气候变化背景下流域水资源优化配置模型构建与应用

引言

气候的变化已然成为左右流域水资源安全的关键要素，造成了降水格局的混乱无序、冰川的逐渐退缩、极端旱涝事件的不断增多，对水资源的可持续利用构成了严重的威胁。当下，流域水资源的配置大多依赖于历史水文数据，缺少针对气候动态变化的适应性调节，在应对供需失衡风险方面显得力不从心。流域作为水资源管理的基本单元，其进行优化配置时，需要综合考量气候变化的不确定性、多目标的需求。本文立足在气候变化背景下，流域水资源配置方面的核心性问题，对优化配置模型的构建思路、应用途径展开探究，为增强水资源适应气候变化的能力，给予理论层面、实践层面的支撑。

一、气候变化给流域水资源系统所带来的影响与当前流域水资源系统的配置状况

（一）由气候变化所引发的水资源方面的问题

气候变化经由对降水、蒸发等水文要素作出改变，给流域水资源系统带来多方面的影响。降水在时间和空间上的分布不均衡情况愈发严重，使得流域内的径流总量波动变得更大，丰水期和枯水期的水量差距十分明显，提升了水资源调控的难度。频繁发生的极端气候事件，在干旱时期让河道的基流出现减少的状况，对工农业的供水、生态用水的保障工作造成影响；而在洪涝时期，又面临着水库防洪压力增大和水资源利用效率不高两个方面的矛盾。而气温的升高使得冰川融水的速度加快、冻土出现退化现象，改变了流域水资源的补给方式，从长远来看，有可能引致水资源总量减少的风险。

（二）当下流域水资源配置所存在的局限

传统的流域水资源配置模式呈现出较为显著的适应性欠缺，其配置的依据大多依靠静态的历史数据，并未充分把气候情景预测囊括进来，对于未来水资源供给和需求的变化，所作出的预判能力不够充足。配置的目标更倾向于保障经济用水，对生态用水的需求考虑得不够周全，使得一些流域出现了河道断流、湿地不断萎缩等生态方面的问题。用于优化的手段缺少动态的调控机制，难以有效应对由气候变化所引发的突发性的水资源匮乏情况，水资源系统的韧性相对比较薄弱。跨区域与跨部门之间的协同配置机制存在欠缺，在一定程度上，使得水资源分配失衡的状况进一步加剧。

二、流域水资源优化配置模型之构建框架

（一）模型构建的核心原则

在进行模型构建的时候，需要遵循一些特定原则，分别是气候适应性原则、多目标协同原则、系统整体性原则。气候适应性原则有着具体要求，要求所构建的模型能够对不同气候情景下，水资源的供需变化做出响应，把应对极端气候事件的相关模块纳入其中。多目标协同原则着重强调的是要对多个方面进行平衡，一方面要保障生活用水，另一方面要提升经济发展过程中的用水效率，还要坚守生态用水的底线，避免因为只追求单一目标达到最优，导致整个系统出现失衡的状况出现。系统整体性原则要求把流域水资源系统看作一个有机的整体，在构建模型时，需要考虑到水文循环、水利工程调度、用水户需求之间的内在联系，实现对多个要素进行耦合模拟。

（二）模型核心模块的构建设计

优化配置模型涵盖了四大关键的核心模块，分别是：气候情景驱动模块、水文模拟模块、多目标优化模块、动态调控模块。气候情景驱动模块借助把全球气候模式与区域降尺度技术进行耦合模拟，生成在未来不同排放情景下，降水、气温等的气象数据。水文模拟模块以分布式水文模型作为基础，把气候数据转变为流域径流过程，对气候变化给水资源总量与其在时间和空间上的分布所造成的影响进行量化。多目标优化模块把达成水资源利用效率达到最大程度、缺水导致的损失降至最小限度，以及满足生态方面的约束条件当作目标，搭建数学优化的模型。

三、关于流域水资源优化配置模型的应用途径

（一）针对气候情景所开展的水资源供给与需求预测

在应用模型的时候，首先要开展在气候情景状况下，水资源供需方面的预测工作，要依据区域气候模型所输出的数据，并且与流域下垫面的变化特点相结合，模拟出未来不同阶段（短期为 5 到 10 年、中期为 10 到 30 年）水资源的总量、能够被利用的数量、空间上的分布情况。与此同时，分析气候变化给生活用水需求、工业用水需求、农业用水需求所带来的影响，例如气温升高造成农业灌溉所需水量增多、生态基流的阈值发生改变等情况，构建起动态的供需数据库，为水资源的优化配置提供基础的数据支持。

（二）多目标优化方案的生成、优选

凭借基于模型构建的多目标优化模块，去设定具有不同权重搭配的目标函数，生成具有多样性的配置方案，包含优先确保生活用水供给、提升农业用水效率以达到节水增效等核心内容。对各个方案所带来的经济方面效益、社会层面效益、生态领域效益进行量化分析。通过引入层次分析法、模糊综合评价等方法，结合流域的发展规划战略，以及应对气候风险的承受限度，对方案开展优选工作，确定出具有较强适应性的推荐方案。

四、保障模型应用得以实现的相关措施

（一）对数据支撑体系建设予以强化

把流域气象、水文、用水监测网络加以完善，构建覆盖全流域的水资源信息平台，达成数据的实时采集、传输、共享。强化历史数据的整编工作与气候情景数据的同化，让数据的精度与一致性得到提升。打造一个气候变化影响数据库，将社会经济、生态环境等方面的辅助数据进行整合，为模型参数的率定和验证给予支撑，保证预测具备可靠性。

（二）推动多主体协同参与

构建起由政府发挥主导作用、科研提供支撑力量、用水户积极参与的协同运作机制。政府负责清晰地明确水资源配置的具体目标、政策引导方向，对跨区域的利益关系进行妥善协调；科研机构为水资源配置工作提供专业的技术助力、方案的论证工作；用水户参与到水资源需求方面的详细调研、评估环节中，提升水资源配置方案的实际可行程度。借助开展协商会议、进行公众咨询等方式，推动信息的高效交流，凝聚起实现水资源优化配置的综合力量。

五、结论

在气候变化的大背景下，搭建具备科学性的流域水资源优化配置模型，作为应对水资源系统所存在的不确定性、提高管理成效的重要办法。本文所提出的涵盖气候情景驱动、水文模拟等，能够切实地把气候变化的影响要素进行整合，达成水资源多目标的协同性配置。经由供需预测、方案优选、动态调控的应用途径，再结合数据支持、多主体协作等保障手段，可以明显增强流域水资源适应气候变化的本领。今后，有必要强化模型和人工智能、大数据等技术之间的融合程度，促使模型的智能化水准得以提升，为流域水资源的可持续性管理给予更为有效的支撑。

参考文献：

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