秦淮河流域不同尺度地表蒸散变化过程模拟
发布时间：2020-08-09 20:34
【摘要】：由于人口数量的剧增和人类活动的加剧,城市化不断扩张,越来越多的林地及农业用地等土地覆被类型转变为城市用地,与全球气候变化共同作用影响着地表蒸散发的改变。蒸散发是连接水循环、能量循环以及碳循环过程的重要枢纽,体现了物质、能量和信息的收支平衡。因此,综合利用遥感反演、地面实际观测和模型模拟等多种方法研究气候变化和土地利用/覆被变化对流域蒸散的影响,对深入了解和诠释亚热带湿润地区快速城市化下的水文水循环过程具有重要意义。本文以中国南方典型快速城市化区域—秦淮河流域为研究区,分析了 2000-2013年土地利用/覆被变化趋势及其变化特征;优化改进了 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型稻田模块并进行参数本地化及应用,结合蒸渗仪稻田观测蒸散日数据和实测径流日数据进行了率定和验证,模拟分析了 2000-2013年不同时间尺度(年际变化、季节性变化、各季年变化)、不同土地利用/覆被类型、不同空间尺度(流域尺度和Hydrological Response Unit,HRU尺度)蒸散及其他水文要素的变化特征;并进一步分离了土地利用/覆被变化和气候变化对流域总蒸散的贡献率。主要研究结果及结论如下:(1)通过分析2000、2004和2011年土地利用/覆被变化特征,发现2000-2011年期间城市用地增加了 11.3%,而稻田面积减少了 7.6%,其他农业用地、林地及水域减少了 2.4%、0.5%和0.6%,说明2000-2011年近10年期间,秦淮河流域土地利用/覆被变化主要表现为大范围稻田转为城市用地。(2)对SWAT模型的稻田模块,包括稻田蓄水水体表面积、灌溉入流与出流、以及蒸散过程的算法进行了修改,优化校准后的SWAT模型模拟结果与实测径流有很好的一致性,率定期NSE为0.86,R2为0.88;验证期NSE为0.65,R2为0.71。利用稻田生长季实际蒸散观测数据进行模拟验证表明,优化后的模型R2为0.75(p0.01),原始模型R2仅为0.49,表明优化与改进后的SWAT模型在秦淮河流域有更好的适用性。(3)通过对不同时间尺度流域实际蒸散ET(Evapotranspiration)的模拟结果进行分析,结果表明:2000-2013年期间,潜在蒸散PET(Potential Evapotranspiration)及饱和水汽压差VPD(Vapor Pressure Deficit)年际变化均呈升高趋势,而实际蒸散呈降低趋势。季节性变化中,稻田生长季内实际蒸散的减少最为显著。(4)通过对比分析不同空间尺度流域蒸散的变化,发现流域尺度和HRU尺度蒸散的影响机制不同。流域尺度,稻田蒸散占流域总蒸散比例最大,而城市用地占比最小。其中,稻田(6.8%)、其他农业用地(1%)和林地(1.2%)蒸散减少了,而城市用地蒸散增加了 9.1%。表明流域尺度上土地利用/覆被变化对蒸散变化占主导作用。HRU尺度,所有土地覆被类型实际蒸散均明显增加,林地最高,变化趋势最显著,稻田次之,城市用地实际蒸散量最小,变化趋势最弱,说明HRU尺度气候变化为主要影响机制。(5)通过分离2003-2013年间气候变化与土地利用/覆被变化对流域总蒸散的动态贡献率,发现气候变化引起流域总蒸散的升高(29%),而土地利用/覆被变化则导致流域总蒸散的降低(—50%),二者相互作用导致流域总蒸散的降低了 21%,其中,气候变化的贡献率由47%降低至39%,而土地利用/覆被变化的贡献率由—53%增加至—61%。表明蒸散不仅受气候变化,还受土地利用/覆被类型变化的影响,而后者是导致秦淮河流域总蒸散降低的主要机制。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P426.2
