下载文档原格式
地下水开采对河流干枯现象的影响分析引言：河流是地球上重要的水资源之一，对维持地球生态系统的稳定和人类的生存至关重要。
然而，近年来地下水的过度开采导致了许多河流的干枯。
本文将分析地下水开采对河流干枯现象的影响，并探讨可能的解决办法。
一、地下水开采与河流干枯的关系地下水开采是人类获取水资源的一种方式，可以满足日常生活和农业用水的需求。
然而，当地下水开采量超过了河流的补给量时，就会导致地下水位下降，河流干枯的风险就会加大。
地下水与河流之间存在着紧密的联系。
在许多地区，地下水补给主要来自雨水和河流水的渗漏。
当地下水被过度开采时，大量的地下水被抽取到地面上，导致地下水位下降。
这使得河流的补给来源减少，河流的水量变得不足以维持其正常的生态系统运转。
二、地下水开采对河流生态的影响1. 河流生态系统的破坏地下水开采导致河流流量减少，使河流的水位下降。
这导致了河流生态系统的丧失和破坏。
鱼类和其他水生生物失去了生存和繁衍的环境，生态链受到破坏，最终影响了整个生态系统的健康。
2. 土壤侵蚀加剧河流的干枯导致了土壤的缺水，使得土壤脆弱，容易发生侵蚀。
在干旱的地区，缺水的土壤不再有足够的保持力，降雨冲刷土壤的能力大大增加，进一步加剧了土壤的侵蚀，导致土地质量的下降。
三、应对地下水开采引起的河流干枯1. 制定合理的地下水开采政策政府应该制定合理的地下水开采政策，限制过度开采并管理地下水的使用。
通过合理规划地下水开采的时间和地点，减少对河流补给的影响。
2. 推广节水意识与技术推广节水意识和技术是减少地下水开采对河流干枯影响的有效途径。
通过教育与宣传，增强公众对节水重要性的认识，鼓励人们采取节约用水的措施。
同时，发展并推广水资源利用技术，如雨水收集系统和灌溉设备改进，以减少对地下水的过度依赖。
3. 加强河流生态保护加强河流生态保护是防止河流干枯的重要措施。
保护河流的自然水源和河岸带植被，限制开垦和工业污染等活动，维护河流的生态系统完整性和健康。
水循环过程与地下水资源水，是生命之源，对于地球上的生物来说至关重要。
而水循环则是维持地球上水的动态平衡和生态系统稳定的关键过程，其中地下水资源在整个水循环中扮演着不可或缺的角色。
水循环，简单来说，就是水在地球上不断运动和变化的过程。
它包括了蒸发、降水、地表径流、下渗和地下径流等主要环节。
首先是蒸发，太阳的能量使得海洋、湖泊、河流以及土壤中的水分变成水蒸气，升入大气中。
这些水蒸气在大气中随着气流运动。
接下来就是降水。
当大气中的水汽达到饱和状态，并且有了合适的凝结核，水汽就会凝结成水滴或者冰晶，形成云。
当云层中的水滴或者冰晶足够大时，就会以雨、雪、冰雹等形式降落到地面。
降水一部分会形成地表径流，顺着地势流动，汇聚成江河湖泊，最终流入海洋。
而另一部分则会下渗到地下。
下渗的水在土壤和岩石的孔隙中流动，形成了地下水。
地下水会在地下的含水层中储存和运动。
含水层就像是一个巨大的地下水库，储存着丰富的水资源。
地下水并非静止不动的，它也会流动，形成地下径流。
在一定的条件下，地下径流会涌出地面，形成泉水。
地下水资源具有诸多重要的特点和价值。
其一，地下水资源相对稳定。
相比于地表水资源，它受季节和气候的影响较小。
在干旱季节或者干旱地区，当地表水资源匮乏时，地下水往往能够成为重要的水源补充。
其二，地下水水质通常较好。
因为经过了土壤和岩石的过滤，地下水中的杂质和污染物相对较少，在许多情况下无需复杂的处理就可以直接使用。
其三，地下水资源具有重要的生态功能。
它维持着河流的基流，保障了水生生物的生存环境。
在一些地区，地下水还是湿地和绿洲存在的关键因素。
然而，地下水资源也面临着一系列的问题和挑战。
过度开采是当前地下水资源面临的一个严峻问题。
由于人口增长和经济发展对水资源的需求不断增加，许多地区过度抽取地下水，导致地下水位下降，甚至出现了地面沉降等地质灾害。
地下水污染也是不容忽视的问题。
随着工农业的发展，大量的污染物进入地下水中，如化肥、农药、工业废水等。
