本文提出了一種綜合方法，用于評(píng)價(jià)氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的變化對(duì)地下水補(bǔ)給所產(chǎn)生的區(qū)域影響。該方法已應(yīng)用在英國(guó)東英格蘭地區(qū)。未來(lái)地下水的補(bǔ)給受多種因素的影響，包括降雨量和溫度的變化、濱海地區(qū)的洪災(zāi)、城市化、植樹造林以及農(nóng)作物種類和輪耕方式的改變等。

在模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，討論了地下水補(bǔ)給評(píng)價(jià)中存在的不確定性和缺陷的主要來(lái)源。在研究未來(lái)未知的氣候變化的影響時(shí)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境的不確定性和重要性已逐漸引起重視。隨著時(shí)間的推移，土壤性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化，例如未來(lái)土壤的透水性可能會(huì)不同于現(xiàn)在的土壤。

若僅僅關(guān)注氣候變化的直接影響，就會(huì)忽視政策和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件在改造含水層上部地貌中的潛在作用。在評(píng)價(jià)氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的變化對(duì)地下水系統(tǒng)的影響時(shí)，水文地質(zhì)工作者必須加強(qiáng)與其它領(lǐng)域?qū)W者的協(xié)作，例如社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)家、農(nóng)業(yè)模型研究人員和土壤學(xué)家。

一、概  述

很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，人們已逐漸認(rèn)識(shí)到氣候變化對(duì)水資源的潛在影響，但與地下水相關(guān)的這方面研究相對(duì)較少。研究氣候變化對(duì)地下水的影響，關(guān)鍵是量化降雨量和氣溫變化對(duì)地下水的直接影響（例如，Yusoff等，2002；Loaiciga等，2000；Arnell，1998）。這類研究已經(jīng)利用了很多模擬技術(shù)，例如土壤水均衡模型（如Kruger等，2001；Arnell，1998）、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄈ鏑hen等，2002）、概念模型（如Cooper等，1995）以及更復(fù)雜的分布式模型（如Croley和Luukkonen，2003；Kirshen，2002；Yusoff等，2002），但是所有這些模型在研究地下水補(bǔ)給時(shí)，只考慮了降雨量和溫度的變化，而其它參數(shù)保持不變。

更進(jìn)一步的研究，即考慮氣候變化的間接影響并不多，包括土壤（Feddema和Freire，2001）、地面覆蓋（Loukas等，2002）、海平面上升引起的咸水入侵（Bobba，2002；Sherif和Singh，1999）及需水量的變化等（Alderwish和Al-Eryani，1999；Meigh等，1999；Chen等，2001）。上述研究標(biāo)志著從縱向綜合研究(僅把氣候變化作為一個(gè)環(huán)境要素）到橫向綜合研究（在研究過(guò)程中，各個(gè)環(huán)境要素相互作用）的轉(zhuǎn)變。地下水資源受到未來(lái)氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件變化的直接和間接影響，但目前對(duì)這種影響的評(píng)價(jià)仍然是不完善的。

當(dāng)今歐盟委員會(huì)的立法，如歐盟水框架指令和硝酸鹽指令，逐漸意識(shí)到不應(yīng)將地下水與地形、社會(huì)需求和區(qū)域水循環(huán)割裂開來(lái)，而應(yīng)該從全局角度出發(fā)進(jìn)行地下水的管理。在研究未來(lái)的變化（氣候或非氣候方面的變化）對(duì)地下水系統(tǒng)和區(qū)域水循環(huán)的影響時(shí)，很重要的一點(diǎn)（但不是唯一的）是認(rèn)識(shí)這些因素對(duì)地下水補(bǔ)給和徑流的影響。本文提出了一種評(píng)價(jià)地下水補(bǔ)給量的方法，該方法考慮了氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)變化帶來(lái)的直接或間接影響，并進(jìn)一步考慮了與未來(lái)的補(bǔ)給評(píng)價(jià)和地下水模擬研究有關(guān)的不確定性和潛在的不足。

二、方  法

“英格蘭東部和西北部地區(qū)的區(qū)域氣候變化影響及響應(yīng)研究”（RegIS）（Holman等，2005年，出版中）給出了一種評(píng)價(jià)區(qū)域氣候變化影響的方法，該法可以確切地估計(jì)局部和區(qū)域范圍（國(guó)家尺度內(nèi)）內(nèi)氣候變化產(chǎn)生的影響、適應(yīng)性選擇和驅(qū)動(dòng)地貌變化（濱海區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)、水體和生物多樣性區(qū)）的主要因素之間的交互作用。

