岷江上游近40年径流对土地利用和气候变化的响应研究

论文摘要

自2000年斯德哥尔摩水讨论会提出“水安全”概念以来,水安全问题越来越受到人们的重视。岷江上游作为成都平原和天府新区水源地以及长江上游的生态屏障,其水安全问题受到社会各界的广泛关注,全国政协十三届二次会议上就有10多名政协委员对引大“（大渡河）济岷（岷江）”工程联名提案。在全球气候变暖和土地利用变化加强的的背景下,正确认识岷江上游径流对土地利用和土地覆被变化变化（Land Use and Land Cover Change,LUCC）和全球气候变化（Global Climate Change,GCC）的多时空尺度演变规律、响应机制等,对正确评价水安全风险并提出削减、适应措施与对策是一项特别重要的基础工作,并为岷江上游的水安全管控和流域综合管理提供科学依据和技术支持。本文以岷江上游为研究区域,收集了数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）、土地利用、土壤数据、气象数据,通过土地利用转移矩阵对研究区土地利用变化进行了分析,通过综合运用M-K检验法、滑动T检验法、累积距平法,找到了岷江上游1979-2014年气温和降雨序列突变时间;通过对DEM的处理、土地利用数据的重分类、基于SPAW软件进行了土壤属性参数计算和水文分组、相关气象数据的计算,构建了岷江上游的SWAT（Soil and Water Assessment Tool,SWAT）数据库;在子流域和水文响应单元划分、加载气象数据、创建模型输入文件、运行模型等的基础上,应用SWAT-CUP软件对模型进行了率定与验证、参数敏感性分析、模型适用性分析等,建立了区域SWAT模型,并应用模型模拟了水文过程,并设置多种情景模式,探究了径流对土地利用和气候变化的响应,主要结论如下:（1）对比1980、1990、1995、2000、2005、2010、2015年的土地利用情况和土地利用转移矩阵探究了土地利用变化趋势,发现岷江上游在研究时段内耕地和林地呈减少趋势,分别减少了45.9 km2、273.8 km2,而水域、建设用地、未利用土地通过挤压耕地和林地而面积有较大增加,分别增加了282.47 km2、10.07km2、19.06 km2、7.7 km2。（2）通过对岷江上游5个气象站点的逐日数据进行统计分析以探究气候变化趋势,发现气温呈增加的趋势而降雨呈减少趋势,日最高气温和最低气温变化情况分别为:+0.13℃/5a、+0.158℃/5a;降雨量变化为-18.04mm/5a;综合M-K检验法、滑动T检验法、累积距平法,得出岷江上游1979-2014年气温和降雨序列突变时间为1995年。（3）通过对DEM的处理、土地利用数据的重分类、土壤属性参数计算和水文分组、相关气象数据的计算,构建了研究区SWAT数据库,完成SWAT模型的构建,将流域划分为31个子流域,1369个水文响应单元（Hydrologic Research Units,HRUs）。（4）利用多个水文站的多年逐月径流监测数据进行率定和验证,模型评价指标相关系数R2和纳什效率有效系数（Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,NSE）在各个站点的率定期和验证期均大于0.7,表明SWAT模型在岷江上游具有良好的适用性。（5）通过不同时期的土地利用和气象数据的叠加模拟,发现在研究时段内气候变化对径流的影响大于土地利用变化带来的影响,气候变化和土地利用变化的径流变化贡献率分别为57.55%和42.45%。（6）设置气候变化的情景模式对径流进行模拟,模拟结果表明在气温-1℃、-2℃、-3℃的情景下所模拟的径流比原始情景均有增加,每减少1℃,径流增幅呈减少趋势;气温在+1℃、+2℃、+3℃的情景下所模拟的径流比原始情景均有减少,每增加1℃,径流减幅呈减少的趋势;径流和降水量的增减相一致。温度上升带来的径流变化从大到小依次为松潘-沙坝段﹥沙坝-太平驿段﹥太平驿-紫平铺段;降雨变化带来的径流变化从大到小依次为松潘-沙坝段﹥太平驿-紫平铺段﹥沙坝-太平驿段。（7）设置极端土地利用变化情景模式,模拟结果表明对产流量的贡献从大到小依次为耕地﹥草地﹥林地;不同耕作情景模式下,作物残渣耕作对径流的抑制程度最高,达到2.4%。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景、目标和意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究目标
•     1.1.3 研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 径流对LUCC响应研究
•     1.2.2 径流对GCC响应研究
•     1.2.3 水文模型的应用
•     1.2.4 岷江上游径流研究
•   1.3 研究内容、方法及技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 研究方法
•     1.3.3 技术路线
•   1.4 创新点与研究特色
•     1.4.1 创新点
•     1.4.2 研究特色
• 2 研究区概况
•   2.1 地理位置
•   2.2 地质地貌
•   2.3 气候条件
•   2.4 土壤植被
•   2.5 河流水文
•   2.6 经济社会状况
•     2.6.1 经济发展状况
•     2.6.2 人口状况
• 3 岷江上游土地利用变化趋势分析
•   3.1 数据来源及处理
•   3.2 数据分析
•     3.2.1 土地利用面积的变化
•     3.2.2 土地利用转移矩阵分析
•     3.2.3 土地利用变化的空间动态分析
•   3.3 讨论与分析
• 4 岷江上游气候变化趋势分析
•   4.1 气温变化趋势
•     4.1.1 气温年际变化趋势分析
•     4.1.2 气温突变分析
•   4.2 降雨变化趋势分析
•     4.2.1 降雨年际变化趋势分析
•     4.2.2 降雨突变分析
• 5 SWAT分布式水文模型的基本原理及构建
•   5.1 SWAT模型简介
•   5.2 SWAT水文模拟过程
•   5.3 SWAT数据库构建
•     5.3.1 DEM底图处理
•     5.3.2 土地利用数据库构建
•     5.3.3 土壤数据库构建
•     5.3.4 气象数据库构建
•   5.4 子流域划分
•   5.5 水文响应单元划分
•   5.6 模型率定与验证
•     5.6.1 率定方法的选取
•     5.6.2 参数敏感性分析
•     5.6.3 模型评价标准
•     5.6.4 模型结果验证
•   5.7 模拟结果分析
• 6 径流对LUCC和 GCC的响应
•   6.1 径流对LUCC的响应
•   6.2 径流对GCC的响应
•   6.3 径流对LUCC和 GCC的综合响应
•   6.4 极端土地利用变化下的情景模拟
•   6.5 耕作模式管理措施
• 7 结论与展望
•   7.1 结论
•   7.2 展望
• 参考文献
• 附录
•   附表1 土壤上层属性数据库参数
•   附表2 土壤下层属性数据库参数
•   附表3 HRUs基本信息
• 作者简历
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周登科

导师: 倪福全

关键词: 土地利用,气候变化,径流

来源: 四川农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,地球物理学

单位: 四川农业大学

分类号: P467;P333

DOI: 10.27345/d.cnki.gsnyu.2019.000071

总页数: 134

文件大小: 4036K

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