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北三河流域水资源供需平衡对降水变化的敏感性

刘涛 赵泽锦 刘利成 王高旭 吴永祥 吴巍 田雪莹 张妮娜

刘涛,赵泽锦,刘利成,等. 北三河流域水资源供需平衡对降水变化的敏感性[J]. 水利水运工程学报,2022. doi:  10.12170/20210926003
引用本文: 刘涛,赵泽锦,刘利成,等. 北三河流域水资源供需平衡对降水变化的敏感性[J]. 水利水运工程学报,2022. doi:  10.12170/20210926003
(LIU Tao, ZHAO Zejin, LIU Licheng, et al. Sensitivity analysis of water resources supply and demand balance to precipitation changes in Beisanhe River Basin[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(in Chinese)) doi:  10.12170/20210926003
Citation: (LIU Tao, ZHAO Zejin, LIU Licheng, et al. Sensitivity analysis of water resources supply and demand balance to precipitation changes in Beisanhe River Basin[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(in Chinese)) doi:  10.12170/20210926003

北三河流域水资源供需平衡对降水变化的敏感性

doi: 10.12170/20210926003
基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2016YFA0601703);国家自然科学基金资助项目(42075191,52009080,91847301,92047203)
详细信息
    作者简介:

    刘 涛(1995—),男,广东梅州人,硕士研究生,主要从事水资源配置与水库调度研究。E-mail: tliu@nhri.cn

    通讯作者:

    王高旭(E-mail:gxwang@nhri.cn

  • 中图分类号: TV213.9;P481

Sensitivity analysis of water resources supply and demand balance to precipitation changes in Beisanhe River Basin

  • 摘要: 分析不同区域水资源供需平衡对降水变化的敏感性,结合云水资源和降水效率的空间分布,有助于常态化人工增雨作业地点的确定,对实现空陆水资源的统筹利用具有重要意义。以北三河流域为研究区域,基于新安江模型和彭曼-蒙特斯公式分析了研究区需水量对降水变化的响应,并探讨了不同计算单元水资源供需平衡对降水变化的敏感性。结果表明:受降水变化影响,流域平水年产水量增加的比例大于枯水年与特枯年,农田灌溉需水量大致呈线性变化趋势;自然降雨情景下流域资源性缺水量分别为35.46亿m3(降水频率p=50%)、43.17亿m3p=75%)和46.30亿m3p=95%),缺水峰值分别出现在5月、7月和8月;各单元缺水量对降水变化的敏感性主要由产水变化主导,空间上呈由北向南逐渐递减的趋势,当平水年降水量增加20%时,北部地区相对减少率达到150%以上,中部介于30%~50%,南部则小于15%。
  • 图  1  北三河流域基础地理概况

    Figure  1.  Basic geography of Beisanhe River Basin

    图  2  北三河流域计算单元划分及土壤土地利用类型

    Figure  2.  Division of calculation units and types of soil and land use in Beisanhe River Basin

    图  3  自然降雨条件下的年径流深

    Figure  3.  Annual runoff depth without precipitation enhancement

    图  4  不同增雨条件下流域产水量变化

    Figure  4.  Variation of water yield under different precipitation conditions

    图  5  北三河流域降水变化下的农田灌溉需水量逐月变化

    Figure  5.  Monthly changes of farmland irrigation water demand under changes in precipitation in Beisanhe River Basin

    图  6  北三河流域自然降雨情景下资源性缺水量逐月变化(其中降雨量为柱状图、缺水量为点线图)

    Figure  6.  Monthly change of resource water shortage under natural rainfall scenario in Beisanhe River Basin

    图  7  北三河流域不同增雨情景缺水总量变化

    Figure  7.  Changes in the total amount of water shortage under different rainfall enhancement scenarios in Beisanhe River Basin

    图  8  不同增雨情景下北三河流域资源性缺水量较未增雨时的空间变化

    Figure  8.  Spatial variation of resource water shortage in Beisanhe River Basin under different precipitation increase scenarios compared with that without precipitation increase

