基于SWAT模型的和田河上游气候和土地利用变化的水文效应模拟

论文摘要

近年来,全球变化环境下的水文循环及水资源研究成为水科学研究的热点问题,而流域水文模型是研究河流水文过程以及对变化环境下的径流情景模拟的重要工具。SWAT模型作为典型的分布式水文模型,其应用非常广泛。因此本文基于SWAT模型,选取和田河上游为研究区,在GIS技术的支持下,对和田河上游支流玉龙喀什河（简称玉河）和喀拉喀什河（简称喀河）进行水文模拟,并验证SWAT模型在高海拔山区的适用性,研究不同的气候和土地利用变化情景对水文过程的影响,为掌握流域径流变化特征和合理配置流域水资源提供科学参考。本文主要研究结论如下:（1）1962-2015年,和田河上游降水和气温均呈增加趋势,其变化速率分别为13.26mm/10a（P>0.05）和0.33℃/10a（P<0.001）。从季节上看,夏季、春季、冬季和秋季降水量的上升速率从大到小依次为9.54mm/10a、3.11mm/10a、0.82mm/10a和0.32mm/10a,且各季节的变化趋势均未达到P<0.05的显著性水平;而气温的变化速率由小到大依次为夏季（0.27℃/10a）、春季（0.31℃/10a）、冬季（0.29℃/10a）和秋季（0.43℃/10a）,且均呈显著（P<0.05）的上升趋势。和田河上游的气温和降水变化特征,反映出该地区的气候有向暖湿化转变的趋势。（2）1962-2015年,和田河上游的玉河和喀河径流的上升趋势分别为3.04m3·s-1/10a（P>0.05）和4.03m3·s-1/10a（P<0.05）;且径流的年际间变化的Cv值分别为0.23和0.21,径流变化相对平稳,但年内分配极不均匀。（3）1990-2015年间,和田河上游的土地利用以未利用地（50%）为主,其次是草地（24.5%）和水域（17.9%）,且土地利用变化的幅度越来越小。其中,1990-1995年,玉河流域主要由水域转向草地（3100ha）和未利用地（6300ha）;喀河流域主要由草地转向水域（7700ha）,未利用地主要来源于草地（占转出总面积的73.3%）和水域（67.6%）。1995-2005年,玉河流域主要由未利用地向草地（13500ha）和水域（8000ha）转换;喀河流域水域和未利用地共转向草地87700ha,水域实际转入未利用地39200ha。2005-2015年间,和田河上游土地利用方式主要由草地和未利用地转向耕地（1200ha）。（4）分别构建了玉河和喀河流域的SWAT模型,并对其月径流过程进行模拟。结果表明:校准期和验证期内,玉河径流量模拟值和实测值间的纳什效率系数（NS）分别为0.84和0.85,相对误差（RE）分别为2.55%和8.71%,决定系数（R2）分别为0.84和0.88。喀河在率定期内的纳什系数（NS）为0.79、决定系数（R2）为0.8、相对误差（RE）为1.06%,模型验证期的纳什系数（NS）为0.76,决定系数（R2）为0.77,相对误差（RE）为-8.81%。模拟结果均达到模型应用的基本要求,表明模型适用于该区域高寒山区水文过程模拟。（5）基于校准的和田河上游SWAT模型建立不同的变化情景,定量评估气候和土地利用变化的水文效应。结果表明:和田河上游径流与降水和相对湿度之间呈正相关,而与气温、日照时数和风速间则呈负相关性。土地利用变化引起和田河上游径流量的总体变化幅度较小。1991-2000年、2001-2010年和2011-2015年与基准期相比,气候变化是引起玉河和喀河径流变化的主要因素,其变化贡献率均在85%以上;而土地利用变化对径流的变化贡献率均在15%以下。1991-2015年与基准期相比,气候变化同样是引起水量平衡要素变化的主要原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究综述
•     1.2.1 基于SWAT模型的水文过程研究进展
•     1.2.2 气候和土地利用变化对水文过程影响的研究进展
•     1.2.3 和田河水资源研究现状
•   1.3 研究内容与技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 第2章 研究区概况与研究方法
•   2.1 研究区概况
•     2.1.1 自然环境概况
•     2.1.2 社会经济概况
•   2.2 研究方法
•     2.2.1 Mann-Kendall突变检验法
•     2.2.2 累积距平值
•     2.2.3 径流变差系数和年际极值比
•     2.2.4 土地利用动态度
•     2.2.5 SWAT模型
•     2.2.6 SWAT-CUP与 Sufi-2 算法
•     2.2.7 模型评价标准
•     2.2.8 气候和土地利用变化对水文过程影响的贡献率
•     2.2.9 径流变化率
• 第3章 气候、径流和土地利用变化分析
•   3.1 气候变化特征分析
•     3.1.1 降水变化特征分析
•     3.1.2 气温变化特征分析
•   3.2 径流变化特征分析
•     3.2.1 径流年际变化特征
•     3.2.2 径流年内变化特征
•   3.3 土地利用/覆被变化分析
•     3.3.1 土地利用类型数量变化分析
•     3.3.2 土地利用类型动态变化分析
•     3.3.3 土地利用类型转化分析
•   3.4 本章小结
• 第4章 基于SWAT模型的水文过程模拟
•   4.1 模型建立
•     4.1.1 DEM数据处理
•     4.1.2 土地利用数据处理
•     4.1.3 土壤数据处理
•     4.1.4 气象数据处理
•     4.1.5 水文数据处理
•   4.2 模型数据输入及模拟
•     4.2.1 子流域划分及参数计算
•     4.2.2 HRU划分
•     4.2.3 气象数据及SWAT文件输入
•     4.2.4 模型方法选择与运行
•   4.3 模型的校准与验证
•     4.3.1 参数的敏感性分析与率定
•     4.3.2 模拟结果评价与分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 定量评估气候和土地利用变化的水文效应
•   5.1 气候变化的水文效应模拟研究
•     5.1.1 气候变化情景设计
•     5.1.2 气候变化对径流的影响
•   5.2 土地利用/覆被变化的水文效应模拟研究
•     5.2.1 土地利用/覆被变化对径流的影响
•     5.2.2 土地利用/覆被变化对水量平衡过程的影响
•   5.3 定量评估径流和水量平衡过程对气候和土地利用变化的响应
•   5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 不足与展望
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文及研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘晓笛

导师: 李宝富

关键词: 模型,径流模拟,气候变化,土地利用,覆被变化,和田河上游,玉龙喀什河,喀拉喀什河

来源: 曲阜师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 曲阜师范大学

分类号: P333

总页数: 83

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