快速城市化地区土地利用变化的水文效应研究——以浙江省义乌市为例

摘要

城市是人类聚集的形式之一，也是人类生产力发展到一定程度的结果，它象征着一个国家的区域政治、经济、文化中心。城市的出现极大推动了人们的生产生活以及文化水平，其发展不断提高土地利用效率，人口密度不断增加，推动了社会和经济的发展，但也带来了一系列水资源问题，如洪涝灾害、水资源短缺、地质灾害等。浙江省义乌市是我国典型的快速城市化地区，其城市规模由20世纪80年代的不到3km2发展到2005年的60km2;城区人口由不到3万人增长到70万人。义乌市的快速城市化进程使其经济快速增长，同时也对流域内的水文循环产生重要影响。因此本文以典型快速城市化地区浙江省义乌市为例，在研究区建立SWAT（Soil and Water Assessment Tool）分布式水文模型，通过对比不同类型的流域，从多尺度时间和空间的角度研究了义乌市快速城市化进程的水文效应，主要研究结果如下:
　　1)在义乌市及附近地区建立SWAT模型。采用1990年土地利用数据、1970～1993年气象数据和水文监测数据在浙江省义乌市及附近城市地区建立SWAT水文模型。最终达到:率定期NSE=0.83、R2=0.82、PBIAS=0.15，验证期NSE=0.89、R2=0.86、PBIAS=0.02，其中P-factor和R-factor分别为0.88和0.65。模型模拟效果较好，可以用于模拟研究义乌快速城市化的水文效应。
　　2)研究区2020年土地利用分布预测。采用CA-Markov模型对2015年流域土地利用进行预测。将预测结果与2015年遥感解译影像进行比对并采用Kappa系数评价吻合度。最终整个流域整体Kappa系数为0.802，说明预测结果较好。在此基础上采用2010和2015年土地利用分布图以及相同的土地利用分布适宜性图集预测了流域2020年土地利用分布情况。
　　3)义乌市快速城市化特点分析。通过对比义乌流域和周边城市化流域以及自然流域发现，义乌流域为典型快速城市化地区。其中2000～2005年是该地区快速城市化进程最明显的阶段，短短五年内城镇建设用地面积从流域的11.8％增长到30.7％。义乌流域城市化形式表现为早期以空间集聚为主，中期占用耕地圆环式向外扩张，后期沿东北和西南方先发展并占用林地。
　　4)义乌市年际城市化水文效应分析。义乌市年地表径流量明显增多，从1990年的年均408.4mm增加到2015年643.1mm，预测2020年将达到717.6mm;地下水补给、蒸散发和土壤水含量都有不同程度的减少且减少量较明显，分别从1990年的282.8mm、713.9mm和113.1mm减少到2020年的99.5mm、615.7mm和61.9mm。
　　5)义乌市年内城市化水文效应分析。在年内变化上，义乌市地表径流和地下水补给的变化具有明显的季节性规律，即一年中由于城市化作用导致地表径流的增加以及地下水补给的减少多集中于3月至8月（春夏季），9月至翌年2月（秋冬季）的变化并不明显。
　　6)义乌市城市化水文效应空间变化分析。空间分布上，义乌市地表径流增加量和地下水补给、蒸散发以及土壤水含量的减少量主要集中在城镇建设用地的扩张区域，而流域内其他区域变化不大。各水文要素主要与流域土地利用类型有关，且地下水补给和土壤水含量还与土壤类型有关，但就影响力来说都不如城镇建设用地对水文循环的影响更强。

目录

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 国内外研究进展

1．4 研究内容

2 SWAT模型及其原理

2．1 分布式水文模型

2．2 SWAT模型简介

2．3 SWAT模型应用现状

2．4 SWAT模型原理

2．5 SWAT水文循环模拟

2．5．1 地表径流

2．5．2 地下水补给

2．5．3 蒸散发

2．5．4 土壤水含量

3 研究区概况

3．1 义乌市自然条件

3．1．1 地理位置

3．1．2 地形地貌

3．1．3 水系及气候

3．1．4 土壤

3．1．5 森林植被

3．2 义乌市社会经济概况

3．2．1 行政区划和人口

3．2．2 经济总量和产业结构

3．3 义乌市城市化概况

4 SWAT模型数据库建立

4．1 数据来源和预处理

4．2 子流域划分

4．3 生成水文响应单元

4．3．1 土地利用数据库

4．3．2 土壤数据库

4．4 建立天气发生器

5 模型率定和验证

5．1 参数敏感性分析

5．2 参数率定

5．2．1 率定方法

5．2．2 不确定性分析

5．2．3 率定结果和验证

6 快速城市化对水文循环的影响

6．1 流域2020年土地利用预测

6．1．1 CA-Markov土地利用预测步骤

6．1．2 未来土地利用模拟预测

6．2 义乌市快速城市化分析

6．3 义乌市快速城市化的水文效应

6．3．1 快速城市化对水文要素的年际影响

6．3．2 快速城市化对水文要素的年内影响

6．3．3 快速城市化水文效应的空间分布变化

7 结论和讨论

7．1 结论

7．2 讨论

7．3 不足和展望

7．4 创新点

参考文献

致谢

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