    在現(xiàn)有的各種“綜合評(píng)價(jià)框架”中（如Argent，2004），選擇了“驅(qū)動(dòng)力－壓力－狀態(tài)－影響－響應(yīng)”（DPSIR）法（歐洲環(huán)境署，1998），其中每個(gè)組成代表了RegIS法的每個(gè)階段：

    D：驅(qū)動(dòng)力是環(huán)境變化的外因（對(duì)某一地區(qū)來(lái)說(shuō)），例如氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、國(guó)內(nèi)和國(guó)際政策的變化等。通過(guò)定性的描述將其引入。

    P：壓力是量化驅(qū)動(dòng)力的內(nèi)在變量（對(duì)某一地區(qū)來(lái)說(shuō)），例如溫度、降雨量等氣候要素的變化；人口、補(bǔ)助金等社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的變化。通過(guò)區(qū)域性、定量的情境引入。

    S：狀態(tài)是表征系統(tǒng)對(duì)壓力變化敏感程度的變量（指標(biāo)），例如地下水資源量、河流流量、用地面積等。用耦合的模型模擬各因素的影響和各因素之間交叉作用的指示因子。

    I：影響是用于量度狀態(tài)變量是否達(dá)到了某個(gè)值（臨界值），該值可以指示正面或負(fù)面影響，例如最低的地下水位、最小的河流流量、可接受的農(nóng)業(yè)利潤(rùn)等。將臨界值用于相關(guān)模型的輸出結(jié)果，可以將“影響”定量化。

    R：響應(yīng)是社會(huì)規(guī)劃的適應(yīng)性選擇，旨在使負(fù)面效應(yīng)最小化（或者將正面效應(yīng)和利益最大化）?！绊憫?yīng)”要經(jīng)過(guò)利益相關(guān)者的識(shí)別以及相關(guān)模型和專業(yè)知識(shí)的評(píng)價(jià)。

RegIS法在別的地方也有介紹（Holman等，2005年，出版中），現(xiàn)將地下水補(bǔ)給方面的內(nèi)容總結(jié)如下：

（1）要在某一氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境進(jìn)行模擬；

（2）有關(guān)的空間和非空間數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)（1），均來(lái)自GIS系統(tǒng)；

（3）利用數(shù)據(jù)（2）時(shí)，根據(jù)洪水泛濫的頻率估計(jì)，海岸和河流模型不適用于農(nóng)耕地區(qū)；

（4）（3）的輸出數(shù)據(jù)及從數(shù)據(jù)（2）導(dǎo)出的城市、丘陵和森林地區(qū)，不包括農(nóng)業(yè)模擬可以確定的耕地和草場(chǎng)用地；

（5）用地分布基于收益率，考慮成本、價(jià)格、補(bǔ)貼（某一社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境下的），預(yù)測(cè)各種作物的產(chǎn)量，同時(shí)結(jié)合考慮土壤水均衡的作物生長(zhǎng)模型的結(jié)果；

（6）數(shù)據(jù)（5）給出了有效降雨量，將其輸入水文模型中，可以模擬潛在的補(bǔ)給量、地下水資源量以及河流流量。

（一）情境的輸入

利用HadCM2全球大氣環(huán)流模式的輸出結(jié)果，英國(guó)氣候影響計(jì)劃（UKCIP）建立了名為UKCIP98的氣候變化情境（Hulme和Jenkins，1998）。假定2040－2069年期間出現(xiàn)一高一低兩種氣候變化，分別稱為2050年低值和2050年高值，代表預(yù)計(jì)氣溫變化的較低一端和較高一端。

即使氣候不變，未來(lái)世界仍處于不斷變化之中，為此引入?yún)^(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境（Shackley和Deanwood，2003）。此外，還需要輸入一系列量化的空間和非空間的模型參數(shù)。

模擬過(guò)程中，各種假設(shè)（社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、CO2排放和氣候變化）都是一致的：

Ø    地區(qū)企業(yè)（相當(dāng)于IPCC A2排放方案）社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境與2050年氣候變化高值相聯(lián)系。這一情境代表了一種極端情況：在未來(lái)50年里，整個(gè)社會(huì)對(duì)氣候變化帶來(lái)的威脅不與理會(huì)。這是一種“負(fù)面狀況”的分析；

