变化环境下松花江流域水文与水资源响应研究

发布时间：2017-09-30 05:31

  本文关键词：变化环境下松花江流域水文与水资源响应研究

  更多相关文章： 松花江流域 气候变化 人类活动 水文气象 径流 土地利用

【摘要】：松花江流域是我国重要的粮食生产基地,也是我国湿地集中分布区之一。近年来,在气候变化和土地利用/覆被变化等人类活动的双重影响下,松花江流域水文过程与水资源时空分布发生了深刻的变化,对粮食安全、生态安全和经济社会发展构成了威胁。本文采用长期实测历史数据对过去50年松花江流域水文过程的时空演变特征进行了系统地分析,通过径流对降水和蒸散发的敏感性方法定量地评估了气候变化和人类活动对流域水文水资源的影响,并利用构建的流域SWAT模型对不同的土地利用情景和未来气候变化情景下水文过程进行预测,揭示了变化环境下松花江流域水文水资源的响应机制,提出了应对变化环境的流域水资源适应性管理策略,对松花江流域水资源综合管理与合理调配具有重要的理论与现实意义。研究主要取得以下成果:(1)过去50年松花江流域水文气象要素变化特征采用Mann-Kendall等方法对松花江流域内37个气象站和33个水文站1960~2009年的历史数据分析发现,松花江流域多年平均气温为3.48℃,整体上以0.41℃/10a的速率显著上升;流域多年平均降水量为562.9mm,年代际上表现出减小-增大-减小的波动变化,整体上以5.8 mm/10a的速率减少;松花江流域内多数水文站点的年径流和最大、最小月径流在过去50年中呈现减少的趋势,空间上,松花江干流区的下降趋势较为显著;季节而言,春季径流的下降趋势更加明显;与1990年前相比,松花江流域年径流减少,径流年内不均匀性增加;干流水文站点的流量历时曲线表明,1990年后,多数站点高水减少、低水增加;由于流域内降水集中在夏季和秋季月份,因此,年径流与夏、秋季的降水量的正相关性更大。(2)气候变化与人类活动对径流影响的定量评估结合滑动t检验和降水-径流双累积曲线的结果,判定1974年为松花江流域径流变化的突变年份,因此,将研究时段分为两个时期:1960~1974,人类活动影响很小的天然时期;1975~2009,大规模土地利用和水利工程建设发生的人类影响期。径流对降水和蒸散发敏感性方法的研究结果表明,气候变化和人类活动对径流变化的贡献率随着时间和空间变化。气候变化是导致1975~1989年第二松花江上游和松花江干流区径流减少(63%~65%)和1990~1999年嫩江流域径流增加(85%~86%)的主要原因,其他时期则主要是人类活动起到了主导作用;空间上,人类活动对径流变化的影响在下游区更大,且上游人类活动对径流的减少作用在过去20年有所增加。(3)土地利用变化对径流的影响分析-以嫩江为例选取土地利用变化明显的嫩江流域作为研究对象,分析土地利用变化对径流的影响。结果表明:嫩江流域主要土地利用类型为旱地、林地、草地和沼泽。总体上,1975~1986年和1996~2000年土地利用变化更为明显。不同情景下径流特征有所差异。地表径流在旱地情景下最大、林地或沼泽情景下较小;地下径流量的规律为:林地草地旱地沼泽和水田。土地利用恢复到1975年、1986年和1996年状态下,各月平均流量均有所增加;各极端情景下径流年内分配差异较大。流域全为湿地时不同历时条件下的径流均最小;其他四种情景下,丰水期流量耕地(旱地和水田)草地林地;枯水期,林地旱地和草地水田。湿地具有一定的径流调节作用,随着湿地面积的萎缩、水位的下降,湿地调节径流的作用下降,流域平均流量和最大流量增加。(4)未来气候变化情景下松花江流域径流预估未来气候情景下,2020~2049年流域平均气温较基准期有所增加,且RCP8.5情景升温幅度更明显;空间上,以嫩江和松花江干流区的升温幅度更大。温度在未来30年表现出明显的增加趋势,且RCP4.5情景下增加速率更大;空间上,以嫩江流域增温最快。与基准期相比,RCP4.5和RCP8.5情景下嫩江降水少量减少、第二松花江有所增加,而松花江干流在RCP4.5情景下少量减少,RCP8.5情景下少量增加;松花江流域降水量在2020~2049年呈下降趋势,而不同子流域内变化趋势不同。径流模拟结果显示,大赉、扶余和佳木斯水文站年平均流量在未来30年呈下降趋势,径流深年代间逐渐减少。与基准期相比,RCP4.5和RCP8.5情景下嫩江流域、松花江下游控制水文站年径流量分别减少33%~38%和16%~24%,而第二松花江年径流量增加了17.7%和9.7%。最后,针对松花江流域水资源现状以及变化环境下水资源存在的不确定性,提出变化环境下的松花江流域水资源适应性管理对策。
【关键词】：松花江流域 气候变化 人类活动 水文气象 径流 土地利用
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P333;TV213
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 第一章 绪论12-24
• 第一节 选题背景及目的意义12-13