地下水的水位变化与水文循环模拟地下水是地球上重要的淡水资源之一，其水位的变化对水文循环有着重要影响。
随着气候变化和人类活动的增加，地下水系统的水位变化成为了研究的热点之一。
水文循环模拟是通过数学和物理模型来模拟地下水系统中水位的变化。
本文将介绍地下水水位变化的影响因素以及水文循环模拟的方法。
一、地下水水位变化的影响因素地下水水位的变化受到多个因素的影响，包括降雨量、蒸发量、蒸腾作用、地下水补给和抽取等。
降雨量是地下水水位变化的主要来源，而蒸发和蒸腾作用则会导致水位下降。
地下水补给和抽取是地下水系统中的重要过程，对水位的变化起着关键作用。
二、水文循环模拟的方法水文循环模拟是通过建立数学和物理模型，对地下水系统中的水位变化进行模拟和预测。
其中常用的方法包括地下水流动模型和水文循环模型。
1. 地下水流动模型地下水流动模型是研究地下水水位变化的重要工具之一，通过数学模型来描述地下水在地下岩体中流动的规律。
常用的地下水流动模型包括Darcy定律、连续方程和随机扩散方程等。
通过建立地下水流动模型，可以模拟地下水在不同条件下的水位变化和流动规律。
2. 水文循环模型水文循环模型是描述地下水水位变化与水文循环之间关系的数学模型。
水文循环是指地下水与大气、土壤和植被之间的相互作用过程，影响地下水水位的升降。
通过建立水文循环模型，可以模拟不同水文条件下地下水的水位变化趋势。
三、地下水水位变化的影响与应用地下水水位的变化对水资源管理、灾害预防和环境保护等方面有着重要意义。
1. 水资源管理地下水是重要的水资源之一，地下水水位的变化对水资源的合理利用和管理具有重要指导意义。
通过对地下水水位进行监测和模拟，可以预测地下水资源的供需状况，优化水资源的利用方式，保持地下水的持续稳定供应。
2. 灾害预防地下水水位的异常变化可能引发地下水涌出、地面下陷等地质灾害。
通过对地下水水位进行监测和模拟，可以及早发现地下水异常变化的趋势，采取相应的防治措施，减少地质灾害的发生。
地下水过度开采对生态平衡的影响地下水是地球上重要的水资源之一，它不仅滋养着大自然的生态系统，也为人类的生活和经济活动提供了必不可少的水源。
然而，随着人口的增长和工业化的发展，地下水的过度开采已经成为一个严重的问题，对生态平衡产生了深远的影响。
首先，地下水过度开采导致地下水位下降，进而影响到湿地和河流的水量。
湿地是许多珍稀濒危物种的栖息地，它们依赖湿地的水源和湿度来生存。
当地下水位下降时，湿地的水源会减少，湿地生态系统的平衡也会被打破。
此外，河流也受到了地下水过度开采的影响。
河流是生态系统中重要的水循环通道，它们的水量直接关系到鱼类和其他水生生物的生存。
当地下水过度开采导致河流水量减少时，这些生物将失去生存的条件，生态平衡将被破坏。
其次，地下水过度开采还会导致地表沉降和土壤盐碱化。
地下水的过度开采导致地下水位下降，地表土壤失去了水分的支撑，从而导致地表沉降。
地表沉降不仅会破坏建筑物的稳定性，还会改变地表的地貌，对生态系统造成不可逆转的损害。
此外，地下水过度开采还会导致土壤盐碱化。
地下水中含有大量的盐分，在水分蒸发的过程中，盐分会沉积在土壤中，导致土壤盐碱化。
盐碱地的形成使得土壤无法再支持植物的生长，进而破坏了生态平衡。
另外，地下水过度开采还会引发地下水污染。
地下水是地球上最大的淡水储量之一，它的纯净度直接关系到人类的健康和生态系统的稳定。
然而，地下水过度开采导致地下水位下降，地下水中的污染物也会被带到更浅的地下水层。
这些污染物可能来自于农业、工业和生活废水等，它们会对地下水质量产生严重的影响。
当污染的地下水进入生态系统时，会对水生生物和陆地生态系统造成毒害，破坏生态平衡。
为了解决地下水过度开采对生态平衡的影响，我们需要采取一系列的措施。
首先，政府应该制定严格的地下水管理政策，限制地下水的开采量，并加强对地下水资源的监测和保护。
其次，应该加大对节水技术的研发和推广，降低对地下水的依赖。
