干旱事件是黄河流域水资源储量减少的主要原因

《Journal of Hydro-environment Research》：Drought events are the primary cause of the decline in water storage in the Yellow River Basin

黄河流域2003-2022年水储量变化与干旱机制研究。基于GRACE/GRACE-FO卫星数据、GLDAS地表模型及气象水文数据，分析表明流域地表水储量年递减4.70毫米，地下水递减10.59毫米，61.2%的储量损失发生于干旱期。2016年后干旱与气象干旱脱钩，人类活动成为主因，生态用水增加与植被恢复 paradoxically 加剧水储量减少。地下水超采引发持续性 deficit，导致流域长期处于 hydrological drought 状态。研究揭示气候变化与人类活动叠加效应下，流域水危机加剧机制及生态治理悖论，为可持续水资源管理提供科学依据。

　　近年来，随着气候变化和人类活动的加剧，全球多个流域的水资源问题日益严重，特别是中国黄河流域（YRB）面临的水资源危机尤为突出。黄河是中国第二长河，全长约5465公里，流域面积达795,000平方公里，承载着超过1.5亿人口和超过20万平方公里的农田。然而，由于该流域的自然条件和人为活动的双重影响，其水资源储备正在逐渐减少，干旱现象愈发频繁，对区域的水资源安全、粮食安全和生态环境构成了严峻挑战。为此，本研究通过整合多源数据，包括GRACE和GRACE-FO卫星数据、GLDAS土地表面模型输出、ERA5和GLEAM水文气象数据，以及经济社会统计数据，分析了2003年至2022年间黄河流域的陆地水资源变化和干旱事件，探讨了干旱期间陆地水资源减少的机制。

研究发现，黄河流域的陆地水资源异常（TWSA）和地下水储量异常（GWSA）均呈现出持续下降的趋势，年均下降速度分别为-4.70毫米和-10.59毫米。值得注意的是，约61.2%的水资源流失发生在干旱事件期间，这表明干旱是导致水资源减少的主要因素。此外，地下水过度开采在干旱期间造成的长期性赤字，使得流域进入了长期的水文干旱状态。通过分析不同的干旱指数，研究发现自2016年以来，水文干旱已经与气象干旱脱钩，人类活动成为水文干旱的主要驱动因素。在影响水资源变化的因素中，人类活动因素与水资源变化的相关性显著高于气候因素。

本研究还揭示了一个显著的生态恢复悖论，即生态用水量和归一化植被指数（NDVI）的增加反而加剧了陆地水资源的损失。这表明在干旱期间，人类对水资源的使用与生态需求之间存在明显的权衡关系，这对黄河流域的可持续发展提出了重要挑战。研究强调，如何在满足人类用水需求的同时，保护生态环境，实现水资源的合理分配，是黄河流域面临的紧迫任务。

在研究方法上，本文利用GRACE卫星数据和GLDAS模型输出，结合气候数据、土地利用变化数据和经济社会统计数据，综合评估了水资源变化趋势及其驱动因素。通过计算TWSA和WSDI（水储量赤字指数），研究能够识别出水文干旱事件，并分析其与气象干旱之间的关系。此外，研究还采用了气候改善的奇异谱分析（climSSA）方法对数据缺失部分进行填补，以确保时间序列的连续性和完整性。在对干旱事件的分析中，研究特别关注了2016年的极端干旱事件，这一事件对水资源储备造成了显著影响，其水储量赤字达到-76.57毫米，且WSDI指数持续下降，表明该时期水文干旱现象的加剧。

研究还发现，土地利用变化是影响流域水资源的重要因素之一。随着生态工程的推进，黄河流域的植被覆盖率有所提高，但这一变化并未有效缓解水资源紧张状况，反而加剧了地下水储量的下降。土地利用变化对水资源的影响主要体现在不同地类的用水需求差异上，例如城市化区域的地下水赤字尤为显著，而农业用水则对水资源的消耗具有决定性作用。因此，研究建议在干旱时期，应优先考虑采用节水型农业技术，减少对地下水的依赖，同时在生态恢复项目中选择对水资源需求较低的植被类型，以减少对地下水储量的进一步影响。

此外，研究指出，由于水资源储备的变化具有滞后性和非线性特征，其恢复周期可能长达3至5倍于干旱事件的持续时间。这一现象在黄河流域尤为明显，说明当前的干旱已导致长期的水文干旱状态。因此，为了提高流域对干旱的适应能力，有必要建立完善的陆地水资源和地下水动态监测系统，为水资源管理提供科学依据。

研究还强调了人类活动对水文干旱的主导作用。随着经济的发展，黄河流域的总用水量持续上升，尤其是农业和工业用水。尽管在某些年份，由于干旱导致水资源供应不足，地下水的过度开采成为解决水资源供需矛盾的主要手段。然而，这种做法加剧了地下水储量的减少，形成了长期的水资源赤字。研究认为，未来应加强对地下水开采的监管，推广高效节水技术，优化水资源配置，以缓解干旱带来的负面影响。

从长远来看，黄河流域的水资源管理需要在经济发展与生态保护之间寻求平衡。研究建议，政策制定者应将水资源承载力视为区域社会经济发展的重要约束条件，避免因过度开发水资源而破坏生态环境。同时，应加强干旱预警和应对机制的建设，以提高流域对极端气候事件的适应能力。此外，应推动生态恢复项目与水资源管理的有机结合，确保在提升生态系统服务功能的同时，不加剧水资源的消耗。

研究还发现，尽管气象干旱在某些年份有所缓解，但水文干旱的持续时间却显著增加，这表明流域的水文系统已经受到长期性的人类活动影响。这一现象不仅反映了水资源供需矛盾的加剧，也凸显了人类活动对水资源系统稳定性的挑战。因此，研究呼吁，应从流域整体出发，综合考虑自然条件和人为因素，制定科学合理的水资源管理策略，以实现黄河流域的可持续发展。

总之，本研究通过多源数据的整合分析，揭示了黄河流域陆地水资源变化的主要趋势及其背后的驱动机制。研究结果不仅有助于理解干旱与水资源变化之间的复杂关系，也为黄河流域的水资源管理和生态保护提供了科学依据。未来，应进一步加强水资源监测和预警系统建设，推动节水型社会的构建，同时在生态恢复和经济发展之间寻求动态平衡，以确保黄河流域的生态安全和水资源可持续利用。