石林巴江流域径流过程对气候及土地利用变化的响应研究

论文摘要

云南石林岩溶区以其独特多样且分布集中的岩溶类型闻名于世,作为岩溶发展动力之一的水资源,不仅参与岩溶区自然变化,并对岩溶区社会的工农业生产、社会建设、生活用水等起到重大作用。因此我们需要了解岩溶区水资源的发展演变特征与形成规律,为当地经济生态可持续发展提供依据。石林巴江流域地处云贵高原喀斯特岩溶区,是珠江上游南盘江的一级支流,流域内的水文水资源与水文生态系统特殊,石漠化趋势突出。由于特殊地理环境与人为因素的影响,流域内水资源与生态系统的可持续性,已经成为制约当地经济发展的重要因素。因此,本文立足于前人研究的基础上,采用数理统计、遥感技术与水文模型相结合的分析方法,结合已有的气象水文实测数据资料,分析了巴江流域气候变化与土地利用变化的趋势,探讨了流域径流过程对气候与土地利用变化的响应,以期为流域水资源合理利用、水土流失治理、改善生态环境等提供参考借鉴依据。论文的重要研究成果如下:（1）巴江流域19652017年间气温的倾向率为0.38℃/10a,总体呈波动上升趋势,年内季节变化中冬季气温上升最快,其倾向率为0.50℃/10a;流域气温序列在1996年产生突变,且在1996年突变后气温变化呈显著性上升趋势;气温变化在21和28年上存在着周期振荡,其中28年为主振荡周期,并且贯穿整个研究时段。流域降雨量在53年来以-16.32mm/10a的速率呈明显的下降趋势,由于流域地处北亚热带季风气候区,具有明显的干湿季之分,因此年内降雨季节变化趋势差异较大,其中夏秋两季分别是以-3.09mm/10a、-3.22mm/10a的倾向率呈下降趋势,而春冬两季则分别以0.17mm/10a和0.87mm/10a的倾向率呈上升趋势;流域降雨量序列在1975年产生突变;流域降雨小波周期分析表明流域内存在着5a、10a、15a和28a多个振荡周期,其中28a为主振荡周期,并且具有全时域性。（2）19802009年巴江流域的径流总体趋势以-545.69×104m3/10a的速率下降,而春冬两季径流变化分别以84.88×104m3/10a和57.53×104m3/10a的速率增加,与流域径流的整体趋势相悖;流域径流量在1983年出现突变;流域径流量在研究期内的2a、4a、8a中有振荡周期,其中8a的振荡周期具有研究时段全时域性特征。通过对研究时段年内径流的均匀系数与集中度、集中期进行分析,结果表明径流量年内分布极不均匀,其中最高差值达到了0.39,并且在1983年径流突变年份的不均匀系数达到了最低;流域径流聚水量主要发生在夏秋两季,这两季占了年内径流总量的78.9%,且有67%年份的径流产生在7、8两月。（3）对巴江流域19882015年的土地利用变化特征进行了分析,研究表明巴江流域在研究期内的综合土地利用年变化率为0.83%,建设用地面积与草地面积在研究期间总体呈增加趋势,分别以每年3.11%、3.33%的速率在增长;而水域、林地、耕地以及未利用地在研究期间则呈减少趋势,但是下降趋势较小,年下降率不足1%,分别以每年-0.17%、-0.79%、-0.20%、-0.55%的速率下降,其中耕地、未利用地与林地三者的转移变化比较大,而水域、草地、建设用地在研究期间内面积的转移变化较为平缓。（4）基于多元线性回归模型与相关性分析法,对巴江流域19802009年的径流量与气候变化之间相应作了分析。结果表明研究期内流域径流量之与降雨量具有较强的相关性,因此利用多元线性回归模型定量性的分析径流与降雨之间的响应关系,发现当降雨量以0、±1%、±5%、±10%变化率变化时,相应的径流量对应的变化量为0、±2.06%、±9.79%、±19.59%,由此可见降雨量是引起流域径流量变化的敏感因素。（5）利用ANN神经网络与Mboost机器学习模型,结合分离评判法原理对巴江流域19802009年间气候因素与土地利用变化对径流量的贡献率做了分析。以2002年为界限,前期建立基准期与2002年以后作为人类活动期,其中ANN模型算出的土地利用变化的在贡献率为94.4%,Mboost机器学习模型算出土地利用变化的贡献率为96.9%。由此得出,在2002年以后人类活动期间土地利用变化对流域径流量的影响远大于气候因素。整体而言,上述研究成果为巴江流域水资源进一步的研究增添了新的思路与方法。不仅有助于提高人们对巴江流域水资源演变规律的认识,并对流域水资源的合理利用和生态水文的可持续发展提供了一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 气候变化对河流径流的影响研究进展
•     1.2.2 LUCC变化对河流径流的影响研究进展
•     1.2.3 ANN神经网络模型与MBOOST模型的应用与发展
•     1.2.4 巴江流域水文水资源研究概况
•   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
• 第二章 研究概况与研究方法
•   2.1 巴江流域概况
•     2.1.1 地理位置
•     2.1.2 地质地貌
•     2.1.3 气象水文
•     2.1.4 土壤与植被
•     2.1.5 社会经济概况
•   2.2 研究方法
•     2.2.1 数据来源
•     2.2.2 数据处理及研究方法
• 第三章 巴江流域气象水文特征与土地利用变化分析
•   3.1 巴江流域气象水文特征分析
•     3.1.1 流域气温变化分析
•     3.1.2 流域降雨变化分析
•     3.1.3 流域径流变化分析
•   3.2 巴江流域土地利用变化特征分析
•     3.2.1 巴江流域土地利用变化动态度分析
•     3.2.2 巴江流域土地利用转移矩阵分析
• 第四章 ANN与 Mboost模型建立与效率评估
•   4.1 巴江流域ANN神经网络模型径流模拟
•     4.1.1 模型建立与结构
•     4.1.2 模型性能评价指标
•     4.1.3 ANN模型输入输出因子、网络结构及相关参数
•     4.1.4 模型模拟结果
•   4.2 巴江流域Mboost机器学习模型径流模拟
•     4.2.1 模型建立与结构
•     4.2.2 模型模拟结果
• 第五章 巴江流域径流过程对气候与土地利用变化的响应
•   5.1 巴江流域年径流量对气候变化的响应
•     5.1.1 气候因子与径流量关系分析
•     5.1.2 气候因子对径流的影响
•   5.2 巴江流域年径流量对土地利用变化的响应
•     5.2.1 ANN神经网络模型下土地利用变化对径流的贡献率
•     5.2.2 Mboost学习模型下土地利用变化对径流的贡献率
• 第六章 结论与展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 问题与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文和研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 董顺朝

导师: 丁文荣

关键词: 气候变化,土地利用变化,神经网络模型,机器学习模型,响应,巴江流域

来源: 云南师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,经济与管理科学

专业: 气象学,地球物理学,农业经济

单位: 云南师范大学

分类号: P333;P467;F301.2

总页数: 83

文件大小: 3799K

下载量: 147