• 一 选题背景12-13
• 二 选题目的及意义13
• 第二节 国内外研究进展13-21
• 一 气候变化与人类活动对水文水资源影响的定量评估13-16
• 二 土地利用/覆被变化对水文水资源的影响研究16-18
• 三 未来气候变化情景下水文水资源变化趋势预估18-21
• 第三节 研究内容、技术路线和创新点21-24
• 一 研究内容21-22
• 二 技术路线22-23
• 三 创新点23-24
• 第二章 研究区概况24-32
• 第一节 自然地理概况24-27
• 一 研究区范围24-25
• 二 自然地理条件25-27
• 第二节 社会经济概况27
• 第三节 水资源概况及存在问题27-31
• 一 水资源概况27-28
• 二 水资源存在的问题28-31
• 本章小结31-32
• 第三章 松花江流域历史水文气象要素变化特征32-52
• 第一节 数据与研究方法32-35
• 第二节 松花江流域气象要素变化特征35-37
• 第三节 松花江流域径流时空变化特征37-48
• 一 松花江流域径流年际变化特征37-41
• 二 松花江流域径流年内变化特征41-44
• 三 松花江流域径流机制变化分析44-48
• 第四节 松花江流域径流与气象要素变化的关系48-50
• 本章小结50-52
• 第四章 气候变化与人类活动对松花江流域径流影响的定量评估52-66
• 第一节 研究区及数据选取52-54
• 第二节 气候变化和人类活动对径流影响的量化方法54-56
• 一 天然时期和人类活动影响时期的划分54-55
• 二 气候变化和人类活动影响贡献率推求方法55-56
• 第三节 气候变化和人类活动对径流影响的定量区分56-61
• 一 降水和潜在蒸散发的变化特征56-57
• 二 流域径流的变化趋势及突变点分析57-59
• 三 不同时期降水、潜在蒸散发和径流的相对变化59-60
• 四 气候变化和人类活动对径流影响的定量评估60-61
• 第四节 气候变化和人类活动对径流的影响分析61-65
• 一 气候变化对松花江流域径流变化的影响分析62-63
• 二 人类活动对松花江流域径流变化的影响分析63-65
• 本章小结65-66
• 第五章 流域SWAT水文模型构建及适用性分析66-84
• 第一节 SWAT结构及原理66-69
• 一 SWAT模型的结构66-67
• 二 SWAT模型基本原理67-69
• 第二节 SWAT模型数据库的建立69-76
• 一 气象数据69-70
• 二 土地利用数据70-71
• 三 土壤数据库71-76
• 第三节 流域SWAT模型的构建76-78
• 一 SWAT模型构建方法76-77
• 二 SWAT模型敏感性分析和参数率定77-78
• 第四节 SWAT模型径流模拟效果与评价78-83
• 一 评价指标的选取78-79
• 二 模拟结果评价79-83
• 本章小结83-84
• 第六章 土地利用变化对流域径流的影响—以嫩江流域为例84-102
• 第一节 嫩江流域土地利用变化特征84-89
• 一 土地利用变化研究方法84-85
• 二 嫩江流域土地利用变化特征85-89
• 第二节 嫩江流域土地利用变化情景构建89-91
• 第三节 嫩江流域土地利用变化情景下的水文响应91-95
• 第四节 嫩江流域湿地变化对径流的影响研究95-100
• 一 嫩江流域湿地面积变化95-97
• 二 嫩江流域湿地变化情景设置97-98
• 三 不同湿地情景下径流的变化98-100
• 本章小结100-102
• 第七章 未来气候情景下松花江流域径流预估102-124
• 第一节 气候变化情景数据预处理102-105
• 一 气候变化情景介绍及模式的选择102-103
• 二 气候变化情景数据的修正103-105
• 第二节 未来气温变化特征105-109
• 一 未来气温变化幅度105-107
• 二 未来气温变化趋势107-109
• 第三节 未来降水量变化特征109-112
• 一 未来降水变化幅度109-110
• 二 未来降水变化趋势110-112
• 第四节 未来气候变化背景下流域径流预估112-117
• 一 未来气候情景下径流变化趋势112-114
• 二 未来径流空间分布特征114-116
• 三 未来气候情景下水资源量预估116-117
• 第五节 径流对气候变化的响应分析117-120
• 一 气候情景的设置117
• 二 径流对气候变化的响应分析117-120
• 第六节 气候变化情景下水资源预测研究的不确定性120-122
• 本章小结122-124
• 第八章 松花江流域水资源适应性管理对策124-130
• 本章小结129-130
• 第九章 结论与展望130-134
• 第一节 结论130-131
• 第二节 展望131-134
• 参考文献134-146
• 发表文章目录146-148
• 致谢148-149

【参考文献】

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本文编号：946439