同时，鼓励农业和工业部门采取可持续的水资源利用方式，减少对地下水的过度开采。
２０２３年３月水 利 学 报ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ第５４卷 第３期文章编号：０５５９－９３５０（２０２３）０３－０２５５－１３收稿日期：２０２２－０９－１６；网络首发日期：２０２３－０２－２０网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０２１７．１５５３．００２．ｈｔｍｌ基金项目：国家重点研发计划项目（２０２１ＹＦＢ３９００６０４）；国家自然科学基金项目（５２０７９０６５）作者简介：龙笛（１９８２－），博士，教授，主要从事遥感水文水资源研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｌｏｎｇ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ海河平原地下水储量变化的重力卫星反演和流域水量平衡龙 笛１，杨文婷１，孙章丽２，崔英杰１，张才金１，崔艳红１（１．清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 １０００８４；２．成都理工大学地球科学学院，四川成都 ６１００５９）摘要：南水北调工程向华北输水与地下水压采的实施，一定程度改变了海河平原供用水格局，影响了海河平原的地下水储量。
准确监测地下水储量变化是水安全保障和地下水战略储备的基础。
本研究以水资源公报数据为基准，比较了重力卫星（ＧＲＡＣＥ）不同的信号处理方法和相关产品，反演了２００３—２０２０年海河流域总水储量及其平原区地下水储量变化，分析了海河流域２０００—２０１９年供用水结构变化和水量平衡关系，量化了总水储量变化对流域蒸散发估算的影响。
结果表明：ＧＲＡＣＥＪＰＬＭａｓｃｏｎｓ数据反演的海河平原地下水储量变化与水资源公报数据的决定系数最高；２００３—２０２０年海河平原地下水储量总体分３阶段呈下降趋势，２００３—２０１１年、２０１２—２０１５年和２０１６—２０２０年的下降速率分别约为－２３．９±１．３亿ｍ３?ａ、－７５．５±５．３亿ｍ３?ａ、－３７．３±２．６亿ｍ３?ａ；在不考虑海河流域年总水储量变化条件下估算的２００３—２０１９年多年平均蒸散量（５２１ｍｍ?ａ），与考虑年总水储量变化的多年平均蒸散量（５３０ｍｍ?ａ）相差约１０ｍｍ?ａ，但年蒸散量差异最高可达约８０ｍｍ?ａ（２０１４年）。
地下水抽取对水资源的影响地下水是地球上重要的水资源之一，供应了许多国家和地区的日常用水需求。
然而，随着人类活动的不断增加，地下水抽取对水资源产生了诸多影响，这是一个广受关注的问题。
地下水抽取对水资源的影响主要体现在以下几个方面。
首先，地下水抽取对地下水位造成了影响。
随着大量地下水被抽取出来，地下水位下降，形成了所谓的“地下水补给不足区”。
一旦地下水位下降到一定程度，地下水就无法再被有效补充，导致地下水资源的减少和局部地区的水源枯竭。
这对于依赖地下水的农业和工业生产造成了严重困扰，同时也使得相关生态系统受到了威胁。
其次，地下水抽取对地表水生态系统的运行产生了影响。
地下水与地表水之间存在着水文联系，将地下水抽取过量可能会导致地表水水位下降，影响水体的流动和动态平衡。
这不仅影响了河流和湖泊的生态系统，也会给湿地和沿海生态系统带来不利影响。
例如，地下水抽取过量可能导致湖泊和河流干涸，破坏了鱼类繁殖地和栖息地，对生态环境造成了重大损害。
此外，地下水抽取还可能导致地质问题的产生。
地下水的存在对于地层稳定性至关重要，当地下水被抽取过量时，地下水层变薄、变稀可能引发地层塌陷、地壳沉降等问题。
这不仅危及到人们的生命财产安全，也会对周边的交通、建筑和基础设施造成损害。
因此，在地下水抽取过程中，必须加强对地质变化的监测和管理，以减少地质灾害的风险。
