嘉陵江流域径流时空变化特征及其驱动因素研究

论文摘要

嘉陵江流域系长江上游流域重要的水源地,地处我国第一第二阶梯地形变化带,流域内部气象水文条件具有明显空间异质性。明确该流域水文要素的时空特征,辨识其对气象/非气象因子的敏感性,并重点关注径流空间变化的驱动因子,对合理利用、管理、调控流域水资源具有重要意义。因此,本研究基于嘉陵江流域20个气象站点及8个水文站点1954-2015年观测数据,从时间和空间尺度解析气象及水文要素的变化规律;采用基于Budyko假设的水热平衡方程对径流的时间变化进行敏感性分析和归因分析;进一步,通过构建嘉陵江流域的SWAT水文模型,获得该流域逐月径流模拟值,采用主成分分析、聚类分析法及线性回归法,对流域产流量的时空特征及驱动因素进行分析。主要结论如下:（1）基于降水量（P）、径流深（R）及潜在蒸散发（E0）长时间序列,采用数学统计、Mann-Kendall、Sen’s slope趋势分析法及Pettitt突变检验,解析嘉陵江流域气象和水文要素的时间变化特征,基于内部水文站点将该流域划分为8个子流域,进一步分析其空间变化特征,结果表明:嘉陵江流域气象水文要素年内分配不均匀,1954-2015年P、E0、R年序列在时间上分别呈现下降、上升、下降趋势,并分别与1990年、1979年1993年发生突变;空间上嘉陵江流域上游至下游,气候逐渐湿润,上游子流域P、E0分别呈现下降、上升趋势,与流域整体保持一致,而中下游变化趋势与之相反;除流域东侧支流渠江流域外,其他研究区R变化与P保持一致,并呈现上游与中下游变化趋势相反的特征。（2）采用基于Budyko假设Mezentsev-Choudhury-Yang方程的弹性系数法和互补法进行嘉陵江流域径流变化敏感性分析和气象、非气象要素的贡献率特征研究,结果表明:嘉陵江流域半湿润地区径流对流域属性参数（n）的敏感性高于湿润地区;气象与非气象要素对嘉陵江流域的径流变化的贡献率约为20%、80%,且在时间上无明显变化;子流域归因分析结果存在时间变化,与基准期（1954-1979年）相比,第一影响期（1980-1993年）中贡献率较高的因素,其贡献率在第二影响期（1994-2015年）中呈现下降趋势。流域内部的空间差异,使得该地区进行归因分析将更困难及复杂。（3）以1980-1981年为预热期,1982-2000年为率定期,2001-2015年为验证期构建嘉陵江流域SWAT模型,进行月值数据模拟,结果表明SWAT模型在嘉陵江流域具有较强的适用性,模型评价指标R2、NSE、PBIAS在罗渡溪站、武胜站、北碚站均表现为“极好”,在小河坝站表现为“较好”,即模型可较好反映流域水文特征。（4）采用SWAT模型逐月模拟结果进一步进行嘉陵江流域径流在不同时间尺度的空间变化特征研究,结果表明:嘉陵江流域产流量在空间上呈现上游少,中游多的分布。以中下游分界点为界,下游区域产流量较低。上游低产流区继续减少,而在下游低产流区呈现明显的增加。子流域在各季节产流量空间分布、径流变化率空间格局存在差异。根据子流域径流影响因素进行主成分及聚类分析,并对不同聚类类型区进行影响因素主成分与子流域产流量的主成分回归分析,其标准化回归系数表明降水因子主要控制嘉陵江东源西侧支流低产流区域产流量;流域形态因子主要影响嘉陵江东部源头区域及中部断裂带区域产流过程;地表条件因子主要影响嘉陵江中下游低海拔地区径流过程;嘉陵江西源区域产流量同时受气象因子、地表条件因子的控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 引言
•   1.1. 选题背景及研究意义
•   1.2. 国内外研究进展
•     1.2.1. 流域水文要素时空特征及驱动因素研究
•     1.2.2. 基于Budyko假设的水文分析方法
•     1.2.3. SWAT模型的研究进展
•   1.3. 研究内容与技术路线
• 2. 研究区概况
•   2.1. 地理位置
•   2.2. 地形地貌
•   2.3. 气象水文
•   2.4. 土壤植被
•   2.5. 社会经济
• 3. 数据来源与研究方法
•   3.1. 数据来源
•     3.1.1. 气象水文数据
•     3.1.2. 空间数据
•   3.2. 研究方法
•     3.2.1. 气象水文要素时空变化特征分析方法
•     3.2.2. 基于Budyko假设的径流变化归因分析方法
•     3.2.3. 基于SWAT模型的径流模拟
•     3.2.4. 流域产流空间特征及驱动因素分析方法
• 4. 气象水文要素时空变化特征
•   4.1. 气象水文要素时间序列统计特征及空间分布
•   4.2. 气象水文要素变化趋势分析
•   4.3. 气象水文要素突变检验
•   4.4. 小结
• 5. 基于Budyko假设的流域径流时间变化的归因分析
•   5.1. 径流对气象/非气象要素的敏感性分析
•     5.1.1. 弹性系数理论分布特征
•     5.1.2. 嘉陵江流域径流敏感性特征
•   5.2. 气象及非气象要素对径流变化的贡献分析
•   5.3. 小结
• 6. 基于SWAT模型的径流模拟
•   6.1. 基础数据库构建
•     6.1.1. 数字高程模型
•     6.1.2. 土地利用数据库
•     6.1.3. 土壤数据库
•     6.1.4 气象数据库
•   6.2. 嘉陵江流域SWAT模型构建
•     6.2.1. 子流域划分
•     6.2.2. 水文响应单元划分
•     6.2.3. 气象数据输入
•     6.2.4. 运行SWAT模型
•   6.3. 模型参数率定与验证
•     6.3.1. 模型的适用性评价
•     6.3.2. 模型参数敏感性分析
•     6.3.3. 径流模拟参数率定及验证
•   6.4. 小结
• 7. 基于SWAT模型的流域产流空间变化及驱动要素分析
•   7.1. 基于SWAT模拟的嘉陵江流域产流空间特征
•     7.1.1. 产流年际径流变化空间特征
•     7.1.2. 产流季节变化空间特征
•   7.2. 嘉陵江流域径流驱动因素分析
•     7.2.1. 嘉陵江流域径流变化主要影响因素
•     7.2.2. 基于主成分分析的影响因素特征
•     7.2.3. 基于聚类分析的径流空间特征驱动因素分析
•   7.3. 小结
• 8. 结论与展望
•   8.1. 主要结论
•   8.2. 展望
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孟铖铖

导师: 张会兰

关键词: 嘉陵江流域,径流量,时空异质性,归因分析,模型

来源: 北京林业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 北京林业大学

基金: 国家自然科学基金项目“基于耦合模拟的三峡库区坡面水文过程对林分结构特征的响应”(51309006),国家重大水利基金项目“三峡工程泥沙重大问题研究课题”(12610100000018J129-01),中央高校基本科研业务经费中长期团队项目“流域水文过程与及机理”(N0.2016ZCQ06)

分类号: P333.1

DOI: 10.26949/d.cnki.gblyu.2019.000829

总页数: 77

文件大小: 6543K

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