一种河流流域水资源规划利用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水利领域，具体涉及一种河流流域水资源规划利用方法。
【背景技术】
[0002] 随着与水有关的生态环境问题的日益突出，生态环境保护备受当今社会的广泛关 注，人们越来越认识到与自然生态系统协调共处对人类可持续发展的重要性。水资源开发 利用所导致的区域水文过程变化将不可避免地对区域生态环境体系产生影响，而区域生态 环境变化，尤其是植被生态系统的变化，势必将对区域水文过程产生作用。面对全球水资源 日益短缺的现实，寻找一种新的流域水资源规划方法和理论，科学合理的开发利用流域内 水资源，指导流域内工农业生产或产业布局，并通过调整产业结构的需水量，实现当地经济 可持续发展的要求。
[0003] -种基于生态水文理念下的流域水资源规划方法；其核心内容是将降水视为由人 类与自然共同分享的淡水资源，认为最根本的水资源是降水，将降水分为绿水和蓝水的概 念，绿水是指陆地水文循环中的气态水流或总的蒸腾蒸发量，它包括来自植物截留、地表、 水面和土壤的非生产性蒸发和源自植物蒸腾、促进植物生长的生产性蒸腾，显然源自降水 的绿水支撑着陆地生态系统。蓝水是指陆地水循环中的液态水流，它包括降水形成的地表 径流和地下水补给，即径流性水资源，它是支撑水域生态系统的基本水源。
[0004] 过去水资源规划以蓝水为主，并将地表径流视为可开发的水资源，忽略了滋润万 物生长的雨水。我们知道，在流域水生态环境中雨水是起主要贡献作用的，但由于缺乏规划 和管理方法，人类活动已经严重引起水循环中最关键、最活跃的因子（植被）的退化。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于构建一种从水资源子系统、社会经济子系统和生态环境子系统 三个方面综合构建流域生态水资源复合系统，可用于定量评价目标河流流域的水资源及生 态环境状态，从而进行河流流域水资源规划利用的方法。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案包括：
[0006] 一种河流流域水资源规划利用方法，其包括下述步骤： 步骤一：获取河流流域的降雨量值，采用反距离权重插值法对所述河流流域的降雨量 值进行空间插值，制得降雨量分布图和等值线图，获得所述河流流域的降雨量，即总水资源 量。
[0007] 步骤二：获取所述河流流域内汽化潜热、最高气温、最低气温、饱和水汽压、冠层表 面净辐射、空气密度、土壤热通量、空气定压比热、冠层导度、饱和水汽压、实际水汽压、空气 动力学导度、叶面积指数、地表反照率及地表覆盖，根据下述公式（1)估算所述河流流域的 植被蒸腾值。 (1)
[0008] 其中：E。为植被蒸腾，单位为mm ; 入为汽化潜热，单位为MJ?kg' A为气温一饱和水汽压曲线斜率； Rn为冠层表面净辐射，单位为MJ/m 2/d ; G为土壤热通量，单位为MJ/m2/d ;t为土壤吸收系数； Pa为空气密度，单位为kg?nT3; (；为空气定压比热，单位为MJ/kg/°C; Da为参考高度饱和水汽压差，单位为kPa ; Ga为空气动力学导度，为空气动力阻抗的倒数，单位为m/s ; y为湿度计常数，单位为kPa?°C、 G。为冠层导度，单位为m/s。
[00091其中诵忖下i术公式（"1 - 1) i+覚，
gsx为植被气孔导度，单位为m/s ; kQ为短波辐射的衰减系数； kA为可用辐射的衰减系数； Qh为冠层上方的可见光辐射通量，单位为MJ/m 2/d ; LAI为叶面积指数； Q50和D5(|分别为当气孔导度gs=gsx/2 (gs#gs的最大值）时的可见光辐射通量和水 气压差，单位分别为MJ/m2/d和kPa。
[0010] 其中T通过下述公式（1-2)计算， t =exp (-kALAI) (1-2) kA为可用辐射的衰减系数； LAI为叶面积指数。
[0011] 其中Da通过下述公式（1 - 3)计算， Da= e〇-ea (1-3) Da为参考高度饱和水汽压差，单位为kPa ; eQ为饱和水汽压，单位为kPa ; ea为实际水汽压，单位为kPa。
[0012] 步骤三：根据下述公式（2)估算所述河流流域的土壤蒸发值，
(2) 其中：Es为土壤蒸发，单位为mm; 入为汽化潜热，单位为MJ?kg'f是土壤蒸散发系数，表示土壤的湿润程度； A为气温一饱和水汽压曲线斜率； T为土壤吸收系数； Rn为冠层表面净辐射，单位为MJ/m2/d; G为土壤热通量，单位为MJ/m2/d;y为湿度计常数，单位为kPa?°C'
[0013] 步骤四：根据下述公式（3)估算所述河流流域的陆域蒸散发量， ETffi =Ec+Es (3) 其中：ET陆为陆域蒸散发量，单位为mm; E。为植被蒸腾，单位为mm; Es为土壤蒸发，单位为mm。
[0014] 步骤五：根据下述公式（4)估算所述河流流域的流域内水面蒸发，即所述河流流 域的蒸散发量，从而获得流域总蒸发量卖时分布等倌线图：
