基于SWAT的气候与土地利用变化对径流量的影响研究——以堵河流域为例

摘要

地表径流是陆地水系统的重要组成部分之一，其流域内的气候变化会引起其水文特征的变化。同时，水文特征的改变也会影响降水、蒸发和径流等水循环的响应改变，从而导致水资源在时间和空间上重新分配和引起水资源量的改变，以此方式来影响人类社会经济和自然环境。SWAT水分布模型可以通过以某一流域为尺度的分布式水文模型。模型能够利用地理信息系统技术(GIS)和遥感技术(RS)提供的各种空间数据来对堵河流域的径流量进行模拟。
　　本研究在分析流域内外的气象站和水文站多年的年、月、日的水文、气象资料的基础上，假定研究期内的气象数据具有足够的代表性，可以代表流域内部的多年气候情况，根据该计算年径流量系列，以1983-1987年为基准期，通过SWAT模型所率定的水文参数的基础上，采用分布式水文模型，对堵河流域的径流量变化进行了模拟，力图为研究区内的区域经济发展和南水北调的中线工程提供一定的参考依据。通过模拟得出以下结论:
　　(1)堵河流域在1983-1997年时段内各土地利用类型间转化较为频繁。就宏观层次上看，1983年后该区城镇建设驱动堵河流域土地利用变化和转移。利用arcgis对堵河流域的土地利用进行了时空动态变化分析，2009年的林地、耕地、草用地面积较1983年有所减少，而水域和建设用地较1987年明显增加。这在一定程度上对径流量的变化产生了影响。
　　(2)堵河流域年内降水呈“单峰”状分布，年际降水量呈下降趋势，R2为0.004，下降趋势并不显著的。堵河流域的气温在研究期内呈现出上升趋势，R2均大于的值0.09，这显示，气温上升趋势在a=0.01显著性水平有一定的显著性。年平均最高气温和年平均最低气温在1990年后发生突变并显著呈上升趋势，年平均高气温在研究期内不存在突变现象。
　　(3)通过灵敏度分析，得到各参数灵敏性值和灵敏度等级。得出基流a系数(ALPHABF)、SCS径流曲线系数(CN2)、土壤可利用水量(SOL_AWC)、林冠最大截留量(canmx)和土壤深度(SOL_Z)这几个参数对径流影响最显著。
　　(4)通过对模拟结果进行分析，在1994-1998年和2005-2009年堵河流域内气候变化对流域径流量的贡献率大于土地利用变化对径流量的贡献率。其中:1994-1998年间土地利用变化对径流量的平均贡献率为16.67％，气候变化的贡献率则为83.33％;2005-2009年间土地利用变化对径流量的平均贡献率为21.91％，气候变化的贡献率则为78.03％。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 对气候变化和人类活动的研究

1．2．2 气候变化对水资源影响研究

1．2．3 人类活动对水文水资源量影响研究进展

1．3 研究目标、研究总体思路和关键问题

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究总体思路

1．3．3 拟解决的关键问题

1．3．4 研究方法

1．3．5 技术路线

2 研究区概况和数据收集

2．1 堵河流域自然地理条件

2．2 社会经济条件

2．3 数据收集

2．3．1 DEM(数字高程图)

2．3．2 土地利用数据

2．3．3 土壤数据

2．3．4 气象资料

2．3．5 水文资料

2．4 数据处理

2．4．1 流域内土地利用数据的获取

2．4．3 土壤数据的处理

2．4．3 水文、气象数据处理

3 堵河流域土地利用和气候动态变化

3．1 土地利用变化分析

3．2 堵河流域气候时空变化

3．2．1 堵河流域降水变化趋势

3．2．2 堵河流域气温变化趋势

4 SWAT数据库的建立

4．1 分布式水文模型SWAT的结构和原理

4．1．1 SWAT模型概述

4．1．2 SWAT模型结构及原理

4．2 SWAT数据库的建立

4．2．1 DEM数据的处理

4．2．2 土地利用类型数据处理

4．2．3 土壤数据库的建立

4．2．4 气象数据库的建立

4．3 基于DEM的水文参数提取

4．3．1 流域河网的生成

4．3．2 子流域的划分

4．3．3 水文响应单元的划分

4．4 敏感性分析

4．4．1 分析方法

4．4．2 分析结论

4．5 参数率定及校核验证

4．5．1 参数适用性评价方法

4．5．2 流域水文校核期参数率定

5 应用SWAT模型进行模拟

5．1 参数校准和模型验证

5．2 参数验证和评价期径流模拟

5．3 土地利用变化的影响

5．4 气候变化对径流量的影响

5．5 本章小结

6 结论与不足

6．1 基本结论

6．2 不足

6．2 建议

参考文献

致谢