基于分布式水文模型的三峡库区污染负荷对气候变化的响应研究_丁相毅

近年来，许多学者对三峡库区的气候变化进行
了相关研 究 （ 刘 海 隆，2003； 王 梅 华 等，2005； 张 强 等，2005） ，这些研究大多利用一些气象站点的数据 进行对比分析，但 1 个或多个站点的数据并不能代 表整个库区的气候特点； 另外，有关气候变化对三 峡水库水循环和水环境影响的定量研究尚不多见． 因此，本文拟在建立的耦合了污染负荷模拟模块的 三峡水库分布式水文模型的基础上，结合多个全球 气候模式的集合平均模拟结果，采用统计降尺度方 法将气候模式和分布式水文模型耦合，评估未来气 候变化对三峡库区污染负荷的影响．
基于分布式水文模型的三峡库区污染负荷对气候变
化的响应研究
丁相毅，周怀东* ，王宇晖，雷晓辉
中国水利水电科学研究院，北京 100038
收稿日期： 2011-10-07
修回日期： 2012-01-06
录用日期： 2012-02-08
摘要： 在建立的耦合了污染负荷模拟模块的三峡水库分布式水文模型的基础上，结合多个全球气候模式的集合平均模拟结果，采用统计降尺度 模型 SDSM 将全球气候模式和分布式水文模型耦合，评估了未来气候变化对三峡库区污染负荷的影响，考虑到研究中存在的不确定性，采用假 设情景法，分析了三峡库区污染负荷对不同降水量变化的响应情况． 结果表明，库区总氮和总磷负荷均与降水量成正相关，在降水量增加量相 同的情况下，总氮负荷变化比总磷更剧烈，而在降水量减少量相同的情况下，总磷负荷变化比总氮更剧烈． 另外，降水变化主要对三峡库区 4— 8 月的污染负荷量有较大影响． 关键词： 三峡库区； 分布式水文模型； 气候变化； 污染负荷
DOI:10.13671/j.hjkxxb.2012.08.027
第 32 卷第 8 期 2012 年 8 月
环境科学学报 Acta Scientiae Circumstantiae
Vol． 32，No． 8 Aug． ，2012
丁相毅，周怀东，王宇晖，等． 2012． 基于分布式水文模型的三峡库区污染负荷对气候变化的响应研究［J］． 环境科学学报，32（ 8） ： 1991-1998 Ding X Y，Zhou H D，Wang Y H，et al． 2012． Impacts of climate change on pollution load in the Three Gorges Reservoir based on a distributed hydrological model［J］． Acta Scientiae Circumstantiae，32（ 8） ： 1991-1998
文章编号： 0253-2468（ 2012） 08-1991-08
中图分类号： X820s of climate change on pollution load in the Three Gorges Reservoir based on a distributed hydrological model
有关气候变化对水循环过程影响的研究在 20 世纪 80 年代中期才引起国际水文界的重视，许多学 者选用不同的气候模式和水文模型在不同流域开 展了 相 关 研 究 （ Arnell，1999； Mimikou et al． ，2000； Matondo et al． ，2004） ，主要研究方法是将全球气候 模式（ GCM） 和水文模型松散耦合，以 GCM 的降水 和温度输出作为水文模型的输入，通过水文模型模 拟来评估气候变化的影响． 国内自 20 世纪 80 年代 起也迅速开展了气候变化对水文水资源影响的相 关研究，在国家“七五”、“八五”和“九五”科技攻关 计划中分别 选 择 西 北、华 北、淮 河 流 域 和 青 藏 高 原 作为研究区域设立了研究课题，许多学者采用假定 气候方案（ 王国庆等，2000） 和将 GCM 与水文模型 松散耦合的方法开展了相关研究（ 曹丽菁等，2004； 袁飞等，2005） ．
DING Xiangyi，ZHOU Huaidong* ，WANG Yuhui，LEI Xiaohui
China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038
Received 7 October 2011；
received in revised form 6 January 2012；
1992
环境科学学报
32 卷
（ 郝秀平等，2010） ． 因此，评估气候变化对水环境的 影响，对区 域 经 济 社 会 发 展、水 资 源 安 全 和 生 态 环 境保护都具有重要意义．
三峡工程是举世闻名的特大型水利工程，具有 防洪、发电、航运及环保、养殖、供水等综合效益． 三 峡库区作为全国淡水资源的战略贮备基地，其水资 源和水环境状况不仅关系到库区社会经济的可持 续发展和人民身体健康，同时也将影响到整个长江 中下游地区的经济发展和生态状况． 然而，三峡水 库自 2003 年蓄水运行以来，地表水文情势发生了明 显变化，库区农田化肥、农药使用强度不断增加，农 业非点源污染危害日益凸显． 随着经济社会的不断 发展和全球气候的持续变暖，气候变化对水循环和 水环境的影响将日益加剧，未来气候变化条件下三 峡库区 水 环 境 如 何 演 变 已 成 为 公 众 普 遍 关 心 的 问题．
1 引言（ Introduction）
以全球变暖为特征的气候变化会对水循环的 各个环节产生直接影响，驱动降水、蒸发、径流等水 文要素的变化增加了水文极端事件发生的概率； 同
时，这些因 素 也 会 对 水 环 境 产 生 重 要 影 响，如 温 度 的变化直接控制着水体中的水文、生态条件，降水、 径流及洪涝干旱的发生频率则会影响到水体内的 污染物和营养盐的迁移转化过程，这不仅改变了水 体的物理性质，也影响着水体中的化学和生物特性
基金项目： 国家水体污染控制与治理科技重大专项（ No． 2009ZX07104-001） ； 国家重点基础研究发展计划（ 973） 项目（ No． 2006CB403404） ； 中国 博士后科学基金项目（ No． 0135012011） ； 国家自然科学基金项目（ No． 51109223，50939006，51021006） Supported by the National Major Special Project on Science and Technology of Water Body Pollution Control and Treatment （ No． 2009ZX07104-001） ， the National Key Basic Research Program of China （ No． 2006CB403404） ，the China Postdoctoral Science Foundation Funded Project （ No． 0135012011） and the National Natural Science Foundation of China （ No． 51109223，50939006，51021006） 作者简介： 丁相毅（ 1984—） ，男，博士，E-mail： dingxiangyi840318@ 163． com； * 通讯作者（ 责任作者） ，E-mail： hdzhou@ iwhr． com Biography： DING Xiangyi （ 1984—） ，male，Ph． D． ，E-mail： dingxiangyi840318@ 163． com； * Corresponding author，E-mail： hdzhou@ iwhr． com
accepted 8 February 2012
Abstract： This paper evaluates the impacts of future climate change on pollution load in the Three Gorges Reservoir based on the ensemble average simulation results of several General Circulation Model （ GCMs） and a distributed hydrological model with a pollution load simulation module． GCM outputs and the hydrological model are coupled using a statistical downscaling model． In addition，considering the uncertainties existed in the study，this paper evaluates the responses of pollution loads in the Three Gorges Reservoir to precipitation changes in different assumption scenarios． The research results indicate that，total nitrogen and phosphorus load in the Three Gorges Reservoir are both positively associated with precipitation． The process of total nitrogen has a more intense change than that of total phosphorus when precipitation increases，while the process of total phosphorus has a more intense change than that of total nitrogen when precipitation decreases． Additionally，precipitation change mainly affects the pollution load from April to August in the Three Gorges Reservoir． Keywords： the Three Gorges Reservoir； distributed hydrological model； climate change； pollution load