【模型運用】氣候變化和土地利用變化對河流水量水質有怎樣的影響?

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原文題目:Integrated assessment of the climate and landuse change impact on hydrology and water quality in the Songkhram River Basin, Thailand

作者:Sangam Shrestha, Binod Bhatta, Manish Shrestha, Pallav K. Shrestha

第一作者單位:Water Engineering and Management, School of Engineering and Technology, Asian Institute of Technology, P.O. Box 4, Klong Luang, Pathum Thani 12120, Thailand

期刊:Science of The Total Environment

時間:2018.7

關鍵詞:Climate change, Landuse change, Streamflow, Water quality, SWAT, Dyna-CLUE

導讀

氣候變化會導致流域的氣象條件、降雨輸入等產生變化,進而導致徑流與污染負荷產生變化,土地利用的變化則會導致流域內不同區域的污染狀況可能產生變化,這兩個因素對未來流域系統的水量水質都會造成影響。這兩個因素到底能產生多大的影響,是流域中長期規劃所需要考慮的一個重點。

松克拉姆河流域(SRB)的土地利用變化和氣候變化會對當地人民的生計造成影響,特別是那些從事漁業的人。該流域面積為12880km2,2009年的土地利用狀況見圖1。從中可以看出2009年時,當地以種稻為主(藍色),占區域面積的48%。

【模型應用】氣候變化和土地利用變化對河流水量水質有怎樣的影響?

圖1 案例研究區域的土地利用狀況(2009年)

對於氣候變化,本文考慮了RCP4.5與RCP8.5情景,並使用了ACCESS,CNRM,MPI三種氣候變化模型得到了2020年、2050年與2080年案例區域的氣候狀況。三種模型的數據精度均為0.5°/日。這三種模型對未來最高氣溫、最低氣溫與年降水量變化的預測見圖2。圖2的結果表明三種模型對最高氣溫與最低氣溫的預測相差不大,而ACCESS模型對降水量的預測則相對偏高。

【模型應用】氣候變化和土地利用變化對河流水量水質有怎樣的影響?

圖2 三種模型對兩種氣候變化情景下的最高氣溫(上)、最低氣溫(中)與年降水量(下)變化的預測

【模型應用】氣候變化和土地利用變化對河流水量水質有怎樣的影響?

圖3 未來土地利用狀況,上位經濟發展情景,

下為環境保護情景

利用氣候變化情景與未來土地利用狀況,在SWAT中進行模擬,得到了流域出口的年平均徑流量變化(見圖4)與硝氮負荷變化(見圖5)。圖中CC表示氣候變化的影響,LU表示土地利用變化的影響,CC+LU表示二者均變化的影響。

【模型應用】氣候變化和土地利用變化對河流水量水質有怎樣的影響?

圖4 不同氣候變化(左為RCP4.5,右為RCP8.5)和土地利用情景(上為經濟發展,下為環境保護)下模擬所得流域出口徑流量

【模型應用】氣候變化和土地利用變化對河流水量水質有怎樣的影響?

圖5 不同氣候變化(左為RCP4.5,右為RCP8.5)和土地利用情景(上為經濟發展,下為環境保護)下模擬所得硝氮負荷

圖4結果表明,氣候變化將導致徑流量減少,而土地利用變化將導致徑流量增大。平均而言,在RCP 4.5和8.5方案下,未來氣候變化將分別導致水流量減少19.5%和24%;經濟發展情景與保護情景下則分別會導致徑流增加5.30%和6.35%;二者共同作用導致未來徑流量平均減少16%。

圖5結果表明,氣候變化與土地利用變化都會導致硝酸鹽氮負荷的下降。平均而言,在RCP 4.5和8.5方案下,未來氣候變化將分別導致硝酸鹽氮負荷減少11.25%和15.25%;經濟發展情景與環境保護情景下則分別會導致硝酸鹽氮負荷減少11%和11.6%;二者共同作用導致未來硝酸鹽氮負荷平均減少24.5%。

從中不難看出,土地利用變化對徑流量與硝酸鹽氮負荷的影響相較氣候變化而言要更小一些,但其造成的影響不能忽略不計。

本研究綜合考慮了未來氣候變化與土地利用變化對流域徑流量與硝酸鹽氮負荷的影響,研究內容具有現實意義。該研究綜合考慮了不同的氣候變化情景與土地利用變化情景,在研究方法上也具有一定參考價值。同樣,可以利用研究的思路進行反算,探究目標約束下的規劃方案,從而用於水質的管理與中長期規劃,為管理者的決策提供參考。

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.06.306