Ø    全球可持續(xù)（相當(dāng)于IPCC B1排放方案）社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境與2050年氣候變化低值相聯(lián)系，代表了一種“良好狀況”的分析。

對(duì)應(yīng)上述兩種情況，分別運(yùn)行模型。同時(shí)，以當(dāng)前的社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境為基準(zhǔn)，評(píng)價(jià)氣候變化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)變化的相對(duì)重要性。

（二）對(duì)影響的模擬

將空間模擬方法應(yīng)用在5×5km的地理網(wǎng)格上，可以解決區(qū)域內(nèi)的各向異性問(wèn)題。雖然模型的運(yùn)行結(jié)果是以5km的網(wǎng)格為單位輸出的，但模型也適用于每個(gè)網(wǎng)格之內(nèi)的更小的地理單元，例如泛濫平原、土壤類型及耕地等。RegIS方法也結(jié)合了一系列有效的影響模型（Holman等，2005a，出版中），下面對(duì)其做一簡(jiǎn)要介紹。

1、海岸及河流泛濫模擬

海岸及河流泛濫模型（Nicholls和Wilson，2001）用于評(píng)價(jià)洪水泛濫對(duì)農(nóng)業(yè)區(qū)的影響。在缺少其它氣候參數(shù)（如風(fēng)暴度）的情況下，將UKCIP98海平面升高投影與某一特定退潮時(shí)段的水面高度相加，就可以評(píng)價(jià)海平面升高對(duì)潮汐高度的影響。如果泛濫平原在未來(lái)10年內(nèi)抵御災(zāi)害（洪災(zāi)）的保證度小于1，則不適于耕種；若其在未來(lái)1年內(nèi)的保證度小于1，則既不適于耕種也不適于放牧。

2、農(nóng)業(yè)用地模擬

將農(nóng)作物種植決策最優(yōu)化方法（SFARMOD）與農(nóng)作物生長(zhǎng)模型（ACCESS）相結(jié)合，即可得到農(nóng)業(yè)用地模型。該方法在Rounsevell等文獻(xiàn)中有所介紹（2003）。對(duì)應(yīng)于企業(yè)收益率或可行性的變化、土壤使用性的變化及氣候或社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件改變所帶來(lái)的作物模擬產(chǎn)量的變化，利用SFARMOD將農(nóng)田的長(zhǎng)期種植規(guī)劃最優(yōu)化，使每種土壤類型，每個(gè)網(wǎng)格單元獲得最大收益。

3、水資源量模擬

分布式半經(jīng)驗(yàn)SWANCATCH（地表水硝酸鹽匯集）模型（Holman等，2001）用于模擬88個(gè)流域和子流域中地表水的天然流動(dòng)及51個(gè)水資源管理區(qū)內(nèi)的地下水資源總量。依據(jù)土壤類型水文系統(tǒng)（HOST），SWANCATCH把有效降雨量（能夠滲入地下，轉(zhuǎn)化為地下徑流的水量）直接導(dǎo)入地表水庫(kù)或地下水庫(kù)（Boorman等，1995）。

    HOST是對(duì)土壤帶中發(fā)生的水文過(guò)程的概化。英國(guó)所有的土壤類型可劃分為29個(gè)水文響應(yīng)模型（或HOST類別），對(duì)應(yīng)每個(gè)模型給出基流指數(shù)（BFI）的校正值和標(biāo)準(zhǔn)徑流百分?jǐn)?shù)（SPR）。BFI是來(lái)自地下水庫(kù)的那部分流動(dòng)的長(zhǎng)期均值；SPR是徑流百分?jǐn)?shù)，對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)降雨量和集水區(qū)的濕度情況（Boorman等，1995）。HOST分類法能夠預(yù)測(cè)整個(gè)英國(guó)范圍內(nèi)無(wú)資料地區(qū)的河流流量（r2 = 0.79，基流指數(shù)估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.089）。

    分布式的地下水補(bǔ)給或者河流量轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)都很有限，這就為區(qū)域研究帶來(lái)了困難。在水資源管理區(qū)內(nèi)，根據(jù)長(zhǎng)期年平均地下水資源總量的估計(jì)值對(duì)SWANCATCH進(jìn)行區(qū)域上的校正（r = 0.97），將9個(gè)流域的模擬值與觀察值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)SWANCATCH進(jìn)行識(shí)別（r 分別為0.92和0.99）。