另外，地下水抽取还可能引发水质问题。
由于地下水与地表水通过渗漏和碾压相互交换物质，地下水抽取过量可能导致地下水受到污染物的渗透和侵入。
工业废水、农药、化学品等污染物的渗入地下水会对其造成污染，从而给生活用水和农业灌溉带来风险。
因此，对地下水资源进行可持续利用的同时，必须倡导并严格执行环保政策，减少对地下水的污染。
总的来说，地下水抽取对水资源产生了重大的影响。
为了保护地下水资源和水生态环境，我们应当加强地下水的管理和监测，合理利用地下水资源，避免过度抽取。
同时，需要加强环境保护和水资源保护的意识，推动科学理性的用水，以实现地下水资源的可持续发展。
第22卷 第9期干 旱 区 资 源 与 环 境Vol.22 No.9 2008年9月Journal of A rid Land Res ources and Envir onment Sep.2008文章编号:1003-7578(2008)09-102-06海河流域地下水开采初期数值模拟及水量平衡分析3张晓明1,薛丽娟1,张奇2,李建新1(1.水利部海河水利委员会,天津 300170;2.中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京 210008) 提 要:海河流域平原区地下水长期过度开采已引起了严重的环境问题,水资源的不断枯竭也制约着当地经济的可持续发展,成为国家一直关注的问题。
作为地下水管理的方法之一,建立了地下水数值模型。
对海河流域平原区地下水开采初期状态作了模拟分析,模拟结果显示:该区域地下水年补给量为156.6亿m3,其中,山前侧渗17.5亿m3,降雨入渗补给136亿m3,河道入渗3.1亿m3;地下水的排泄途径为河道基流88.5亿m3,蒸散发50.1亿m3,排泄入海15.2亿m3,黄河内滩侧渗排出1.8亿m3,总排泄量为156亿m3,地下水收支基本平衡。
地下水的总体流向为自北、西、南指向渤海湾,吻合于地形坡度变化。
模拟结果为水资源管理和水环境修复提供数据依据。
模型也为下一步地下水大量开采状态的模拟提供初始水头条件、地质物理参数和边界条件。
关键词:地下水模型;MODF LOW;开采初期状态;海河流域中图分类号:T V213.1 文献标识码:A海河流域平原位于中国北方华北地区,研究区总面积13.1万km2。
自上世纪70年代,海河流域人口和社会经济规模迅猛发展,加之连年干旱少雨,流域内浅层地下水资源已经成为社会发展和经济建设的主要供水水源[1],因此海河流域地下水超采日益严重。
2000年海河平原浅层淡水总超采量为45亿m3,超采总面积已达59550km2,占平原区中有淡水区面积的63.1%。
由于长期超采地下水,已经导致唐山北部、北京西南、河北太行山前平原部分地区含水层被疏干[2]。
水循环与地下水与河流的相互作用水循环是地球上一种自然的水循环系统，它包括了蒸发、降水、融化和流动等过程。
地下水和河流是水循环中重要的组成部分，它们之间存在着紧密的相互作用。
本文将探讨水循环与地下水以及河流之间的相互关系。
一、地下水对水循环的影响地下水是指地表以下储存的水资源，它通过渗透作用和滞留作用参与着水循环过程。
首先，地下水起到了调节降水的作用。
当降雨较多时，一部分降水会渗透到土壤中，并通过地下水的储存，减缓了地表径流的速度，从而避免了洪水的发生。
而当降雨较少时，地下水则通过渗透作用补充了土壤中的水分，维持了植物的正常生长。
其次，地下水对维持河流的水量和水质具有重要影响。
河流往往依赖于地下水补给来维持流量。
地下水向河流渗透，补给着河流，并且长期稳定地提供了水源。
如果没有地下水的补给，河流的水量会大幅减少，甚至可能干涸。
此外，地下水的质量也会影响到河流水质的稳定性。
当地下水受到污染时，会对河流水质产生负面影响，威胁着生态系统的健康。
最后，地下水也通过泉眼和湿地的形成，影响了水循环的空气水汽的释放和水分沉降的过程。
泉眼是地下水自然排泄到地表的通道，它向大气中释放了水汽，增加了空气湿度。
