气候变化与人类活动双重压力下埃塞俄比亚Genale河上游流域水资源潜力评估与优化配置研究

本研究针对埃塞俄比亚Genale河上游流域水资源管理难题，通过整合SWAT模型与WEAP模型，系统评估了当前及未来（2020-2050年）流域水资源潜力、需求与分配。研究揭示了畜牧业为当前主要用水部门（45.79 MCM），并预测在人口增长（3.2%）、灌溉扩张（31,774公顷）和气候变化（RCP4.5/RCP8.5）叠加情景下，2050年总需水量将激增至795.57 MCM，凸显水资源短缺风险。成果为制定兼顾水电开发与生态流量的适应性管理策略提供了科学依据，发表于《Geomatica》。

　　

埃塞俄比亚作为东非水资源敏感区，正面临气候变化与快速人口增长的双重挑战。Genale河作为该国12大流域之一，当前水资源开发程度较低，但流域内规划了大规模灌溉工程（GD3水电站）和城镇化建设。然而，缺乏对上游流域水资源的系统评估，导致供需矛盾加剧，干旱期下游水电与农业用水冲突频发。更严峻的是，IPCC预测显示该区域降水模式改变可能使年均径流减少10-15%，而人口增长率达3.2%将推动需水量呈指数增长。这种背景下，传统经验式管理已无法应对未来复杂性，亟需量化评估多因素耦合影响下的水资源承载能力。

研究人员采用"模型链"技术框架，首先通过SWAT（Soil and Water Assessment Tool）构建分布式水文模型，利用1984-2016年气象数据和Chenemassa水文站径流数据完成率定验证（NSE=0.73）；继而将输出导入WEAP（Water Evaluation And Planning）模型，设置6类情景（包括基准情景、高人口增长、灌溉开发及气候组合情景），模拟2020-205年水资源分配。关键创新在于整合了CORDEX-Africa降尺度数据（RCA4/RAMO22T/CCLM模型组合）与社会经济驱动因子。

2.10.1. 模型校准验证
SWAT模型经SUFI-2算法优化后，敏感性分析显示ALPHA_BF.gw（基流系数）和CN₂.mgt（径流曲线数）为最关键参数。验证期PBIAS仅3.9%，证实模型可捕捉流域水文动态。

2.10.2. 气候变化径流响应
RCP8.5情景下，2030s年均径流预计减少15.06%，呈现旱季（1-3月）增加36.7%、雨季（4-10月）减少40.2%的极化特征。这与ITCZ（热带辐合带）北移导致的降水再分配一致。

2.10.4. 基准情景需求
2020年总需水79.99 MCM中，畜牧业占57.2%（45.79 MCM），远超灌溉需求（9.37 MCM）。至2050年，仅人口与牲畜自然增长将使需水增至330.91 MCM，凸显畜牧业在水资源竞争中的核心地位。

2.10.6. 灌溉开发影响
潜在灌溉面积开发（31,774公顷）将使2050年灌溉需水暴增2952%，达285.86 MCM。值得注意的是，双峰降雨模式虽提供种植季优势，但雨季径流减少可能加剧灌溉-生态用水矛盾。

2.10.7. 复合情景风险
最严峻情景（高人口+灌溉开发+RCP8.5）显示，2050年总需水达795.57 MCM，超过基准情景140%，其中气候变化贡献19%的需水增量。水电产能分析表明，上游取水可能导致GD3电站运行效率下降23%。

研究开创性地量化了Genale上游流域多维度压力下的水资源阈值，揭示出三个关键转折点：1）2025年后灌溉开发将成为最大需水驱动力；2）2035年起气候变化影响将超越人口增长成为主导因素；3）生态流量维持需至少20%年均径流。这些发现直接支撑了埃塞俄比亚国家水安全战略的制定，特别建议：优先升级畜牧用水效率、建立气候适应性灌溉配额制度、优化水电-生态协同调度机制。方法论层面，SWAT-WEAP耦合模型在数据稀缺区的成功应用，为类似发展中国家流域提供了可复制的评估框架。