基于DHSVM模型的干旱区开都河流域水文过程模拟与水库调控效应研究

本研究针对气候变化与人类活动双重影响下干旱区内陆河流域水文过程响应机制不清的问题，采用DHSVM分布式水文模型耦合CMIP6气候情景与PLUS土地利用模型，揭示了开都河流域水库群"冬储夏放"的径流调控规律，量化了气候因子（贡献79.70%）与水库运行（贡献20.30%）对径流变化的协同影响，为干旱区水资源精准调度提供了科学依据。

　　

在全球气候变化与人类活动加剧的背景下，干旱区内陆河流域的水文过程正经历前所未有的改变。开都河作为新疆天山南麓重要的内陆河，其径流形成机制既受冰川消融和降水变化的双重驱动，又面临水库群调度带来的复杂人为干预。如何量化气候与人类活动的协同效应，预测未来水文情势变化，成为区域水资源管理的核心难题。

针对这一科学问题，中国科学院新疆生态与地理研究所等机构的研究人员开展了开都河流域水文过程模拟与预测研究。研究团队创新性地将分布式水文-土壤-植被模型（DHSVM）与CMIP6气候情景数据、基于随机森林算法的PLUS土地利用模型相结合，构建了"气候-土地利用-水文"耦合模拟框架。相关成果发表在《Journal of Hydrology: Regional Studies》，为干旱区流域综合治理提供了重要理论支撑。

研究采用多源数据融合与模型耦合技术：通过Delta降尺度方法校正CMIP6中EC-Earth3等3个气候模型数据；应用PLUS模型的Land Expansion Analysis Strategy（LEAS）模块模拟2030-2040年土地利用变化；利用DHSVM进行参数优化（如将Sandy Loam土壤的田间持水量校准为0.23）；采用双累积曲线法定量分解气候与人类活动对径流的贡献。

【3.1 基于PLUS模型的土地利用模拟】
研究验证了PLUS模型在开都河流域的适用性（Kappa系数0.898），预测显示2040年水域面积将较2013年减少16.9%，反映冰川补给河流"先增后减"的典型径流变化模式。

【3.2 基于DHSVM的水文模拟】
参数优化使模型验证期日尺度Nash效率系数（NSE）提升至0.64，月尺度达0.77。误差分析表明模型在秋季表现最佳（相对误差0-0.5），夏季受极端降水影响误差波动显著。

【3.3 水库运行前后的径流变化】
达坂山口水库（1991年投运）使8月径流增加48.1%，将自然径流峰期从6-7月推迟至7-8月；察汗乌苏（2008年）与柳树沟（2013年）水库形成梯级调控体系，使5-6月径流减少21.9-25.1 m³，实现"精准供水"。

【3.4 定量归因分析】
双累积曲线法揭示水库群运行贡献20.30%的径流变化，气候因子（主要降水）占79.70%。多水库协同作用使6-11月径流占比从48.4%提升至58.7%。

【3.5 未来径流预估】
SSP1-2.6情景下径流以0.382 m³/s·a速率缓慢增长，而SSP5-8.5情景呈下降趋势（-0.209 m³/s·a），高排放情景下径流变异性显著增强。

研究结论创新性地阐明了干旱区水库群"冬储夏放"的级联调控机制，证实DHSVM模型在中小尺度流域的适用性。通过耦合气候-土地利用-水文过程模型，实现了人类活动与自然变化的协同量化，为"一带一路"核心区的水资源适应性管理提供了决策依据。讨论部分指出，未来需将水库调度规则嵌入水文模型，以更精确评估极端气候下的水资源响应，这为内陆河流域综合研究指明了新方向。