（三）地下水補(bǔ)給影響的研究實(shí)例

研究區(qū)位于東英格蘭，屬于英國(guó)最平坦的地區(qū)，面積較大，包括低于海平面的芬斯沼澤。氣候受地形和大陸影響，年平均降雨量為550－750mm，農(nóng)業(yè)以集約耕作為主，大部分地區(qū)（芬斯沼澤除外）下伏白堊系或更新統(tǒng)含水層。該地區(qū)高度依賴地下水，地下水占公共用水和灌溉用水的絕大部分，同時(shí)地下水對(duì)于河流的補(bǔ)給和國(guó)際重要濕地（如The Broads）的維持具有重要作用。該地區(qū)的城市化程度相對(duì)較低，只有幾個(gè)重要的城市，如劍橋和諾里奇。

1、濱海地區(qū)

在東英格蘭地區(qū)，氣候變化可能對(duì)濱海地區(qū)和河谷地區(qū)有重要影響。若不采取針對(duì)性的措施（或者制定應(yīng)對(duì)未來(lái)海平面上升后的防洪標(biāo)準(zhǔn)），那么海平面上升、河水頻繁泛濫和地面沉降的互相作用，可能會(huì)使東英格蘭芬斯沼澤受洪水的嚴(yán)重威脅，導(dǎo)致大規(guī)模的土地棄置和鹽堿化，諾?？藮|部河谷地區(qū)也會(huì)定期遭遇海水泛濫。1938年的洪水使諾?？藮|部地區(qū)經(jīng)過(guò)5年之后才完全恢復(fù)過(guò)來(lái)，因此，濱海地區(qū)即使每10年遭受一次洪水泛濫，也將造成用地的重大改變。芬斯沼澤下伏侏羅系粘土，而諾?？藮|部河谷地區(qū)下伏松散含水層，在局部地區(qū)具有重要作用（Holman等，1999）。海水的定期泛濫可能會(huì)造成土地棄置，位于河谷內(nèi)或近河谷的鉆井位置也會(huì)改變。

2、農(nóng)  業(yè)

除了可能遭受洪水的地區(qū)之外，東英格蘭地區(qū)的農(nóng)田分布受氣候影響相對(duì)較小，在將來(lái)氣候變化的情況下，農(nóng)田分布情況變化不大（從現(xiàn)有的社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境來(lái)看）。然而，農(nóng)作物類型對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的變化很敏感。在東英格蘭地區(qū)，種植春－秋兩季作物，其中有大面積的甜菜和土豆，這兩種作物都需要人工灌溉。按照當(dāng)前的市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算，如果地下水開采量增加，土豆的種植面積將翻一番，當(dāng)然水價(jià)也會(huì)大幅上漲。

3、咸水入侵含水層

一般認(rèn)為，濱海含水層中發(fā)生海水入侵不是主要問(wèn)題，因?yàn)楹Ｆ矫娴纳仙厝皇顾^的安全開采量降低，或者鉆孔向內(nèi)陸地區(qū)移動(dòng)（Arnell等，1994）。然而，在諾福克東部地區(qū)，隨著土地的棄置和農(nóng)業(yè)政策的改變，部分濱海濕地的排泄量發(fā)生變化，這可能造成海水對(duì)其下含水層的入侵（Holman和Hiscock，1998）。

4、有效降雨量

將來(lái)氣候變暖之后，種植時(shí)間必然延長(zhǎng)，這樣土壤的含水量在秋季后期才能恢復(fù)，在春季之初又開始減少。這就導(dǎo)致補(bǔ)給期的縮短，盡管很多地區(qū)的年降雨量增加，但最終還是會(huì)造成有效降雨量（HER）和補(bǔ)給量的減少。

從局部和區(qū)域尺度上看，社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件影響年平均HER的預(yù)測(cè)。從局部地區(qū)來(lái)看，都市化程度的提高和林地面積的增大，均可導(dǎo)致蒸發(fā)量和HER的明顯變化。社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件會(huì)影響區(qū)域范圍內(nèi)的土地利用情況，如春季作物種植量的增加、秋季作物的減少等，都會(huì)造成該地區(qū)年平均HER的微小變化。

5、反饋效應(yīng)

由于是首次嘗試綜合評(píng)價(jià)氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的變化，RegIS研究不可避免的存在一些不完善的地方，如不能完全表現(xiàn)出控制地貌變化的各種復(fù)雜機(jī)理。研究中存在的不足之處包括如下幾個(gè)方面：

