变化环境下半干旱流域径流演化特征及驱动因素分析

发布时间：2020-04-07 04:59

【摘要】：多数学者对于径流变化的趋势及模拟预测大多集中在我国主要河流及其支流的研究方面,而对于资料相对缺乏的北方半干旱地区与高原内陆河草原流域气候波动和人类活动影响下的径流特征分析及模拟预测方面的研究却鲜有文献报道,因此,本文以内蒙古地区乌兰木伦河流域和巴拉格尔河流域为研究区。利用乌兰木伦河流域1997~2015年与巴拉格尔河流域1959~2015年的水文气象、土地利用和社会经济等数据,采用双累积曲线法、累积距平法、改进的Mann-Kendall趋势检验法、遥感解译、主成分分析、小波分析法、BP神经网络模拟、SWAT模型径流量模拟和累积量斜率变化率比较法等方法,从不同时间尺度分析了研究流域径流、城镇化、气候和社会经济的变化趋势,揭示了气候、社会经济快速发展和城镇化过程对于流域径流的影响,识别了研究区年、季尺度下径流变化的主要驱动因素,并建立了其与不同时间尺度径流的映射函数关系。论文主要研究结果如下:1、乌兰木伦河流域在2005年径流出现显著拐点变化,巴拉格尔河流域在1998年径流出现显著拐点变化,两个研究流域在显著拐点前后(基准期与变化期对比)降水-径流的天然关系发生改变,人类活动的影响显著增加,径流变化叠加了人类活动的影响;2、从年代变化来看,两个研究流域年径流、丰水季径流、枯水季径流多年来总体呈下降趋势,而流域降水变化不明显;3、乌兰木伦河流域在变化期的降水、蒸发、气温等气候因素的波动没有显著趋势,而2005年前后对比,城镇化面积和国内生产总值显著增加,快速城镇化改变了天然径流发生机制和变化规律,是乌兰木伦河流域径流减少的主要驱动因素,气候变化的波动对于研究流域径流的减少没有显著贡献;巴拉格尔河流域对比基准期与变化期所有的气候要素,温度、降水和风速变化较大,分别为65.12%、㧟16.97%和㧟13.3%,而其他气候要素都非常接近,变化小于5%,温度、降水和风速是气候要素中影响径流变化的主要因素。该研究区第一产业变化期与基准期对比增加了3.8倍,羊数量增加了12.06%,人口增长为9%,研究区在变化期人类活动明显;4、乌兰木伦河流域气候变化对径流减少的贡献率为30.41%,而人类活动对径流减少的贡献率达到69.59%;巴拉格尔河流域气候变化对径流减少的贡献率为44.14%,人类活动对径流减少的贡献率达到55.86%;通过对两个研究区流域对比可知,人类活动是引起径流减少的主要驱动因素。5、BP神经网络模型对于巴拉格尔河流域径流量与气候和人类活动因素之间非线性函数关系模拟效果总体较好,表明在无法实现分布式水文模拟时,可以考虑在该流域应用该方法。6、基于巴拉格尔河流域的DEM数字高程数据、土地利用数据、土壤数据、水文气象数据,建立流域的SWAT模型,模拟了流域的径流,结果显示:径流模拟效果的评价指标R_e、R~2和E_(ns)分别在19.57%—22.69%、0.58—0.61和0.53—0.58之间。由SWAT的评价指标表26可知,SWAT模型在模拟巴拉格尔河流域径流变化的过程中,评价等级仅为满意,模拟效果一般。
【图文】：

技术路线图,内蒙古农业大学,硕士学位论文,图根

技术路线图

示意图,双累积曲线,示意图,径流

（1）式中：tX 为径流或降水序列 x 在第 t 年的累积距平值；ix 为径流或降水序列 x 在第 i 年的数值；n 为序列长度，a； x 为序列 x 的径流或降水序列的平均值。2.2 降水和径流的关系分析方法在年，季和月时间尺度上，利用降水-时间、径流-时间关系曲线来辨识研究区流域降水和径流随时间的变化关系和整体趋势。降水量-径流量双累积曲线可以很好的检测土地利用覆盖变化对径流的影响[60-62]，因此，利用降水-径流双累积曲线来分析整个分析时段年尺度降水-径流关系是否一致。降水-径流双累积曲线理论上斜率应该恒定，双累积曲线的拐点可以认为是分界点，，在分界点处降水-径流关系改变，可归因于人类活动或气候变化的影响如图 2 所示。径流系数代表降水转化为径流的百分量，反映了截流、储存、渗透和蒸发对径流的综合影响，其突然变化可以指示原始降水-径流关系的变化，所以，计算研究区不同时间尺度的径流系数以进一步验证降水-径流关系是否改变。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P333.1

【参考文献】