宁夏黄河流域气候与土地利用变化及其对径流影响研究

发布时间：2017-07-16 01:15

  本文关键词：宁夏黄河流域气候与土地利用变化及其对径流影响研究

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【摘要】：宁夏地处西北内陆干旱半干旱地区,降水稀少,地下水缺乏,黄河及其支流成为重要的生产和生活水源,水资源短缺是当地社会经济发展的主要制约因素之一。气候变化和土地利用变化使得区域性的降水格局及水资源利用格局均发生了一定的改变,在很大程度上影响了流域水文状况。本文以宁夏黄河流域为研究对象,分析了1980—-2010年流域气候要素变化,并结合遥感和地理信息系统技术,分析流域1985—-2010年土地利用及景观破碎化格局的变化特征。基于气候和土地利用历史数据构建未来发展变化情景,在此基础上利用SWAT模型分析研究宁夏黄河流域内清水河子流域径流对未来气候和土地利用变化的响应。主要结论如下：(1)依据宁夏气候区划及降水和气温的空间分布特征,将宁夏黄河流域分为北部、西部、中部、东部和南部5个区域,分析其气候变化。结果显示,1980—-2010年宁夏黄河流域整体降水呈缓慢下降变化,气温呈显著的上升变化；流域北部和东部区域年降水量呈现出不显著增加变化,流域西部、中部和南部区域年降水呈现不显著下降变化,其中南部区域的下降变化最为明显；1980-2010年流域各区域的平均气温除东部外均呈现显著升高的变化,气温增幅大小顺序为南部、北部、西部、中部和东部。总体来看,在1980-2010年间,流域整体及流域西部、中部和南部气候向暖干化发展变化,北部和东部总体呈暖湿化发展变化。(2)1985—2010年间宁夏黄河流域的主导土地利用类型是草地和耕地,25年间面积增加的是林地、水域、建设用地和耕地,面积减小的是草地和未利用地。各种土地利用类型在25年间的迁移变化主要体现为草地向耕地的转变,未利用地向草地和耕地的转变,以及耕地向建设用地和草地的转变。6种土地利用类型的重心均分布在流域中部的吴忠市或其边界处,重心迁移最明显的是水域和未利用地。土地利用变化的热点地区也由前期的4个增加为后期的9个,主要分布在流域北部。(3)使用有效粒度尺寸(meff)对流域景观破碎化进行数量和空间上的分析,在数量上显示2010年流域整体的破碎化程度较1985年呈加剧变化,各流域分区除引黄区间外,其余分区破碎化程度也均有所加剧。景观破碎化指数的空间变异特征呈现为破碎化程度较大的区域面积明显多于破碎化程度弱的区域,主要分布于流域南部清水河、东部盐池内流区等区域,并且2010年破碎化程度和范围较1985年具有明显增加,景观破碎化空间异质性表现出明显的上升趋势。(4)选取宁夏黄河流域境内最大子流域清水河流域作为流域水文研究对象,建立流域数据库,构建清水河流域SWAT模型,流域共划分为28个子流域,120个水文响应单元。利用韩府湾和泉眼山水文站2000—-2011年实测月径流数据,以2000年作为模型预热期,2001—2005年作为模型参数率定期,并以2006—-2011年作为模型验证期,对模型进行率定和验证。结果表明对流域径流影响最大的几个参数分别为SCS径流曲线参数(CN2)、主河道曼宁系数(CH N2)、最大覆盖度参数(CANMX)、河岸蓄水基流α系数(ALPHA_BNK)和土壤可利用水量参数(SOL AWC)等。通过参数率定和模型验证,流域韩府湾站和泉眼山站的模拟精度均满足研究需求(R20.6,Ens0.5),说明已构建的SWAT模型适用于清水河流域的径流模拟。(5)根据历史气候和土地利用变化设置2020年发展变化情景,并以此作为清水河流域SWAT模型的输入数据,对流域未来径流进行模拟。结果表明：①流域径流量变化对降水变化的响应比气温变化的响应大,降水减少和气温升高的综合作用对流域径流影响最为显著。②未来3种土地利用情景均会较大程度的增加2020年流域河流径流量,其中自然增长情景下流域径流有最大程度的增加,其次为林地保护情景和规划情景。③未来最有可能发生的3种土地利用和气候变化的结合情景下流域径流均会有不同程度的下降,规划情景和气候变化结合情景径流下降变化最大,自然增长情景和气候变化结合情景的径流变化最小。(6)坡耕地和生态用地的增加均有助于流域径流增加,但坡耕地增加可能导致水土流失等一系列的生态环境问题,因此未来若要增加流域径流量、改善自然生态环境,要在减少和改善丘陵山区坡耕地的同时,加快林地、水域等生态用地的建设,以此增加地表径流。此外,地表林地、草地、水域等均在一定程度上能够改善区域小气候,降低地表温度,减少水分的蒸发,对地表径流的产生也具有积极作用。
【关键词】：宁夏黄河流域 气候变化 土地利用变化 SWAT模型 径流