其中：ET水为水面蒸发量，单位为mm; R为水面辐射平衡值，单位为mm/d; Ea为水面附近的空气干燥力，单位为mm/d; A为饱和水汽压曲线的斜率，单位为Pa/K;r为干湿球常数，单位为kPa?°C'
[0015] 步骤六：采用SWAT模型实时动态的核算所述河流流域的蓝水和绿水，获得蓝水和 绿水空间分布图，获得所述河流流域内的绿水量和蓝水量。
[0016] 步骤七：获取所述河流流域的社会经济耗水量，从而得到整个流域蒸散发，根据下 述公式（5 - 1)或（5 - 2)评估分析基准年所述河流流域水资源盈亏，最终实现流域水资源 进行管理。 P+W外=W绿 +W蓝 +AQ=ET社 +ET陆 +ET水 +R径 +AQ(5-1) (P+W外）-(ET社+ET陆+ET水+R径）=AQ (5-2)
[0017] 其中：P为总水资源量； 为外调水量； ws为绿水量； 为蓝水量； ET社为社会经济耗水量； ETffi为陆域蒸散发量； EI*为水面蒸发量； Re为流域径流量，通过流域出口断面水文站观测可获得； AQ为流域的蓄水变量。
[0018] 当A Q=0时，表示所述河流流域的水量供需平衡； 当AQ< 0时，需减少社会经济耗水量，或者增加外调水量。
[0019] 进一步的，在步骤二和三中，将对流域内的植被按栽培植被、灌丛、草丛、草原、草 甸、针叶林和阔叶林进行分类，并将植被属性分别提取到计算单元网格中心点；利用分类处 理的方法将研宄区按植被类型划分为7类不同子区域，分时段对每类子区域的土壤蒸散发 系数f?和气孔导度gsx参数进行优化率定，得出两参数的时空变化规律；将计算年遥感月蒸 散发数据作为实际蒸散发实测值使用；采用彭曼一蒙特斯模型与遥感技术相结合的方法， 按照公式（1)和（2)分别计算流域植被蒸腾E。和土壤蒸发Es。
[0020] 本发明的技术效果为： 本发明方法引入基于MODIS遥感叶面积指数的Penman-Monteith(P-M)模型，实现对流 域日蒸散发的估算，并利用土壤蒸散发系数将植被蒸腾和土壤蒸发进行分离，实现两者的 分别估算。采用器测折算法、模型计算法以及经验公式法对流域水面蒸发量进行计算，并对 各种方法的计算精度进行对比分析。在此基础上，利用土壤蒸发、植被蒸腾与水面蒸发合并 计算出流域总蒸发，分析蒸发量时空变化规律。
[0021] 本发明基于蒸散发（ET)对流域水资源进行管理。评估目前流域水资源协调度，分 析流域水资源开发利用存在的问题，甄别出影响流域协调发展主要的因素，设置流域水资 源管理目标，通过调整种植结构、节水灌溉制度、产业结构、居民生活用水、水源转换以及流 域生态修复等措施，合理调整ET在时空上的分配，提高对ET利用的效率，减少低效和无效 的ET，增加高效ET，从而实现流域水资源的可持续利用。
[0022] 使用本发明的方法可以准确、可靠地应用于流域水资源规划、生态环境评价、生态 需水量核算、流域水文循环过程模拟等，应用范围广泛，是基于生态水文理念下寻求可持续 利用水资源规划的一种方法。
[0023] 本发明的方法对于水资源管理、生态水环境建设、工农业产业规划以及防汛抗旱 起到指导作用，使流域内工农业产业结构、水资源开发利用更加科学合理，从而促进区域经 济的可持续发展。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明实施例1计算得到的子牙河流域降水量空间分布图； 图2是本发明实施例1计算得到的子牙河流域降水量等值线分布图； 图3是本发明实施例1计算得到的子牙河流域绿水量分布图； 图4是本发明实施例1计算得到的子牙河流域蓝水量分布图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于 此。
[0026] 实施例1 下面以子牙河流域为研宄区域，选取2008年为基准年，采用上述步骤为例进一步说明 本发明方法。
[0027] 根据子牙河流域及周边共409个降水测站获取降雨量值，采用反距离权重插值法 (IDW)对子牙河流域降水量进行空间插值，获得降水量分布图（见图1)和等值线图（见图 2)，将降水作为流域的总水资源量P。
[0028]获取所述河流流域内汽化潜热、最高气温、最低气温、饱和水汽压、冠层表面净辐 射、空气密度、土壤热通量、空气定压比热、冠层导度、饱和水汽压、实际水汽压、空气动力学 导度、叶面积指数、地表反照率及地表覆盖；将对流域内的植被按栽培植被、灌丛、草丛、草 原、草甸、针叶林和阔叶林进行分类，并将植被属性分别提取到计算单元网格中心点；利用 分类处理的方法将研宄区按植被类型划分为7类不同子区域，分时段对每类子区域的土壤 蒸散发系数f?和气孔导度gsx参数进行优化率定，得出两参数的时空变化规律；将计算年遥 感月蒸散发数据作为实际蒸散发实测值使用；采用彭曼一蒙特斯模型与遥感技术相结合的 方法，根据下述基于MODIS遥感叶面积指数的Penman-Monteith(P-M)模型公式（1)估算所 述河流流域的植被蒸腾值。
(1)
[0029] 其中：E。为植被蒸腾，单位为mm; 入为汽化潜热，单位