Ø    洪水的實(shí)際泛濫程度取決于整個(gè)社會(huì)對(duì)海平面上升和風(fēng)暴度的重視程度，可以采取如下應(yīng)對(duì)措施：加固防洪堤和海堤，或者重新修建更加堅(jiān)固的設(shè)施（一種工程方法，拆除現(xiàn)有的防洪設(shè)施，以重建潮間帶生物棲息地，增強(qiáng)防洪能力）。

Ø    在地下水開采與水資源可用性或地表水量/地下水位臨界值之間沒(méi)有建立反饋關(guān)系。雖然灌溉用水受到收益率和輪耕的制約，但實(shí)際的灌溉用水量被假定為不受限制。雖然水價(jià)的上漲可以反映地下水灌溉的農(nóng)業(yè)成本增加（直接開采地下水），但農(nóng)業(yè)部門將面對(duì)更多的水資源約束（Weatherhead和Knox，1999）。

Ø    類似的局限性還表現(xiàn)在城市發(fā)展情境的設(shè)定上，研究中假定城市人口和住房的增加不受水資源的限制。

Ø    在農(nóng)作物方面，缺少農(nóng)業(yè)供需價(jià)格反饋機(jī)制，因?yàn)檠芯恐屑僭O(shè)區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物的供應(yīng)量不影響其市場(chǎng)價(jià)格。

Ø    不同情境（社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、CO2排放量和氣候的變化）中的假設(shè)是一致的，這就意味著假設(shè)全球各地區(qū)的發(fā)展道路是相似的。

三、討  論

在研究東英格蘭地區(qū)時(shí)，得到了評(píng)價(jià)地下水潛在補(bǔ)給量的方法（Holman等，2005b，出版中），這里不再贅述。所得到的有效降雨量的結(jié)果表明，對(duì)補(bǔ)給或者徑流有貢獻(xiàn)的那部分降雨量取決于地形條件。這是因?yàn)?，在評(píng)價(jià)未來(lái)變化（氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面）對(duì)地下水補(bǔ)給的影響時(shí)，最重要的問(wèn)題與下列兩個(gè)因素有關(guān)：計(jì)算HER時(shí)的不確定性；針對(duì)HER如何分配給補(bǔ)給和徑流，所做假設(shè)中存在的不足。

（一）導(dǎo)致不確定性的因素

1、社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境的輸入

利用綜合評(píng)價(jià)方法，可以評(píng)價(jià)未來(lái)變化對(duì)水環(huán)境的影響。特別值得注意的是，該方法成功地把社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素整合到了土地利用的空間模型中，這樣就能定量評(píng)價(jià)城市化進(jìn)程、洪水和作物類型的改變所產(chǎn)生的間接影響。

一般說(shuō)來(lái)，氣候情境在區(qū)域范圍內(nèi)對(duì)有效降雨量的直接影響大于社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境對(duì)其產(chǎn)生的影響。然而，社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境確實(shí)也能在區(qū)域范圍內(nèi)引起HER的變化，在局部地區(qū)的影響更明顯，尤其是在土地利用情況發(fā)生重大變化的地區(qū)。由于用地分布模擬是從使農(nóng)田收益最大化的模型中導(dǎo)出的，因此模擬結(jié)果對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素很敏感，因?yàn)檫@些因素可以直接（如社會(huì)補(bǔ)助、價(jià)格等）或間接（勞動(dòng)力，輸入價(jià)格等）地影響作物的收益率。同樣，城市化類型的改變依賴于人口變化、住宅密度和家庭規(guī)模。

很明顯，在上述兩種情況下，所有的參數(shù)都是不確定的，即使這些參數(shù)是在未來(lái)情境約束的條件下確定的。雖然情境概念的形成不是一門完美的“學(xué)科”（Parson和Granger Morgan，2000），但目前用于探索未知世界的其它方法并不多。情境由此成為氣候影響評(píng)價(jià)的一個(gè)組成部分（Leemans，1999），并將繼續(xù)被科學(xué)家和決策者們廣泛采用。

2、情境（適應(yīng)）反饋

情境的主要局限性之一是由尺度邊界上的反饋產(chǎn)生的，例如用地面積的變化對(duì)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格的影響：增加局部地區(qū)某一農(nóng)產(chǎn)品的供應(yīng)量可能會(huì)導(dǎo)致價(jià)格下跌，因?yàn)閮r(jià)格依賴于市場(chǎng)供求關(guān)系。僅僅利用情境方法并不能很好的處理這些動(dòng)態(tài)因素的跨尺度過(guò)程，因此還需要其它的方法（如Cash和Moser，2000），如層次理論或嵌套模型（Easterling，1997）。在研究過(guò)程中，曾經(jīng)試圖利用一個(gè)宏觀（全球）的經(jīng)濟(jì)模型來(lái)模擬農(nóng)業(yè)用地變化所造成的價(jià)格變化反饋（如Parry等，1996；Conway等，1996）。