【图文】：
逦第二章研究区概况、数据库准备逦逡逑第二章研究区概况、数据库准备逡逑２．１研宄区概况逡逑秦淮河流域地处长江下游，江苏省西南部，地形构造为盆地，由盆地四周向中心依逡逑次为黄土岗地、丘陵和平原圩区，地面高程０－４１０ｍ。作为南京的母亲河，水系全长１１０ｋｍ，逡逑其上游包括溧水河、句容河，溧水河出自溧水县东芦山北麓，又称南源，句容河源于句逡逑容县北武岐山，又称北源，两源于江宁区西北村汇合为秦淮河，通过西北角南京市秦淮逡逑新河水文站和武定门水文站两个出水口汇入长江［７（）］。该流域位于１１８．３９°－１１９．２１°Ｅ，逡逑３１．３０°－３２．１０°Ｎ间，包括南京市城区、江宁县、句容市和溧水县［７１］，集水面积２６３１ｋｍ２。逡逑
６月中旬－７月上旬为江淮梅雨期，通常梅雨期后常行程伏旱天气。秦淮河流域雨量集中逡逑且丰富，因此易造成暴雨洪丨劳等灾害。逡逑Ｈａｏ等［３１］的研宄显示（图２．２），秦淮河流域过去五十年（１９６１－２０１３）年均气温升逡逑高，气候变暖，其中１９７９－１９８９年间下降，１９９０年后显著增加，Ｒ２由０．３１邋（１９６１－２０１３）逡逑增至０．３９邋（１９９０－２０１３），钱虹等［７２］的研宄显示，２０００－２０１３年秦淮河流域年均气温处于逡逑１５．８－１７．２°Ｃ之间，降水处于８００－１５００ｍｍ之间，其中２００９年降水量最大，高达１５２８ｍｍ，逡逑２００１年降水量明显最小，为８４６ｍｍ，这表明气候变化将造成潜在蒸散的增加，0１！等［２９］逡逑的相关研宄证明了该流域潜在蒸散和径流量均呈增大趋势。逡逑１８逦逡逑——Ｔｒｅａｄｉ９９0－２0ｉ３逦Ｔ＝０．０４４Ｙ邋ｅａｒ邋１９９０－２０１３＋１４．５逡逑－－Ｔｒｅｎｄｉ９６ｉ－２0ｉ３逦Ｒ２＝０．３１．；？＝０．０００逦．逡逑Ｉ逡逑Ｒ２邋＝０．３９．＾＝０．０００逡逑１４邋￣邋１邋１邋１邋￣￣１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋￣￣Ｉ邋￣１邋ｒ邋１邋１邋ｋ邋１邋１邋１邋￣Ｉ邋￣Ｉ邋￣Ｉ邋￣Ｉ邋￣１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋Ｉ邋￣１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋￣Ｔ－逡逑图２．２秦淮河流域１９６１－２０１３年年均气温变化趋势图［３｜］逡逑２．１．２邋土壤与植被逡逑秦淮河流域土壤主要形成于中生代燕山运动和白垩纪，低山丘陵区土壤、岗地区土逡逑壤和平原区土壤共同构成了秦淮河流域土壤［７３］，其中低山丘陵区为火成岩，呈酸性至弱逡逑碱性
年份逦城市用地逦Ｓ１逦其他农用地逦ｍｍ逡逑２０００逦４９逦９ｈ逦ＵＡ逦３０８逦４１３逡逑２００４逦４．４逦１２．８逦１１．６逦２９．５逦４１．７逡逑２０１１逦４．３逦２０．９逦１０．９逦２８．４逦３５．７逡逑总变化量逦－０．６逦＋１１．３逦－０．５逦－２．４逦－７．６逡逑由图２．３中可以看出，秦淮河流域主要土地利用／覆被类型为稻田，约占流域总面积逡逑的４５％，其次为其他农业用地，约占３０％，森林用地主要分布于流域边缘，大部分城市逡逑用地分布于流域西北部南京市区。从表２．１中可得到，２０００年至２００４年秦淮河流域城逡逑市用地占比明显X椉樱常玻ィ剑玻埃保蹦甏蠓鵛椉恿隋澹保保常ィ咎锩婊飨越档停玻埃埃村义夏曛粒玻埃保蹦昙跎倭隋澹保福ィ罚叮ィ浯挝渌┮涤玫兀跎倭隋澹保常ィ玻矗ィ蚣吧皱义嫌玫孛婊晕⒓跎伲直鹞唬埃叮ズ鸵唬埃担ィ獗砻鳎饔蛲恋乩美嘈停脖坏谋浠劐义险髦饕醋源竺婊咎镉玫刈鞘杏玫兀乇鹪冢玻埃埃矗玻埃保蹦昙浔浠俾首畲螅ǎ叮ィｅ义
本文编号：2787525
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P426.2
