渭河流域水文气象要素演变特征及径流演变归因分析

论文摘要

随着社会经济的快速发展和全球气候变化,社会经济发展对水资源的需求增加与大自然提供可用水资源的水量所形成的矛盾日益加剧,其最直观的表现为河道径流的减少与干枯。河道径流的这种变化正是流域水循环水文要素发生变化的综合反映。本论文在此背景下,以渭河流域为研究区,基于流域水循环理论,运用多种数理统计方法和SWAT模型来综合定量分析水循环过程中的水文气象要素演变特征及径流演变归因。研究成果对流域生态环境保护、经济可持续性发展及全流域因地制宜地开发利用和保护水资源及土地资源具有重要的参考作用。主要研究内容及成果如下:（1）采用Penman-Monteith公式计算流域潜在蒸发量,并采用滑动平均值法、M-K趋势检验法、滑动t检验和Morlet小波等方法对流域水文气象要素降水、气温、蒸发量和径流演变规律进行了分析研究。结果表明1960～2016年降水呈不显著的减少趋势,其变化率为-0.93mm/a,多年平均降水量为541.2mm,空间分布呈现出“东南多西北少”的特征。潜在蒸发量和气温均呈现增加趋势,气温升高显著而潜在蒸发量增加不显著。流域内各水文站实测年径流量均呈显著减少趋势,根据径流变化突变点分析将研究时段划分为基准期1960～1970和变化期1971～2016年;根据Morlet小波周期性分析,径流变化的周期约为23年左右,其中1965～2009年经历了 2个完整的丰枯变化周期。（2）采用SWAT模型模拟渭河流域的径流量。在建模过程中生成了 121个子流域和850个水文相应单元的数据库,采用“先支流后干流,先上游后下游”的方式对各水文站控制区域的模型参数进行逐级率定,并利用Nash-Suttcliffe效率系数(ENS)、决定性系数（R2）和相对误差（Re）三个指标对模型的模拟效果进行评定。结果显示各站的ENS和R2均在0.5以上,个别站达0.8以上,各站模拟相对误差在25%以下,大多数站点的相对误差均在15%以下。模拟结果表明SWAT模型在该地区具有较好的适用性。（3）利用土地利用转移矩阵和GIS叠加图层的方式分析了 1980年、2000年和2015年三期土地利用变化情况,2015年土地利用情况与1980年相比利用变化区域面积仅占总面积的3.56%,土地利用变化的面积较小。运用SWAT模型分析土地利用变化对径流的影响,表明由土地利用变化引起径流减少较小。通过设置单一土地利用变化情境,揭示单一土地利用变化对径流的影响,分析表明中下游径流变化对土地利用变化更敏感。（4）通过分析研究将径流变化的影响因素归为气候变化和人类活动两大类。对渭河流域华县水文站径流变化进行的归因分析表明1971～1993年年径流量相比基准期1960～1970年减少了 28.78亿m3,其中由气候变化和人类活动引起径流减少量的贡献率分别为65.13%和34.86%;1994～2016年年径流量与基准期相比减少了 51.60亿m3,气候变化和人类活动的贡献率分别为43.36%和56.64%。对汛期和非汛期进行的归因分析表明汛期人类活动对径流变化影响强度大于非汛期。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 气候变化对水循环的影响
•     1.2.2 人类活动对水循环的影响
•     1.2.3 径流演变归因分析方法
•   1.3 研究思路及内容
•     1.3.1 研究目标及内容
•     1.3.2 研究思路与技术路线
•     1.3.3 论文框架
• 2 研究区域及数据来源
•   2.1 研究区域概况
•     2.1.1 流域自然地理特点
•     2.1.2 社会经济概况
•     2.1.3 水资源开发及存在的问题
•   2.2 资料来源
• 3 水文气象要素演变特征分析
•   3.1 研究方法
•     3.1.1 趋势性分析
•     3.1.2 突变点分析
•     3.1.3 周期性分析
•   3.2 水文气象因子演变特征分析
•     3.2.1 降水演变特征
•     3.2.2 气温演变特征
•     3.2.3 潜在蒸发量演变特征
•   3.3 径流演变特征分析
•     3.3.1 径流年际变化
•     3.3.2 径流周期性分析
•     3.3.3 径流序列突变点分析
•   3.4 本章小结
• 4 渭河流域SWAT模型
•   4.1 SWAT模型介绍
•   4.2 模型计算原理
•     4.2.1 水量平衡计算
•     4.2.2 产汇流计算
•   4.3 基础数据库的准备与模型的建立
•     4.3.1 模型基础数据库的准备
•     4.3.2 模型的建立
•   4.4 参数率定及适用性分析
•     4.4.1 参数敏感性分析
•     4.4.2 参数率定
•     4.4.3 模型模拟结果评价
•   4.5 本章小结
• 5 土地利用变化对流域水文要素的影响
•   5.1 土地利用变化分析与情景设定
•     5.1.1 土地利用变化分析
•     5.1.2 情景设置
•   5.2 历史土地利用变化情景下流域水文要素的变化
•     5.2.1 水文要素的时间变化
•     5.2.2 水文要素的空间变化
•   5.3 单一土地利用变化情境下对水文要素的变化
•     5.3.1 水文要素的变化
•     5.3.2 水文要素的空间变化
•   5.4 本章小结
• 6 基于模型还原径流法的径流演变归因分析
•   6.1 影响因素分类与模型还原方法概述
•     6.1.1 影响径流变化因素的分类
•     6.1.2 模型还原径流法概述
•   6.2 影响径流变化因素的定量识别
•     6.2.1 年径流量变化归因分析
•     6.2.2 汛期和非汛期径流量变化归因分析
•   6.3 本章小结
• 7 结论与展望
•   7.1 主要结论
•   7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李烁阳

导师: 刘小燕,杨贵羽

关键词: 渭河流域,水文气象要素,演变特征,模型,土地利用变化,径流归因分析

来源: 内蒙古农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 内蒙古农业大学

分类号: P333

DOI: 10.27229/d.cnki.gnmnu.2019.000569

总页数: 81

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