94 干旱区资源与环境 第19卷 果,但对于其数学表达的研究还处于起步阶段,如何从众多影响因子中筛选主要因子,构造反映流域水资 源再生能力的综合指标问题尚有待进一步研究 针对目前流域水资源可再生性及其评价理论研究中存在的问题,本文拟在构造流域水资源自然再生 能力概念、物理意义与综合评价指标等方面进行初步尝试;并以黄河流域泾河子流域为例,在基于GRI 的泾河流域水平衡动态模拟研究基础上,确定影响泾河流域水资源自然再生能力主要因子的时空分布;进 步动态模拟泾河流域水资源自然再生能力的时空演化规律。 1基于网格水文单元的流域水资源自然再生能力评价模型 1.1水资源自然再生能力概念 水资源再生能力是由水资源可再生性决定的,它是指某一流域或区域水环境,在现有或近期技术经济 能力支持下,通过水资源自然循环与社会循环,不断补充循环利用水资源的能力。水资源再生能力包 括水资源自然再生能力与社会再生能力两部分。前者是指水资源通过蒸发、降水与径流周而复始的自然 循环而得到更新的能力,它包括水资源在"量”上得到的补充和在"质”上得到的净化;后者是从水资源社会 循环角度,通过优化调整水资源的社会循环,使水资源得到再生的能力,它包括通过工程技术手段实现水 资源的净化和重复利用 水资源的自然再生是通过水资源的自然循环过程实现的,因此水资源的自然再生能力取决流域水文 循环过程。水资源自然再生能力影响因子即影响流域水文循环过程的主要因素,具体包括:降水、气温、湿 度、高程、蒸发地表径流地下径流、土壤蓄水等。其中降水、蒸发和地表与地下径流,以及土壤蓄水是水 资源自然再生能力的最主要影响因子 1.2基于网格水文单元的水资源自然再生能力评价 水资源自然再生能力评价方法有两种 (1)在建立评价指标体系基础上,利用综合评价方法,进行水资源自然再生能力评价,这种方法比较成 熟134 (2)本文所采用的是利用水资源自然再生能力的主要定量影响因子,构造一个具有特定物理意义的综 合指标,来表征水资源自然再生能力,这种方法尚处于探索阶段 沈珍瑶、杨志峰等探讨了水资源自然再生能力与水资源更新速率的关系问题,提出了用单位面积单位 时间的可更新水资源量来表征水资源自然再生能力。夏军、王中根等从流域单元水体水资源可再生的 角度,采用水箱模型描述单元水体的水文循环基本过程,并单元水体水平衡基础之上提出了单元水体水量 恢复周期"τn"和单元水体水资源量可再生性指数”a。"来表征单元水体的水资源再生能力1。 不同于上述基于整个流域、子流域、行政区或单元水体进行水资源自然再生能力评价,本文所采用的 方法是基于GRD的流域水资源自然再生能力评价方法。所谓基于GRID的方法就是将硏究的流域(区 域)划分为若干网格,可根据流域的大小、要求精度的不同划分为1km4km、8km网格。以网格为单位,通 过模拟网格内与网格间的水文循环过程,得到各网格降水、蒸发、地表径流、地下径流与土壤蓄水等水资源 自然再生能力的主要定量影响因子。最后,利用这些影响因子构造出反应流域水资源自然再生能力的综 合指标。 本文拟采用基于网格水文单元的水资源月内的自 然更新比率来对表征其自然再生能力,称为网格水文单 输出径流章 元水资源自然更新率,即为网格内每月水资源变化量与 输入径流量 网格内相对静态水资源量的比值。将每个网格作为 地表径流、壤屮流、地卜径流 个独立的水文单元,其自然水文循环过程主要包括降 水、实际蒸发、土壤水蓄水、地下水蓄水以及形成的径流 土壤水希水 (图1)。 图1网格水文单元自然水文循环过程 对于任意时段(例如月),某个网格水文单元的水资 Fig 1 Natural hydrological process on the basis of GRID hydrolo gical cell 源收入项为I,输出项为V。则I=P+Q:(1) V=E+Qe 其中Q为该单元水体输入径流量(mm),Q。为单元水体输出径流量(mm),P为单元水体本月内的平 201994-2009ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.aLlrightsreservedhttp:/www.cnki.net果 ,但对于其数学表达的研究还处于起步阶段 ,如何从众多影响因子中筛选主要因子 ,构造反映流域水资 源再生能力的综合指标问题尚有待进一步研究。 