湿地则是地下水上升到地表形成的湿润地带，湿地的水分蒸发循环增加了空气中的水汽含量，并影响了气候和天气变化。
二、河流对水循环的影响河流是水循环中的重要组成部分，它们通过蒸发、降水和流动等过程，参与着水循环的轮回。
首先，河流是水循环中的净化系统。
当降水过程中携带的污染物和含有杂质的水流流经河道时，河流起到了过滤和净化的作用。
河流中的水经过多次的流动和搅动，沉淀悬浮物质，并吸附和分解污染物，使水的质量得到提高。
其次，河流通过输送水分的方式，调节了地表水的供给。
河流接收了大量的降水和地下水补给，将其运输到其他地区，为周边地表提供了水源。
同时，河流中的水分也通过蒸发和降水过程，返回到大气中，参与了水循环的持续运转。
最后，河流通过水势和流速的变化，影响了水循环中的溶解和沉淀过程。
地下水的水位变化与水文循环模拟策略地下水是地球上重要的自然资源之一，其水位的变化对于水资源管理和环境保护至关重要。
为有效地预测和控制地下水水位的变化，水文循环模拟成为一种重要的策略。
本文将探讨地下水水位变化的原因和影响，并介绍一些常用的水文循环模拟策略。
一、地下水水位变化的原因和影响地下水的水位变化受到多种因素的影响。
首先，气候条件的变化对地下水水位有直接影响。
气温的升高会导致蒸发增加，从而使地下水水位下降。
此外，降雨量的变化也会对地下水水位产生影响。
降雨增加时，地下水补给增加，水位上升；相反，降雨减少时，地下水补给减少，水位下降。
此外，地质构造的变化以及人类活动，如地下水开采和建筑活动，也会引起地下水水位的变化。
地下水水位变化的影响是多方面的。
首先，地下水水位的下降会导致地表河流干涸或枯竭，影响到农业灌溉和生态系统的正常运行。
此外，地下水水位变化也可能引发地壳沉降等地质灾害。
因此，准确预测和控制地下水水位变化对于水资源管理和环境保护至关重要。
二、水文循环模拟策略为有效地预测和控制地下水水位的变化，水文循环模拟成为一种重要的策略。
水文循环模拟是利用数学模型和计算机模拟技术，通过对地下水系统中各种流动和水文过程的模拟，来预测地下水水位变化。
水文循环模拟的基本步骤包括建立数学模型、收集数据、参数确定、模型校准和模拟预测等。
首先，建立数学模型是水文循环模拟的基础。
数学模型可以是物理模型、统计模型或机器学习模型等，根据实际情况选择最合适的模型。
其次，收集数据是水文循环模拟的重要一步。
水文循环模拟需要大量的数据支持，包括地下水位观测数据、气象数据、地质构造数据等。
这些数据可以通过地下水观测站、气象站和地质勘探等手段获取。
然后，确定参数是水文循环模拟的关键。
模型的精确性和可靠性取决于参数的准确性。
参数的确定可以通过实地调查和实验研究获取，也可以通过参数反演等方法估计。
接下来，模型校准是水文循环模拟的重要步骤。
新疆孔雀河沿岸地下水位变化的影响半径模拟分析李玉朋;吾买尔江·吾布力;何宇;李卫红【摘要】This paper through the Dupuit formula in the upper reaches of Kongque River as an example,simulation of the third water diversion project to the Pratt &Whitney section,Pratt &Whitney reservoir to economic pasture section,Yuli County Economy pasture to 66 sluice in different stages of different underground water level drawdown radius of Influence The results show that:inclusive reservoir to economic pasture segment radius of influence in 1 meters,3 