巴西帕苏纳流域供水区旱涝流量的非对称变化：气候变化的区域水文响应与适应策略

针对巴西帕苏纳流域供水安全挑战，研究人员结合LSTM和HyMod2模型，评估CMIP6气候情景下径流(Q)动态变化。结果表明：干旱流(Q7min)无显著改变，但洪水流(Qmax)强度增加52%（SSP5-8.5），百年一遇洪水事件将加剧。研究为热带地区水库适应性管理提供科学依据。

　　

在全球气候变化背景下，水文循环的稳定性正面临前所未有的挑战。巴西帕苏纳流域作为库里蒂巴大都市区（370万人口）的重要饮用水源，近年来频繁遭遇极端水文事件——2015年圣保罗大都市区的水危机和2020-2022年库里蒂巴的用水限制，凸显了气候变化对热带地区供水安全的威胁。更棘手的是，现有研究多关注全球尺度评估，而缺乏对关键供水流域的精细化分析，这种认知空白使得区域适应性策略的制定如同"盲人摸象"。

为了破解这一难题，来自巴西的研究团队在《Journal of Hydrology: Regional Studies》发表了创新性成果。研究团队创造性地采用"双模型验证"策略：一方面运用数据驱动的长短期记忆网络（LSTM），另一方面采用理论驱动的HyMod2概念水文模型，二者均以偏差校正后的CMIP6气候数据为输入。通过非参数方法分析3/6/12月累积期的干湿状况，结合频率分析法评估极端流量变化，构建了一套完整的流域水文响应评估体系。

关键技术方法包括：1）基于CAMELS-BR数据库的十流域LSTM多流域训练；2）HyMod2模型的九参数校准；3）Quantile Delta Mapping偏差校正的CMIP6气候数据应用；4）Burr Type III分布拟合百年洪水事件；5）采用KGE（Kling-Gupta效率系数）和NSE（Nash-Sutcliffe效率系数）等多指标模型验证。

研究结果揭示了一系列重要发现：

1. 模型性能对比
   HyMod2在验证期表现出色（KGE=0.86，NSE=0.77），但严重低估干旱流（FLV=-429.87%）；LSTM测试期性能稍逊（KGE=0.75），但对低流量的模拟更优。二者在中间流量段高度一致（RMSE=0.45 mm/day），但极端流量差异显著，凸显模型互补价值。

2. 干湿格局演变
   6个月累积分析显示，2070-2100年湿期持续时间将延长2个月（SSP5-8.5），累积量增加33mm；而干旱期虽无统计显著变化，但CMIP6模型间变异系数达38%。值得注意的是，气象干旱（基于降水P）与水文干旱（基于径流Q）呈现"解耦"现象——前者严重程度增加而后者保持稳定，反映流域土壤储水的缓冲作用。

3. 极端流量剧变
   Burr Type III分布拟合表明，SSP5-8.5情景下百年洪水位将上升52%，相当于现有防洪设施设计标准被"拦腰斩断"。与之形成鲜明对比的是，年最小7日流量(Q_7min)保持稳定（p>0.05），这种"旱涝分化"模式可能重塑流域风险管理范式。

4. 气候模型主导的不确定性
   10个CMIP6模型在洪水预估中的离散度高达±25%，远超水文模型差异（LSTM与HyMod2差异<8%），证实气候预测是最大的不确定性来源。这一发现为后续研究指明了精度提升方向。

讨论部分深入剖析了研究的多维意义。在理论层面，首次证实LSTM在热带流域极端流量模拟中的适用边界——虽然整体性能优异（KGE>0.7），但对洪水峰值的系统性高估（FHV=92.56%）提示需要融合物理机制改进算法。实践方面，52%的洪水增幅远超巴西现行基础设施设计余量（通常为15-20%），这意味着单纯依靠水库调度可能"杯水车薪"，必须辅以洪水排水权（FDR）制度创新和基于PES（生态系统服务付费）的流域综合治理。

这项研究犹如为热带地区供水安全装上了"预警雷达"。其创新价值不仅在于揭示了帕苏纳流域"旱稳涝增"的新型水文格局，更通过多模型互证构建了可靠的气候变化影响评估框架。特别是发现气象-水文干旱响应机制的差异性，为理解陆地水循环的级联效应提供了新视角。未来研究可沿三个方向拓展：耦合地下水模块改进低流量模拟、开发区域气候降尺度方法、探索基于AI的水库多目标优化调度算法。这些突破将助力实现SDGs（可持续发展目标）中的水安全指标，为全球类似流域提供"巴西方案"。