河套地区地表水质对气候变化的响应分析

发布时间：2020-07-20 11:47

【摘要】：在人类活动影响下,全球气候呈现出两个方面的变化趋势,一是以温度升高、降水时空格局变化为主的常态气候变化,二是以旱、涝等极端气候事件发生更加频繁的极端气候变化,不仅危害了我国社会经济安全,而且严重影响了整个水环境系统,气候变化所导致的水质问题已成为各国关注的热点。河套地区内乌梁素海湖泊由于受到长期的农业退水和工业废水污染,湖区总氮、总磷和COD等严重超标,湖泊水质恶化严重,再加上近年来气候变化因素影响,使得湖泊水质治理工作更加复杂。为了研究地表水质对气候变化的响应,选择河套地区为研究区域,通过研究区内及周边多年实测气象数据和全球气候模式模拟结果,分析当地历史气候要素变化特征,并对未来气候变化趋势进行了预估。结合SWAT分布式水文模型对研究区内非点源氮、磷污染负荷进行了模拟和分析,通过设置不同气候变化情景,模拟分析常态气候要素变化以及极端气候事件的发生对水质的影响。具体研究成果如下:(1)通过对河套地区历史气候要素演变特征分析,结果表明,温度呈现显著上升趋势,降水和蒸发年际波动较大,降水量在近年来出现减少趋势,当地旱涝事件发生频繁。通过全球气候模式修正,使得模拟结果相关系数超过0.8,相对误差降低到3.6%,适用于河套地区降水模拟,模拟结果反映出未来平均降水量出现减少趋势,月平均降水量为25.7mm下降为17.4mm,降水更加集中在夏季,夏季降水量占全年降水总量的比例从60.7%上升到66.9%,其他季节更加干旱缺水,未来旱涝事件发生的频率依然较高。通过河套地区旱涝事件的历史演变和发展预估表明,当地旱涝事件发生频繁,通过标准化降水指数(spi)、连续无雨日和24小时降水量等指标分别筛选出10个典型干旱月、10个典型洪涝月和4个典型旱涝急转月,模拟旱涝情景下氮磷负荷的变化规律。(2)基于河套地区地形、土壤属性、土地利用类型和各项气象数据等大量的空间数据和属性数据的基础上,完成河套地区构建swat水文模型,模型完成后通过调节各项参数,最终模拟结果为:率定期相对误差为16%、决定系数0.71、nash-suttcliffe效率系数0.67,验证期相对误差为1.5%、决定系数0.65、nash-suttcliffe效率系数0.65,达到各项评价指标的标准,可以对河套地区进行长时间序列模拟。(3)基于swat模型,设置不同温度和降水的常态气候变化情景下,模拟水体中氮、磷负荷量的变化情况。结果显示,温度变化会对水体中氮、磷负荷量产生不同程度的影响,但并没有表现出明显的变化规律,不同温度变化导致的污染物负荷量变化结果不同。氮、磷负荷对降水变化的响应较为显著,氮、磷负荷量与降水量变化基本成正比关系,特别是夏季降水较多时氮、磷负荷增加最为显著。通过不同情景模拟氮、磷负荷的变化情况,可以反映出以降水变化为主的常态气候变化对地表水质有着重要的影响。(4)基于SWAT模型,设置不同旱、涝等极端气候变化情景,模拟水体中氮、磷负荷量的变化情况。可以发现,干旱期间不会导致河流湖泊中污染物的增加,但是干旱结束后地表和大气中的污染物随着降水、径流汇入水体中,迅速加重水体污染;而洪涝时期,由于暴雨或连续降水,导致进入水体中的污染物会比正常情况下显著增加。由此可见,极端气候事件对水体污染有着显著影响,气候变化已经严重威胁到地表水质。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52;P467
【图文】：

气候变化,气候事件

图 1-1 地表水质对气候变化的响应Fig.1-1 Response of surface water quality to climate change.2 地表水质对极端气候事件的响应（1）地表水质对干旱的响应目前旱涝事件等极端气候事件呈现广发、频发的态势，这些极端气候事会对地表水质造成突发性的影响。干旱发生后，不仅会导致水量短缺，随水质恶化的危害[33]。由于气候变化导致的降水量的时空分布变化，导致的蒸发量的增加，干旱事件发生的频率升高，造成的危害增强。干水环境的影响不仅通过影响其水文要素过程，还会因为干旱导致的缺水被土壤、水生动植物及微生物等各个方面产生带来不利的影响[34]。199rgarida 等研究 60 年一遇的干旱时，研究分析葡萄牙地区 50 个主要水库于河道径流量减少导致水库水质下降[35]。1997 年，Mulholland 发现干，因为河道径流量的减少导致水体中营养盐、有机物和污染物等浓度上水质[36]。Delpla 等在 2009 年分析土壤中 C、N、P 等元素的矿化及分解过

地理位置,淖尔,临河市,黄河水系

第 2 章研究区概况然地理概况理位置地区位于内蒙古巴彦淖尔市境南部境内，处于中纬度内陆地区约为 12000 km2，不仅包括巴彦淖尔市的五原县、临河市、杭并包括乌拉特前旗、中旗、后旗等部分地区。研究区内乌梁素最大的湖泊，属于黄河水系，同样是整个内蒙古自治区第二大水湖之一，当地不仅具有丰富的自然资源，同时还是黄河中上地。其地理坐标介于 40°19'~41°18' N，106°20'~109°19' E。

空间分布,年降水量,降水量,冰封期

图 2-2 河套地区温度变化图Fig.2-2 Hetao Area temperature variation地区年降水量 50~250mm，降水量年际波动较大，降水空间分山区多于平原。降水量年内分配不均，夏季多雨，降水主要集夏季降水量占全年降水量高达 60%以上。夏季降水多以雷阵春季降水量只占 10~20%，春季干旱尤其严重，农业发展必须冬季干旱少雨，湖泊开始进入冰封期。年平均蒸发为 2000~250发最大，最高可以达到 400mm，12、1 月份蒸发最少，平均只有 2套地区的降雨少、蒸发强的气候特点。其蒸发的空间分布与降西北随着温度增高、湿度减少、风速增大、云量减少、日照增大。

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