meters,the impact of the depth of 5 meters is the largest,and is the other two affected radius of more than 2 times or even greater In the whole cotton growing season,third water diversion project to the pumping irrigation amount per mu inclusive maximum range,the impact on the surrounding groundwater is 776 meters At present,the Peacock River water level decline,Populus death should be controlled,and cultivated land,accelerate the implementation of returning farmland to water plan,adhere to the water,with water,with water development,banning illegal electromechanical wells,in order to make the water level gradually restored,conducive to the development of economy and society.%本文采用裘布依公式,以孔雀河中上游为实例,模拟了孔雀河第三分水枢纽至普惠段、普惠水库至经济牧场段、尉犁县的经济牧场至66分水闸段在不同地下水位、不同抽水降深情况下的影响半径.结果表明:普惠水库至经济牧场段的影响半径在1米、3米、5米的降深影响都是最大,且是其他两地影响半径的2倍甚至更大.第三分水枢纽至普惠段的单口井的抽水量较大,在棉花生长季,单口井抽水对周边地下水影响的范围达776米.目前,孔雀河两岸水位严重下降,胡杨大片死亡,应控制耕地扩张,加快实施退耕还水计划,坚持以水定地、以水定结构、以水定发展的原则,取缔非法机电井,才能使水位逐渐恢复,利于经济与社会的发展.【期刊名称】《环境与可持续发展》【年(卷),期】2017(042)002【总页数】3页(P145-147)【关键词】地下水埋深;水井;影响半径;孔雀河【作者】李玉朋;吾买尔江·吾布力;何宇;李卫红【作者单位】中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室,新疆乌鲁木齐 830011;新疆塔里木河流域管理局,新疆库尔勒 841000;新疆塔里木河流域管理局,新疆库尔勒 841000;中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室,新疆乌鲁木齐 830011【正文语种】中文【中图分类】X21“影响半径”R是水文地质中一个重要参数，它受到抽水量，土壤质地，释水系数等因素的影响。
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
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。
由于受到地下水农业灌溉、河道取用水等高强度人为活动的影响，海河流域地表产汇流非线性特征明显，水文过程模拟的不确定性较大。
夏军等[14]结合水文非线性系统方法与分布式流域水文模拟技术自主研发了一种分布式时变增益水文模型（dtvgm），其特点在于能模拟人类活动影响下的降雨、径流等水文变量之间非线性关系[15]，对下垫面实时反应能力较强，尤其在海河、黑河、黄河等半干旱-半湿润流域的模拟效果较好，且计算消耗小[16]。