    表  1  研究区各数据资料来源

    Table  1.   Data sources of the study area

    数据资料数据内容数据来源
    空间数据 数字高程模型(DEM)
    精度:30 m×30 m
    中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台
    (http://www.gscloud.cn)
    土地利用数据 2015年研究区土地利用数据 地理国情监测云平台(http://www.dsac.cn/DataProduct/
    土壤数据 2009年研究区土壤数据 世界粮农组织(FAO)提供的1:100万土壤数据(HWSD,
    http://www.fao.org/nr/land/-soils/har-monized-word-soil-database/
    气象数据 研究区内13个代表气象站1951—2018年逐日
    降雨、蒸发、气温、风速等资料
    中国气象数据共享网(http://data.cma.cn
    水文数据 大阁、三道营、三河和前辛庄水文站点
    2006—2018年逐日流量数据
    中华人民共和国水文年鉴海河流域水文资料第3卷第2册
    需水计算数据 城乡人口数量、农业耕地面积、工业产值、用水定额 用水定额来源于北京、天津、河北省用水定额,
    其他数据来源于各省统计年鉴
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    表  2  各水文站模型模拟精度

    Table  2.   Model simulation accuracy of each hydrological station

    水文站点率定期(2007—2016年)验证期(2017—2019年)
    平均相对误差/%Nash系数平均相对误差/%Nash系数
    大阁 11.74 0.84 13.41 0.76
    三道营 9.45 0.81 11.42 0.80
    前辛庄 13.51 0.86 14.67 0.81
    三河 15.82 0.84 18.21 0.80
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    表  3  各子流域与典型站点欧氏距离

    Table  3.   Euclidean distance between sub basins and typical stations

    序号子流域与典型站点的欧氏距离距离最近
    三河三道营前辛庄大阁
    U1 河北潮白河山区 1.299 0.601 1.906 0.569 大阁
    U2 北京潮白河山区 1.032 1.815 0.125 1.676 前辛庄
    U3 北运河山区 0.894 2.144 0.074 2.264 前辛庄
    U4 北京蓟运河山区 0.178 1.989 0.512 2.056 三河
    U5 北京平原区 3.096 5.292 3.881 4.158 三河
    U6 河北蓟运河山区 0.637 2.275 0.902 1.867 三河
    U7 天津蓟运河山区 0.852 2.417 0.498 2.189 前辛庄
    U8 廊坊平原区 3.279 4.824 3.928 3.997 三河
    U9 廊坊市区 4.155 5.577 3.798 4.289 前辛庄
    U10 唐山平原区 3.396 6.385 4.760 5.337 三河
    U11 天津平原区 4.540 5.934 4.238 4.770 前辛庄
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    表  4  2030年北三河流域生活、工业、生态需水量

    Table  4.   Domestic, industrial and ecological water demand of Beisanhe River Basin in 2030 单位:万m3

    计算分区生活需水工业需水生态需水计算分区生活需水工业需水生态需水
    U1 1932 5659 102 U7 728 1205 450
    U2 3841 6213 3815 U8 3416 8546 451
    U3 3161 6314 1536 U9 983 3411 102
    U4 955 1200 879 U10 5373 22050 2356
    U5 41754 38391 50832 U11 7186 12984 5631
    U6 4910 17025 1350
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    表  5  2030年北三河流域自然降雨时资源性余缺水情况

    Table  5.   Resource-based excess water shortage in Beisanhe River Basin in 2030 when there is no increase in rainfall 单位:亿m3

    计算分区降水频率50%降水频率75%降水频率95%
    总需水量总来水量余缺水量总需水量总来水量余缺水量总需水量总来水量余缺水量
    U1 1.52 2.86 +1.34 1.54 2.41 +0.87 1.59 1.76 +0.17
    U2 2.75 3.52 +0.77 2.79 1.45 −1.34 2.84 1.12 −1.72
    U3 1.41 0.21 −1.20 1.42 0.17 −1.25 1.43 0.14 −1.29
    U4 0.49 0.58 +0.09 0.50 0.27 −0.23 0.51 0.21 −0.30
    U5 14.43 1.44 −12.99 14.49 0.73 −13.76 14.52 0.80 −13.72
    U6 7.80 2.68 −5.12 7.86 0.60 −7.26 8.31 0.36 −7.95
    U7 0.93 0.57 −0.36 0.94 0.22 −0.72 0.98 0.12 −0.86
    U8 2.55 0.59 −1.96 2.58 0.34 −2.24 2.62 0.20 −2.42
    U9 0.84 0.08 −0.76 0.86 0.05 −0.81 0.86 0.06 −0.80
    U10 10.14 1.01 −9.13 10.30 0.45 −9.85 10.50 0.32 −10.18
    U11 8.02 1.88 −6.14 7.96 1.38 −6.58 8.22 1.00 −7.22
    合计 50.88 15.42 −35.46 51.23 8.07 −43.17 52.38 6.08 −46.30
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-26
  • 网络出版日期:  2022-07-02

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