中国东北高纬度灌溉区近十年气候变化缓解地下水系统压力研究

为解决气候变化下水资源管理难题，研究人员针对韩国三大流域开展降雨-径流模型校准研究，比较GR4J和SWAT模型在不同校准周期长度（1-20年）和水文条件（干旱、正常、湿润）下的性能差异。通过ANOVA分析发现，校准周期长度的影响具有流域独立性，而水文条件的影响则呈现流域依赖性，模型选择贡献了50%以上的不确定性。该研究为干旱频发地区的水文模型构建提供了关键校准策略依据。

　　

随着全球气候变化加剧，极端干旱事件频发，水资源管理面临前所未有的挑战。韩国作为季风气候区代表，其三大流域（安东、合川、蟾津江）承担着农业灌溉和水资源供给的重要功能。然而，传统水文模型在应对气候变异性时表现不稳定，特别是校准周期选择和水文条件匹配问题长期困扰研究者——过短的校准周期可能导致模型泛化能力不足，而水文条件的不匹配则会显著降低干旱年份的预测精度。

Samcheok University-Industry Cooperation Foundation（韩国三陟产学合作基金会）联合Kangwon National University（江原国立大学）的研究团队在《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》发表重要成果。研究人员创新性地设计了多维度实验框架：选取GR4J（四参数集总模型）和SWAT（半分布式模型）两种典型水文模型，在三大流域构建187-180组校准-验证组合。通过流旱指数SDI划分干旱/正常/湿润水文条件，系统评估1-20年校准周期长度的影响，并采用ANOVA（方差分析）量化不确定性来源。

关键技术包括：1）基于Thiessen多边形法的气象数据空间插值；2）SUFI-2算法优化SWAT参数；3）粒子群优化PSO校准GR4J；4）Kling-Gupta效率系数KGE作为性能指标；5）双参数对数正态分布标准化SDI计算。

模型性能随校准周期变化

研究发现验证期性能随校准长度呈对数增长，20年周期时GR4J和SWAT的KGE分别提升19.9%和13%。SWAT表现更稳健，在合川流域性能超出GR4J达27%，且方差降低4.8-20%。

水文条件匹配效应

干旱验证年性能对校准条件最敏感，相同水文条件下AD和SJ流域KGE提升6.8-19.9%，而HC流域仅0.3%。模型类型不影响该规律，GR4J与SWAT的改善幅度分别为9.8%和8.2%。

不确定性分解

模型选择贡献56.3%不确定性（MD），旱季占比高达69.7%。校准长度（CL）影响稳定在4.1-8.1%，而水文条件（HY）贡献呈流域差异（AD 22.6% vs HC 1.3%）。

这项研究首次揭示校准周期特征的"双重特性"：校准长度的普适性规律与水文条件的流域特异性并存。为应对气候变化下的水资源管理，建议采用多模型集成（MME）策略，并在干旱敏感区域优先匹配校准-验证期水文条件。研究建立的SDI-KGE-ANOVA框架为东亚季风区水文模型优化提供了方法论范式，其发现的旱季模型不确定性集中现象，对改进低流量预测具有重要实践价值。