水文地質(zhì)學(xué)者習(xí)慣于高分辨率的、地區(qū)性的地下水模型，并與盆地尺度模型嵌套，以便于模擬“內(nèi)部”模型的邊界條件或流量（如Keating等，2003）。同時(shí)，如果要包含土地利用和補(bǔ)給的反饋機(jī)理，還需要將地下水模型與嵌套的土地利用、地形模塊進(jìn)行耦合。

3、緩解（響應(yīng)）情境

在評(píng)價(jià)氣候變化對(duì)地下水的間接影響時(shí)，緩解情境也會(huì)帶來(lái)不確定性。例如，耕地變?yōu)槟茉椿蛏锶剂献魑锓N植區(qū)（如短期采伐林）是一種固定碳和生成化石燃料的潛在方法。然而，Kort等人（1998）認(rèn)為提高土壤中有機(jī)組分含量、改善土壤結(jié)構(gòu)及透水性很重要，而Stephens等人（2001）則認(rèn)為作物消耗了大量的土壤水，這必然導(dǎo)致補(bǔ)給量的減少。

4、時(shí)空尺度

在評(píng)價(jià)地下水補(bǔ)給量時(shí)，認(rèn)為降雨量和降雨強(qiáng)度（影響徑流的形成和入滲量）的變化比氣溫更重要。大量研究表明，降雨強(qiáng)度將有不斷增加的趨勢(shì)，尤其是在大的降雨事件中（如Voss等，2002；Jones和Reid，2001）。將全球氣候模型（GCMs）或區(qū)域氣候模型縮小到適合水文影響的研究尺度，這一方法已廣為人知，且Prudhomme等人（2002）也曾對(duì)此展開論述，但問(wèn)題是缺少一種合適的縮小尺度的方法。

空間模擬的尺度也是必須的，這樣可以調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)、模型運(yùn)行時(shí)間和可信度的限制，為滿足水文地質(zhì)學(xué)家所要求的空間分辨率（0.5×0.5km或1×1km的數(shù)量級(jí)），必須采用綜合的、多部門的模擬方法。氣候變化情境的分辨率一般比較低，經(jīng)過(guò)“不太準(zhǔn)確的尺度縮小”后，獲得UKCIP98情境的分辨率為10×10km（Hulme和Jenkins，1998），除了應(yīng)用GCM所產(chǎn)生的變化外，“尺度縮小”并不能增加新的氣象認(rèn)識(shí)，因此制約了進(jìn)一步縮小尺度的可信度。利用GCM中嵌套的高分辨率的區(qū)域氣候模型產(chǎn)生了新的氣候情境UKCIP02，但是也只能支持5×5km的輸出。在縮小社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境的空間尺度時(shí)，也存在類似更為棘手的問(wèn)題。

理論上，任何空間尺度的補(bǔ)給模型都能植入這種綜合評(píng)價(jià)模型。但是，空間尺度會(huì)制約氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境的分辨率，同時(shí)也會(huì)制約其它的空間模型，例如土地利用模型，這就意味著輸入到補(bǔ)給模型中的空間參數(shù)在小尺度下無(wú)解。

（二）缺陷

本文在分析過(guò)程中做如下假設(shè)：在評(píng)價(jià)氣候變化影響時(shí)，地貌特征保持不變（除城市化帶來(lái)的變化外）。多年來(lái)，土壤調(diào)查部門收集了土壤參數(shù)（如土體密度、持水度、滲透系數(shù)），用于入滲、徑流和土壤水的模擬。參數(shù)確定之后，只要土壤性質(zhì)不變，就可以一直用該模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。然而，越來(lái)越多的證據(jù)表明，溫帶土壤的參數(shù)是隨時(shí)間變化的（Rounsevell等，1999），這將影響未來(lái)地下水的補(bǔ)給評(píng)價(jià)。