【图文】：
逦第二章研究区概况、数据库准备逦逡逑第二章研究区概况、数据库准备逡逑２．１研宄区概况逡逑秦淮河流域地处长江下游，江苏省西南部，地形构造为盆地，由盆地四周向中心依逡逑次为黄土岗地、丘陵和平原圩区，地面高程０－４１０ｍ。作为南京的母亲河，水系全长１１０ｋｍ，逡逑其上游包括溧水河、句容河，溧水河出自溧水县东芦山北麓，又称南源，句容河源于句逡逑容县北武岐山，又称北源，两源于江宁区西北村汇合为秦淮河，通过西北角南京市秦淮逡逑新河水文站和武定门水文站两个出水口汇入长江［７（）］。该流域位于１１８．３９°－１１９．２１°Ｅ，逡逑３１．３０°－３２．１０°Ｎ间，包括南京市城区、江宁县、句容市和溧水县［７１］，集水面积２６３１ｋｍ２。逡逑
６月中旬－７月上旬为江淮梅雨期，通常梅雨期后常行程伏旱天气。秦淮河流域雨量集中逡逑且丰富，因此易造成暴雨洪丨劳等灾害。逡逑Ｈａｏ等［３１］的研宄显示（图２．２），秦淮河流域过去五十年（１９６１－２０１３）年均气温升逡逑高，气候变暖，其中１９７９－１９８９年间下降，１９９０年后显著增加，Ｒ２由０．３１邋（１９６１－２０１３）逡逑增至０．３９邋（１９９０－２０１３），钱虹等［７２］的研宄显示，２０００－２０１３年秦淮河流域年均气温处于逡逑１５．８－１７．２°Ｃ之间，降水处于８００－１５００ｍｍ之间，其中２００９年降水量最大，高达１５２８ｍｍ，逡逑２００１年降水量明显最小，为８４６ｍｍ，这表明气候变化将造成潜在蒸散的增加，0１！等［２９］逡逑的相关研宄证明了该流域潜在蒸散和径流量均呈增大趋势。逡逑１８逦逡逑——Ｔｒｅａｄｉ９９0－２0ｉ３逦Ｔ＝０．０４４Ｙ邋ｅａｒ邋１９９０－２０１３＋１４．５逡逑－－Ｔｒｅｎｄｉ９６ｉ－２0ｉ３逦Ｒ２＝０．３１．；？＝０．０００逦．逡逑Ｉ逡逑Ｒ２邋＝０．３９．＾＝０．０００逡逑１４邋￣邋１邋１邋１邋￣￣１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋￣￣Ｉ邋￣１邋ｒ邋１邋１邋ｋ邋１邋１邋１邋￣Ｉ邋￣Ｉ邋￣Ｉ邋￣Ｉ邋￣１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋Ｉ邋￣１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋１邋￣Ｔ－逡逑图２．２秦淮河流域１９６１－２０１３年年均气温变化趋势图［３｜］逡逑２．１．２邋土壤与植被逡逑秦淮河流域土壤主要形成于中生代燕山运动和白垩纪，低山丘陵区土壤、岗地区土逡逑壤和平原区土壤共同构成了秦淮河流域土壤［７３］，其中低山丘陵区为火成岩，呈酸性至弱逡逑碱性
年份逦城市用地逦Ｓ１逦其他农用地逦ｍｍ逡逑２０００逦４９逦９ｈ逦ＵＡ逦３０８逦４１３逡逑２００４逦４．４逦１２．８逦１１．６逦２９．５逦４１．７逡逑２０１１逦４．３逦２０．９逦１０．９逦２８．４逦３５．７逡逑总变化量逦－０．６逦＋１１．３逦－０．５逦－２．４逦－７．６逡逑由图２．３中可以看出，秦淮河流域主要土地利用／覆被类型为稻田，约占流域总面积逡逑的４５％，其次为其他农业用地，约占３０％，森林用地主要分布于流域边缘，大部分城市逡逑用地分布于流域西北部南京市区。从表２．１中可得到，２０００年至２００４年秦淮河流域城逡逑市用地占比明显X椉樱常玻ィ剑玻埃保蹦甏蠓鵛椉恿隋澹保保常ィ咎锩婊飨越档停玻埃埃村义夏曛粒玻埃保蹦昙跎倭隋澹保福ィ罚叮ィ浯挝渌┮涤玫兀跎倭隋澹保常ィ玻矗ィ蚣吧皱义嫌玫孛婊晕⒓跎伲直鹞唬埃叮ズ鸵唬埃担ィ獗砻鳎饔蛲恋乩美嘈停脖坏谋浠劐义险髦饕醋源竺婊咎镉玫刈鞘杏玫兀乇鹪冢玻埃埃矗玻埃保蹦昙浔浠俾首畲螅ǎ叮ィｅ义
本文编号：2787525
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