因此，本研究利用dtvgm的产流机制改进clm3.5的产流过程，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，构建能够描述流域自然-人文过程的大尺度陆地水循环模型（clm-dtvgm），然后以中国科学院青藏高原研究所基于princeton 再分析数据建立的一套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，设置两种模式（无人类活动影响s1和仅考虑开采地下水s2），对海河流域过去30年的地表径流、蒸散发和土壤湿度进行模拟，分析地下水开采活动对海河流域水循环过程的影响。
1 研究区和数据介绍
1.1 研究区
海河流域（图1）位于东经112°-120°，北纬35°-43°之间，总面积约31.8万km2。
按照流域西北高，东南低的地势，大致可分高原、山地和平原三种地貌类型。
流域西部和北部的高原及山地占流域总面积的60%，流域东部和南部以农田为主，也是主要的人口居住地，占流域总面积的40%。
海河流域多年平均降水量为539 mm，自20世纪50年代以来，降水总体上呈现逐步减少的趋势。
流域年平均气温为10.8 ℃，年内变化较为平缓。
海河流域作为严重的资源性缺水地区，水资源供需矛盾十分突出，用不足全国1.3%的水资源量，承担着全国11%的耕地面积和10%人口用水任务 [17]。
由于流域内地表水资源非常匮乏，主要通过开采地下水进行灌溉，区内已形成大范围常年性浅层地下水位降落漏斗，地下水超采是地下水位下降的主导原因[18]。
近50年来，海河流域累计超采地下水高达1 900 亿m3，目前地下水年开采量约占流域总供水量的2/3[19]。
大范围超采活动已使海河流域地下水处于不可持续状态，严重威胁该地区的可持续发展。
1.2 数据介绍
工业、生活和农业的单位用水数据来自《中国水资源公报2000》（表1），并且在流域内保持固定不变。
2 研究方法
2.1 模型介绍
clm3.5模式是ncar发布的新一代陆面过程模式，是在clm3.0的基础上对陆面参数和水文过程加以改进，引进并完善了径流、地下水、碳循环和冻土过程，其具体物理过程在文献中有较为详尽的描述[21-22]。
clm3.5原有的地表产流采用topmodel模型中的simtop参数化方案，即根据蓄满产流和超渗产流的机制来计算，其中关键参数是计算单元的饱和因子，其依赖表层土壤的不透水面积，计算较为复杂。
本研究采用dtvgm模型的时变增益因子来改进clm3.5中的产流模型，即考虑降雨径流的非线性关系，以及产流过程中土壤湿度不同引起的产流量变化，通过时变增益因子简化了水文循环系统的输入输出之间复杂的非线性关系，达到与一般volterra泛函级数相同的模拟效
果。
在对clm3.5产流模块改进的基础上，构建人类活动影响概化模型（图2），并成功嵌入clm-dtvgm中。
为了满足每个时间步长内的总需水量dt，人类需要从附近的河流和含水层汲取水源，从河流中和含水层汲取的水量分别记为qs和qg，而开采的水资源量主要用于人类生活dd、工业生产di和农业灌溉da三个方面。
其中，生活和工业用水主要消耗于蒸发，而剩余的水量作为废水（dg）返回河道；农业灌溉用水则作为有效降水降落到土壤表面，并继续参加随后的产流等计算过程。
在图2中的水资源开采部分，从河流汲取的地表水供水量qs在clm3.5中主要从每个格点的总径流（地表径流与地下径流之和）中扣除；而从含水层中汲取的地下水供水量qg是在计算陆地水储量时扣除，因此有：
在图2中的水资源利用部分，工业和生活产生的废水量dg视为α（di+dd），且被直接从模式格点柱内移除，不再参与格点柱内的计算（α为工业和生活用水中返回河道的废水比例），而模式中的蒸发量相应地增加（1-α）×（di+dd），到达地表的有效降水量也因灌溉而增加da。
基于这种人类活动影响概化模型，模拟设置了两种情景：无人类活动影响（s1）、考虑开采地下水（s2）。
通过比较两种情景的模拟结果，可以探讨人类对水资源开采利用对水循环过程产生的影响。