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P343
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 研究背景及意义12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 气候与土地利用变化对水资源的影响12-14
• 1.2.2 气候和土地利用变化预测14-16
• 1.2.3 水资源变化的模型模拟16-18
• 1.3 研究目的、内容及创新点18-20
• 1.3.1 研究目的18-19
• 1.3.2 研究内容19
• 1.3.3 论文研究的创新点19-20
• 1.4 技术路线20-22
• 第2章 研究区域与数据预处理22-28
• 2.1 研究区域概况22-25
• 2.1.1 研究区域范围22-23
• 2.1.2 自然地理特征23-24
• 2.1.3 社会经济条件24-25
• 2.2 数据收集及预处理25-28
• 2.2.1 数据及其来源25
• 2.2.2 数据预处理25-28
• 第3章 宁夏黄河流域历史气候要素变化分析28-54
• 3.1 研究背景28
• 3.2 研究方法28-31
• 3.2.1 线性倾向分析及显著性检验28
• 3.2.2 气候要素趋势变化及突变检测28-29
• 3.2.3 流域气候要素分区29-31
• 3.3 结果与分析31-52
• 3.3.1 流域降水变化及趋势性检验31-42
• 3.3.2 流域气温变化及趋势性检验42-52
• 3.4 结论与讨论52-54
• 第4章 宁夏黄河流域土地利用时空变化分析及预测54-74
• 4.1 宁夏黄河流域土地利用时空变化特征分析54-62
• 4.1.1 研究背景54
• 4.1.2 研究方法54-55
• 4.1.3 结果与分析55-61
• 4.1.4 结论61-62
• 4.2 宁夏黄河流域景观破碎化格局分析62-67
• 4.2.1 研究背景62
• 4.2.2 研究方法62-63
• 4.2.3 结果与分析63-67
• 4.2.4 结论67
• 4.3 基于CA-Markov模型的宁夏黄河流域土地利用预测67-74
• 4.3.1 研究方法67-69
• 4.3.2 结果与分析69-72
• 4.3.3 结论72-74
• 第5章 清水河流域SWAT模型构建74-90
• 5.1 SWAT模型开发历程及水文过程模拟原理74-80
• 5.1.1 SWAT模型的开发历程74
• 5.1.2 SWAT模型水文模拟原理74-80
• 5.2 清水河流域SWAT模型建立80-85
• 5.2.1 模型数据库构建80-84
• 5.2.2 流域空间离散化84-85
• 5.2.3 模型数据输入及运行85
• 5.3 清水河流域SWAT模型适用性评价85-90
• 5.3.1 SWAT-CUP工具85
• 5.3.2 模拟结果评价方法85-86
• 5.3.3 参数敏感性分析及率定86-87
• 5.3.4 模型验证87-88
• 5.3.5 结论与讨论88-90
• 第6章 气候和土地利用变化情景下清水河流域径流模拟90-96
• 6.1 研究背景90
• 6.2 未来气候和土地利用变化情景设置90-92
• 6.2.1 未来气候变化情景90-91
• 6.2.2 未来土地利用变化情景91
• 6.2.3 流域未来气候和土地利用结合变化情景91-92
• 6.3 结果与分析92-94
• 6.3.1 未来气候变化下流域径流变化92
• 6.3.2 未来土地利用情景下流域径流变化92-93
• 6.3.3 未来气候与土地利用结合变化下流域径流变化93-94
• 6.4 结论与讨论94-96
• 第7章 结论与展望96-98
• 7.1 主要结论96-97
• 7.2 不足与展望97-98
• 参考文献98-110
• 致谢110-112
• 在校期间发表论文112

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 祁元;王一谋;王建华;颜长珍;;宁夏土地利用时、空变化及其驱动机制[J];冰川冻土;2005年06期

2 于兴修,杨桂山;中国土地利用/覆被变化研究的现状与问题[J];地理科学进展;2002年01期

3 王中根,刘昌明,黄友波;SWAT模型的原理、结构及应用研究[J];地理科学进展;2003年01期

4 高江波;蔡运龙;;区域景观破碎化的多尺度空间变异研究——以贵州省乌江流域为例[J];地理科学;2010年05期

5 何丹;金凤君;周t，

本文编号：546533