流域土壤水资源在近45年呈缓慢的减少趋势，但是其降幅小于相应时段内降水的降幅；且由于土壤的调蓄作用使其变差系数小于降水；年际间变化明显。 　　在空间上，土壤水资源呈从西北向东南递增的趋势，与降水的空间分布基本一致；土壤水资源转化率的空间分布却恰好与此相反，表现为以兰州～河口镇区域为界分别向西北、向东南区域递减的变化趋势，其中兰州～河口镇区域转化率最高，而龙羊峡以上区域最低。 　　以上结果说明土壤水资源在流域水资源中占有重要的地位，重视土壤水资源的利用有其重要意义；特别是对于降水量较少、转化率较大的缺水地区，土壤水资源更加重要。 　　3）为分析造成土壤水资源量变化的原因，文中又从土壤水资源的形成和转化结构补给和消耗两方面对黄河流域土壤水资源的结构作了详细分析。结果表明： 　　土壤水资源的补给量──降水入渗补给量是土壤水资源形成的主要补给源，全流域58.3％的降水转化成土壤水资源。冠层截留量是影响降水入渗补给量的主要影响成分。在区域降水量变化的过程中，降水入渗补给量和冠层截留量的变化集中表现为：当区域年降水量小于450mm时，随着降水量的降低，二者均减少，但前者的降幅大于后者；当降水量超过500mm后，尽管随着降水量的增加，二者也均表现出增加的趋势，但是前者的增长幅度大于后者。同时土地利用状况通过对降水转化结构的影响进而影响相应区域的土壤水资源转化率，但对降水转化结构和土壤水资源转化率的影响不同。 　　空间整体趋势：黄河流域多年平均土壤水资源的降水入渗补给量与降水量的空间变化不同，当降水量呈现从西北向东南增加的趋势时，对应的降水入渗补给量则以河口镇～龙门区间为界，分别向上游和下游递减，且下游的补给量大于上游；其中宁夏～内蒙古河套临河区间最小。 　　造成降水补给量有以上时空变化的原因主要是区域降水及降水转化结构的改变。