本次模拟的区域范围设为112°-120°e，35°-43°n，时间范围是1980年-2010年，输入数据空间分辨率为0.1°×0.1°，输出数据的空间分辨率为0.5°×0.5°。
其中，需水量采用2000年统计值（表1）。
2.2 参数率定与模型验证
dtvgm 模型的参数见表2，在进行数值模拟前需根据实测流量资料进行参数率定。
本文采用海河流域滦县和观台水文站的实测流量资料率定上述参数。
图3为滦县站（1997年-2006）和观台站（1997年-2006）实测及模拟年径流过程，可以看出实测和模拟年径流过程总体上一致，率定的参数能够有效地模拟研究区域的径流过程。
3 结果分析
3.1 两种情景下海河流域年平均径流深时空变化
基于s1和s2两种情景模式，由clm-dtvgm对海河流域1980年-2010年径流进行模拟，得到地下水开采活动影响下的海河流域多年平均径流深空间分布变化情况）如图4、图5）。
两种情景下海河流域多年平均径流深整体分布趋势大致相同：从西北至东南逐渐增大，其中平原区和入海口处径流较大，山区径流较小；s2比s1情景下径流深有所减少，尤其是在东部平原区变化较为明显，这与东部平原区地下水开采较为严重有关。
3.2 两种情景下海河流域年平均蒸散发时空特征
基于s1和s2两种情景模式，由clm-dtvgm对海河流域1980年-2010年蒸散发进行模拟，得到多年平均蒸散发空间分布情况（图6、图7）可以看出从西北到东南，两种情景下海河流域多年平均蒸散发逐渐增大，这与海河流域降雨的空间分布呈现出较好的一致性。
考虑地下水开采活动后，局部地区尤其在平原区的取用水高值区和入海口地区，蒸发变异更明显。
3.3 两种情景下海河流域土壤湿度时空特征
s1和s2两种情景下，海河流域1980年―2010年多年平均土壤湿度（地表以下3.43 m）空间分布模拟结果如图8、图9所示，可以看出两种情景下多年平均土壤湿度空间特征基本一致，其中山区偏低，东北、西部及西南较高，总体表现为东北、西南高于中部地区，这主要受气温和降水空间分布的影响。
考虑地下水开采活动后，研究区局部的土壤湿度有较为明显的变化，整个流域呈降低现象，在平原取用水高值区降低程度较为明显。
4 结论和讨论
本研究采用构建的clm-dtvgm和中国科学院青藏高原所气候驱动数据集，选用无人类活
动影响和考虑开采地下水两种情景，对过去30年海河流域地表径流、蒸散发和土壤湿度变化进行模拟分析，得到如下结论：地下水开采导致海河流域地表径流整体上呈减少趋势，但在不同空间分布上影响程度不同，其中东部平原区地表径流减少较为明显；地下水开采导致流域蒸散发整体上呈增加趋势，但平原区的取用水高值区和入海口地区蒸散发呈减少趋势；地下水开采导致海河流域土湿整体上呈下降趋势，考虑地下水开采活动后，研究区局部的土壤湿度有较为明显的变化，其中在研究区东北部和西部山区土壤湿度有一定增加，平原取用水高值区土壤湿度降低。
zou等[23]用采用clm3.5陆面参数化方案的区域气候模式regcm4对海河流域1970年-2000年的陆面过程进行了模拟，得到的多年平均地表径流约为48.8 mm。
本研究不考虑人类活动过程的情景下模拟的多年平均地表径流约为35 mm，略小于zou等模拟结果。
不过，本研究模拟时期为1980年-2010年，属于气候变暖和人类活动加剧时期，海河流域地表径流已经呈现了减少的趋势[24]，所以本文模拟结果也相对合理的。
zou等模拟的多年平均蒸散发为534.7 mm，本研究不考虑人类活动过程的情景下模拟的多年平均蒸散发为440 mm，蒸散发模拟偏小可能与近年来海河流域地表径流减少有关，与径流的模拟结果保持一致，并且2006年研究资料显示海河流域多年平均蒸散发为425.4 mm[25]，进一步验证了模拟结果的可靠性。
实际上，海河流域地表径流、蒸散发和土湿变化的原因很复杂，包括降雨量减少，气温增加等气候变化以及水资源过度开发利用等，在今后的研究中还应设置不同的模拟情景，分析其他要素对水循环过程的影响。
