2.1 鄱阳湖流域产水功能服务评估

2.1.1 产水模块分析

InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）模型的模块“Water Yield”计算产水量是基于水量平衡原理以栅格为单位来计算的，是假设每个栅格单元所有产水都是通过径流的方式汇集到流域的出水口，不区分地表、地下和基流，然后每个栅格的降水量减去实际蒸散量即该栅格单元的产水量，如图2.1所示。

InVEST年产水量模型量化了从集水区到流域出口的总水量。利用Budyko曲线和年降水量来计算年产水量，赣江流域的产水量 Y _xc 的计算公式如下：

在公式中： Y _xc 为某一LUCC类型 c 在像素单元点 x 处的年产水量； AET _xc 为某一LUCC类型 c 在像素单元点 x 的实际蒸散量； P _x 为每个像素单元点 x 的年平均产水量。

InVEST模型的蒸散量 AET _xc 的计算是根据Budyko曲线计算的，计算公式为：

PET _xc 指潜在蒸散， ω （ x ）是一个经验参数，代表了自然气候土壤性质，如公式所示：

其中 Kc _xc 是LUCC类型 c 在像素单元点 x 处的蒸散系数； ETO _x 是当地的气候条件； ω （ x ）表示土壤性质的一个无量纲参数； AWC _x 表示像素单元点 x 处的土壤有效含水量（mm）; Z 是经验常数，考虑降水的季节性分布（1~30）。

2.1.2 产水数据处理

该模型的输入因子包括土地分类资料、降雨量、土壤深度、土壤可利用水含量、参考作物蒸散量、根系长度、植物蒸发因子、季节因子 Z 系数等。

（1） Z 系数是季节性因子，利用《江西省水资源公报》中有关资料和江西省流域的流域水量进行了模拟调试，得出了目前流域的平均产水量为80.03万m ³ /km ² ，并据此对InVEST模式产生的各组件 Z 值的参数进行了修正。结果显示，当 Z 系数为28时，模拟值和实际值较为接近。《江西省水资源公报》显示：年径流约为1 545.48亿m ³ 。

（2）利用鄱阳湖和周围地区的降雨资料，采用克里金插补的方式获得降雨资料。

（3）土壤深度是一种重要的物理化学特性，即从母物质层面至表层的垂直高度，本书采用的中国土壤数据集（1∶100万）由FAO和维也纳国际应用系统研究所建立。

（4）蒸发系数又称为作物因子，它反映了灌溉、种植等条件下植物自身的生理特性与水分消耗的关系，可用实际蒸发与潜在蒸发的比例来表达。本书的蒸发因子是参照我国有关江西省地区蒸发因子的资料和InVEST模式自身的蒸发因子资料。

（5）植物根系深度为一种植物的最大根长，其基本参照InVEST模式所提供的生物物理学参量。

（6）从HWSD土壤数据库中的资料和计算公式得到了植物利用含水量、土壤有效含水量PWAC和土壤深度。根据联合国粮食和农业组织的蒸发因子准则，结合以往研究的经验实践，得出了相关系数的取值。

（7）蒸散量是水文周期中一个很关键的组成部分，常用的基准农作物蒸发值是由Penman-Monteith和Hargreaves方程得到的，Penman-Monteith方程需要的观测资料更多，而Hargreaves方程所需要的气象学资料更多，因此得到的资料更多。采用InVEST模式中改进后的Hargreaves方程，对研究区域的蒸散发进行了数值模拟，如表2.1所示。

2.1.3 1980—2018年产水总量分析

将产水总量结果与《江西省水资源公报》的地表水资源总量结果进行比较，选取2010年模型产水总量2 322.8×10 ⁸ m ³ 与2010年《江西省水资源公报》数据中的地表水资源总量2 252.2×10 ⁸ m ³ 进行误差计算，得到误差为3.13%。选取2000年模型产水总量1 705.9×10 ⁸ m ³ 与 2000 年《江西省水资源公报》数据中的地表水资源总量1 452×10 ⁸ m ³ 进行误差计算，得到误差为17.4%，因此认为模型产水模块可靠。

鄱阳湖流域1980—2018年年均产量的动态变化较为显著，整体呈现上升趋势。如图2.2所示，1980—1990 年出现了较大的递减，年均产量降低了 6.93%,1990—2010年，产量呈递增趋势，产量年均增长37.99%。从整体上看，各地区的产水量都呈现加强的态势。其中，2010年的降雨量最大，达到2 096.2 mm。从整体上来看，该地区的产水量变化较大，2010年的产水量最高，为1 391.8 mm（如表2.2）。除了1990—2000年降雨量稍微下降之外，流域近40年降雨量呈现上升趋势。流域产水量与降雨量变化趋势一致，降雨是影响该地区产水量的主要动力。

2.1.4 当前产水功能驱动因素分析

研究区域内的产水量与区域内的自然、社会、经济因子关系不大，而与GDP、高程、坡度等各方面的关系则较为显著，但只在0.102~0.218间，说明除了以上几个方面外，其他的一些因素也在发挥着重要的作用，比如土地利用类型等。此外，降雨与产水量之间的关联度最大，为0.711（表2.3），说明降雨对产水量有很大的作用。从鄱阳湖目前的产水空间格局来看，从土地利用方式对产水结构的影响来分析，可以发现，在土地资源密集的区域，有大量的土地资源，如林地和草地。城镇化进程中，不渗透土地的土地面积增大，水资源供需失衡，导致降雨入渗减少，洪峰流量增大，建设用地耗水量大，而林地和草地对地表径流的截留，导致入渗增大，减少了降雨的汇集，从而降低了洪峰流量和产水量。

2.1.5 1980—2018年产水量空间格局变化分析

鄱阳湖大部分地区在1980—1990年期间，中部和北部地区产水平均降低幅度为200~400 mm，而南方地区则总体增产幅度比较大，一般为0~200 mm，而赣州市以南地区则为200~400 mm，全流域只有少数地区产量有所降低。1990—2000年，该流域的产水量有小幅增长，与1990年的产量基本保持一致，而东部和西南部的产量增长幅度在0~200 mm，局部在200~400 mm范围内，而北方和南方的产量则有所下降，下降幅度为0~400 mm。整个区域的总产量在2000—2010年期间均呈现上升的态势，只有南方的一些区域出现了下降。2010—2018年，该流域产量保持稳定，只有产量区域有变动，其余各区均有上升趋势。鄱阳湖产水空间格局呈现出一种动态的态势，与降雨的空间分布规律基本吻合，说明降雨是其产水空间格局的重要组成部分，如图2.3、图2.4、表2.4所示。