针对目前流域水资源可再生性及其评价理论研究中存在的问题 ,本文拟在构造流域水资源自然再生 能力概念、物理意义与综合评价指标等方面进行初步尝试 ;并以黄河流域泾河子流域为例 ,在基于 GRID 的泾河流域水平衡动态模拟研究基础上 ,确定影响泾河流域水资源自然再生能力主要因子的时空分布 ;进 一步动态模拟泾河流域水资源自然再生能力的时空演化规律。 1 基于网格水文单元的流域水资源自然再生能力评价模型 1. 1 水资源自然再生能力概念 水资源再生能力是由水资源可再生性决定的 ,它是指某一流域或区域水环境 ,在现有或近期技术经济 能力支持下 ,通过水资源自然循环与社会循环 ,不断补充、循环利用水资源的能力[1 ] 。水资源再生能力包 括水资源自然再生能力与社会再生能力两部分。前者是指水资源通过蒸发、降水与径流周而复始的自然 循环而得到更新的能力 ,它包括水资源在"量"上得到的补充和在"质"上得到的净化 ;后者是从水资源社会 循环角度 ,通过优化调整水资源的社会循环 ,使水资源得到再生的能力 ,它包括通过工程技术手段实现水 资源的净化和重复利用。 水资源的自然再生是通过水资源的自然循环过程实现的 ,因此水资源的自然再生能力取决流域水文 循环过程。水资源自然再生能力影响因子即影响流域水文循环过程的主要因素 ,具体包括 :降水、气温、湿 度、高程、蒸发、地表径流、地下径流、土壤蓄水等。其中降水、蒸发和地表与地下径流 ,以及土壤蓄水是水 资源自然再生能力的最主要影响因子。 1. 2 基于网格水文单元的水资源自然再生能力评价 水资源自然再生能力评价方法有两种 : (1) 在建立评价指标体系基础上 ,利用综合评价方法 ,进行水资源自然再生能力评价 ,这种方法比较成 熟[3 ,4 ,6 ] ; (2) 本文所采用的是利用水资源自然再生能力的主要定量影响因子 ,构造一个具有特定物理意义的综 合指标 ,来表征水资源自然再生能力 ,这种方法尚处于探索阶段。 沈珍瑶、杨志峰等探讨了水资源自然再生能力与水资源更新速率的关系问题 ,提出了用单位面积单位 时间的可更新水资源量来表征水资源自然再生能力[5 ] 。夏军、王中根等从流域单元水体水资源可再生的 角度 ,采用水箱模型描述单元水体的水文循环基本过程 ,并单元水体水平衡基础之上提出了单元水体水量 恢复周期"τn "和单元水体水资源量可再生性指数"αn "来表征单元水体的水资源再生能力[2 ] 。 不同于上述基于整个流域、子流域、行政区或单元水体进行水资源自然再生能力评价 ,本文所采用的 方法是基于 GRID 的流域水资源自然再生能力评价方法。所谓基于 GRID 的方法就是将研究的流域 (区 域) 划分为若干网格 ,可根据流域的大小、要求精度的不同划分为 1km、4km、8km 网格。以网格为单位 ,通 过模拟网格内与网格间的水文循环过程 ,得到各网格降水、蒸发、地表径流、地下径流与土壤蓄水等水资源 自然再生能力的主要定量影响因子。最后 ,利用这些影响因子构造出反应流域水资源自然再生能力的综 图 1 网格水文单元自然水文循环过程 Fig. 1 Natural hydrological process on the basis of GRID hydrological cell 合指标。 本文拟采用基于网格水文单元的水资源月内的自 然更新比率来对表征其自然再生能力 ,称为网格水文单 元水资源自然更新率 ,即为网格内每月水资源变化量与 网格内相对静态水资源量的比值。将每个网格作为一 个独立的水文单元 ,其自然水文循环过程主要包括 :降 水、实际蒸发、土壤水蓄水、地下水蓄水以及形成的径流 (图 1) 。 对于任意时段(例如月) ,某个网格水文单元的水资 源收入项为 I ,输出项为 V 。则 I = P + Qi (1) V = E + Qe (2) 其中 Qi 为该单元水体输入径流量(mm) , Qe 为单元水体输出径流量(mm) ,P 为单元水体本月内的平 ·94 · 干 旱 区 资 源 与 环 境 第 19 卷