1、短期變化

在集約農(nóng)業(yè)中，不同的種植管理體系會(huì)影響土壤結(jié)構(gòu)，這樣可能會(huì)改變土壤的水文特性（如Chambers和Garwood，2000）。這是因?yàn)樵谟昙緛?lái)臨時(shí)，各種機(jī)械或者牲畜經(jīng)常要進(jìn)入農(nóng)田輔助作業(yè)。2000年在英國(guó)的4個(gè)匯水盆地中進(jìn)行的對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)土壤結(jié)構(gòu)普遍退化；而初步的水文影響評(píng)價(jià)表明，徑流量大幅增加（Holman等，2003），補(bǔ)給量相應(yīng)減少。

氣候變化會(huì)影響土壤田間持水量的恢復(fù)時(shí)間。如果田間持水量在秋季后期恢復(fù)，那么秋季耕種時(shí)間的增加就會(huì)降低機(jī)械進(jìn)入土地作業(yè)的必需性。當(dāng)然，如果氣候變化，則可能改種其它作物（如向日葵－Harrison和Butterfield，1996；糧食用玉米－Carter等，1992；飼料用玉米－Davies等，1996），并改變當(dāng)前的輪作方式（如Bowman等，2000），因此，不能忽略對(duì)土壤的潛在影響。土地利用模型應(yīng)當(dāng)考慮土壤濕度條件造成的限制，這樣就可用于評(píng)價(jià)新作物的種植和輪作方式的變化對(duì)地下水補(bǔ)給的影響。

2、中期變化

人們普遍認(rèn)為，在集約農(nóng)業(yè)體系下，土壤有機(jī)碳（SOC）的含量會(huì)降低（Reeves,1997）。在不同土壤和不同氣候條件下進(jìn)行的研究（如Cannell和Hawes，1994，Hemanz等，2002）表明，SOC與土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性正相關(guān)，這樣土壤才能承受潤(rùn)濕及各種耕耘、運(yùn)輸機(jī)械的壓力（Tisdall和Oades，1982）。Loveland和Webb（2003）認(rèn)為，盡管還沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)來(lái)佐證，但普遍認(rèn)為SOC存在一個(gè)非常重要的臨界值2%（3.4%的土壤有機(jī)質(zhì)），若低于該值，土壤質(zhì)量可能會(huì)下降。作物種類及輪作方式的變化（如Bowman等，2000）和土壤侵蝕的加?。ㄈ鏟ruski和Nearing，2002）均可導(dǎo)致SOC的進(jìn)一步降低（如Webb等所述，2001），因此在入滲和補(bǔ)給的研究中要對(duì)此加以關(guān)注。

    作物種類的變化會(huì)影響碳循環(huán)。例如，向日葵的輪作將導(dǎo)致表層土SOC的降低，原因在于耕耘強(qiáng)度的加大及農(nóng)業(yè)殘余物的減少（Bowman等，2000）。在作物種類和輪作方式保持不變的情況下，不同的耕種方式（例如傳統(tǒng)耕種、少耕種、免耕種）對(duì)地表土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（Tebrugge和During，1999）及水分運(yùn)移（如O’Leary，1996；Ankeny等，1995）的影響正逐漸為人們所認(rèn)識(shí)。

3、長(zhǎng)期變化

泥炭土對(duì)調(diào)節(jié)匯水盆地的響應(yīng)具有重要作用（如Bragg，2002），但非常容易被開采、燃燒或排水的破壞。泥炭土一旦疏干，就會(huì)在固結(jié)和氧化作用下，以每年1－2cm的速度消耗（Cannell等，1999）。泥炭土一般不會(huì)位于重要含水層的上面或含水層的排泄區(qū)，但泥炭土中地下水的環(huán)境作用非常重要——調(diào)節(jié)下游河流的流量。如果在含有泥炭土的地區(qū)建立了地表水－地下水綜合模型，而在模型識(shí)別過(guò)程中沒(méi)有考慮泥炭的變化就進(jìn)行預(yù)測(cè)，那么該模型可能會(huì)高估未來(lái)的基流量。

（三）綜合概念在何時(shí)具有價(jià)值？

RegIS綜合評(píng)價(jià)法論證了未來(lái)的全局變化如何影響地下水的補(bǔ)給，進(jìn)而能評(píng)價(jià)地下水資源。然而，該方法的完全實(shí)現(xiàn)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。因此，我們需要考慮在何種情況下可以采用簡(jiǎn)單的（如只有氣候因素）評(píng)價(jià)方法。

