地下水开采对海河流域水循环过程影响的模拟

姜姗姗 占车生 王会肖 富可荣 王飞宇

摘要：利用分布式时变增益水文模型（DTVGM）的产流机制改进CLM3.5（Community Land Model version 3.5）的水文过程参数化，同时嵌入地下水开采对流域水循环影响的模块，并考虑经济社会用水，建立能够描述流域自然-人文过程的大尺度陆地水循环模型（CLM-DTVGM）。以地下水开采严重的海河流域为研究区，以中科院青藏高原研究所建立的中国区域高时空分辨率地面气象要素数据集作为大气强迫驱动，针对海河流域1980年-2010年的水循环过程进行模拟，分析地下水开采活动对流域水循环过程的影响。结果表明：地下水开采活动引起海河流域地表径流和土壤湿度整体有所减少，蒸散发则呈增加趋势，且各水循环要素空间分异较大。

关键词：海河流域；陆面过程；地下水开采；水循环；模拟研究

中图分类号：P641 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2016）04-0054-06

Abstract：By improving the hydrological parameterization schemes of the land surface model （CLM3.5） using the Distributed Time Variant Gain Model（DTVGM） which was developed independently，embedding a module which reflects the impact of groundwater exploitation on water cycle process，considering domestic water，industrial water and ecological water，a large-scale land water cycle model was developed which could describe the nature and human process of a basin.The Haihe River Basin where groundwater is extracted seriously was chosen as the study area，using high spatial and temporal resolution meteorological element data sets of China established by the Institute of Tibetan Plateau as atmospheric forcing drivers，this paper conducted simulation test for the water cycle process in 1980-2010 in the Haihe River Basin， and analyzed the impacts of groundwater exploitation activities on the water cycle process.The results showed that：groundwater exploitation caused the decrease in runoff and soil moisture in the overall basin；the evapotranspiration in the overall basin increased， and the spatial variation of water cycle elements was large.

Key words：the Haihe River Basin；land surface processes；groundwater exploitation；water cycle；simulation

近年来，人类对水资源的开发利用日趋广泛，极大地扰乱了自然水循环过程。尤其在地表水资源量无法满足用水需求或地表水污染严重的地区，持续开采地下水不但会造成地面沉降、湿地减少、海水入侵以及地下水污染，而且会导致陆地水资源的枯竭[1-2]，同时由于更多的水分被抽取至地表，引起局地土壤湿度和地面温度的变化，进而影响水循环过程[3-7]。因此，考虑地下水开采活动对流域水循环影响研究是十分必要的。

已有很多学者就地下水开采活动对水循环的影响进行了研究探索：束龙仓和Xunhong Chen以内布拉斯加州普拉特河谷为例，采用Visual MODFLOW研究了地下水开采对河流流量衰减的影响，认为地下水位高出河水位的值越大，抽水对河流基流量减少的影响越明显，对河流渗漏增加的影响微弱[8]；……