气候变化对岩溶地区蒸散作用及水文过程的影响

2010年发生在西南地区的特大干旱凸显出岩溶水资源的脆弱性，以桂林丫吉试验场为例，研究不均匀性强的岩溶水文系统对气候变化的敏感性。以我国西南地区气象观测为基础，由IPCC AR4模式分析本地区21世纪的气候变化趋势。针对峰丛洼地特殊的包气带对降雨补给的影响，开展水文观测和降雨补给机制研究，建立岩溶表层的降雨-径流概念模型，根据土壤水分、洞穴滴水以及表层岩溶泉的水文动态观测，通过均衡分析建立岩溶地区蒸散作用的计算模型，分析表层岩溶带的静态存储能力，结合原有丫吉模型构建一个能够反映蒸散作用、降雨补给机制以及岩溶水文系统不均匀性的水文模型，利用丫吉试验场长期的历史水文观测资料对模型进行校正和参数估计，然后使用改进的丫吉模型预测将来近100年内全球变暖导致的岩溶水文系统补给量、径流量、特别是枯季水资源的变化。该研究有助于认识西南地区岩溶水资源的脆弱性，为更好的开展水利建设提供科学支撑。

我国西南地区正在受到气候学者的关注。已有气候变化研究显示位于我国的西南地区气候变化的趋势是极端干旱和极端降水增多。结合岩溶地区水循环的特点，可以预见气候变化将使岩溶地区干旱发生的频率增加，加剧水分亏缺，进而影响地下水的补给和生态系统，使地下水的资源量减少和气候因素引起的石漠化面积扩大。以上结论的获得是基于对岩溶地区包气带水文过程的观测和认识。.南方岩溶地区在本世纪的第一个十年发生了多次区域性的干旱事件。特别是2009-2010年的西南大旱为80年一遇，是当地有气象记录以来最强的一次。受干旱灾害影响最强烈的是山区，表现为当地群众赖以生存的泉水干枯，出现大范围饮水困难。我国南方岩溶地区90%属于山地。山地的水循环特点是扣除地表层截留后，径流在几个小时之内有90%的部分转化为地下径流。地下水通过地下河排泄到峡谷或谷地，在广大的补给区和径流区由于高度的渗漏地表无法承载水资源。雨水一旦转化为地下水，其埋藏深度在100-1000米范围，几乎不受气候变化的影响。因此岩溶地区对气候变化最敏感的是山坡表层的水循环。.过去对山坡水循环的研究集中在两个方面，其一是从生态学的角度研究土壤水分，其二是通过包气带上部表层岩溶带径流的水文分析认识水文过程。本研究另辟蹊径开展了洞穴的洞顶滴水和流水的研究，从另外一个更理想的途径提供了认识地表层水循环的机会。经过反复的改进最终建立了在洞穴内部开展包气带观测的方法。该方法称为“洞穴包气带径流观测法”，能够对包气带径流进行精确且连续的测量，已经申报了国家实用新型专利。.过去对岩溶泉水文的预测多采用集总式的水箱模型，分布式参数模型遇到来自参数获取途径方面的限制，在中国南方鲜有成功的案例。包气带水流的观测显示，在岩溶水的补给过程中采用最大饱和度的概念能够反映地表和地下径流产生的机制。最大饱和度反映下垫面固有的储水能力，实际饱和度与降雨和蒸散发有关。因此通过最大饱和度的差异可以为分布式模型的建立提供条件。本研究探讨了利用非线性水库的方法表示岩溶介质调蓄机制，可以为最大饱和度的定量评价提供帮助。.项目的执行中广泛开展了学术交流。项目负责人参加了4次国际会议，并做了口头发言。特别是以担任国际学术组织职务的便利在桂林组织举办了一次以气候变化和岩溶水资源为主题的国际会议。项目组还与台湾中国文化大学地理系开展合作，研究岩溶地区利用雨水资源应对气候变化的技术方法。