評(píng)價(jià)有效降雨量或補(bǔ)給量變化的重要性時(shí)，需要考慮地下水可開采量（Quinn等，2004）、水生環(huán)境變化的影響（Sophocleous，2002；Baron等，2002；Danielopol等，2003）或未來(lái)的地下水質(zhì)（如Gomez等，2003）。模擬結(jié)果表明，氣候變化對(duì)區(qū)域HER的影響較大，而社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的局部影響較明顯，因此，可以得出如下結(jié)論：

Ø    只考慮氣候變化對(duì)地下水影響的簡(jiǎn)單、直接的評(píng)價(jià)方法（在現(xiàn)有的土地利用條件下）適用于下列地區(qū)：

－當(dāng)前的地下水資源管理是可持續(xù)的，尚有大量未利用的水資源；

－依賴地下水維持的濕地或水生系統(tǒng)很少；

－這種評(píng)價(jià)方法的實(shí)現(xiàn)要有敏感度分析的支持，只能反映出對(duì)地下水補(bǔ)給和可持續(xù)水資源管理的細(xì)微影響。

Ø    部分綜合評(píng)價(jià)法適用于下列地區(qū)：

－當(dāng)前的地下水資源管理是可持續(xù)的，但只有少量未利用的水資源；

－農(nóng)業(yè)體系可能發(fā)生重大變化，可能是由社會(huì)補(bǔ)助的變化或環(huán)境立法造成的短期變化，也可能是由氣候變化導(dǎo)致的作物種植適宜性改變而產(chǎn)生的長(zhǎng)期變化；

－城市面積在發(fā)展規(guī)劃的壓力下逐漸擴(kuò)大；

－土地利用和地下水補(bǔ)給量對(duì)濱海地區(qū)未來(lái)的防洪政策很敏感。

Ø    完全綜合評(píng)價(jià)法適用于下列地區(qū)：

－當(dāng)前的地下水資源管理是不可持續(xù)的；

－當(dāng)?shù)刂匾臐竦鼗蛩到y(tǒng)依賴地下水的維持，且當(dāng)前的地下水資源管理是可持續(xù)的，但未利用水量很少。

    關(guān)于未來(lái)變化的程度和范圍，我們所知甚少，因此，不可能在模擬地下水補(bǔ)給時(shí)，能將所有的影響因素定量化。然而，在存在不確定性的情況下，為保證地下水研究仍然是可靠的，需要：

－在地下水模擬過(guò)程中，水文地質(zhì)學(xué)家應(yīng)當(dāng)與其它領(lǐng)域的科學(xué)家加強(qiáng)協(xié)作，以更好的描述或理解這一過(guò)程；

－通過(guò)全面的靈敏度分析，評(píng)價(jià)對(duì)地下水補(bǔ)給或地下水系統(tǒng)存在的潛在影響。

四、結(jié)  論

    本文描述了一種綜合方法，用于評(píng)價(jià)氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的變化對(duì)地下水補(bǔ)給的直接和間接影響，該方法已經(jīng)用于研究英國(guó)的東英格蘭地區(qū)。地下水補(bǔ)給受到多種因素的影響，包括降雨量和溫度的變化、濱海地區(qū)的洪水、城市化和地表結(jié)殼、植樹造林以及作物種類和輪耕方式的改變。在區(qū)域尺度上，氣候情境比社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境所造成的直接影響更大。然而，在局部范圍內(nèi)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境的變化所造成的影響是非常明顯的，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)情境導(dǎo)致土地利用情況劇烈改變的地區(qū)尤其如此。

    在研究未來(lái)未知的氣候變化造成的影響時(shí)，經(jīng)濟(jì)情境的重要性已逐漸引起重視。盡管在應(yīng)用情境過(guò)程中存在諸多不確定性，但若僅僅關(guān)注氣候變化（溫度和降雨量的變化）的直接影響，就會(huì)忽視社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件在改造含水層上部地貌中的潛在作用。隨著時(shí)間的推移，土壤的特性也會(huì)發(fā)生變化，因此未來(lái)土壤的透水性或許不同于現(xiàn)在的土壤。所有這些因素都會(huì)影響地下水補(bǔ)給評(píng)價(jià)的確定性、可靠性和可信度。

在評(píng)價(jià)氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的變化對(duì)地下水系統(tǒng)的影響時(shí)，提倡水文地質(zhì)工作者與其它領(lǐng)域的科學(xué)家共同協(xié)作，例如社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)家、農(nóng)業(yè)模型研究人員和土壤學(xué)家。