变化条件下黄土塬地区水文形势演变及其生态效应评估

摘要

受气候变化和土地利用变化的影响，从20世纪80年代起黄土丘陵地区中小流域的径流大幅减少，影响了区域水文循环和水量平衡，限制了经济和社会的可持续发展。本研究选取了位于泾河流域东南部的典型中型流域—清河流域作为研究对象，利用SWAT分布式水文模型模拟清河流域的径流过程，为今后的水资源利用与管理以及流域环境保护与修复奠定坚实的基础。
　　由于受地理条件的影响和人为因素的限制，清河流域缺乏观测资料，使得区域水资源开发、利用和管理受到很大的制约。本文基于清河流域周边7个气象站实测的日气象数据和利用泾河流域景村站至张家山站段1959-2010年水文数据采用水文比拟法初步确定流域径流量，及1990年、2000年和2009年三期土地利用数据，计算并分析清河流域气候、土地利用以及径流的时空变化，后运行SWAT模型模拟了植被变化对流域径流的影响，及气候及水文变化对生态环境的影响。结果如下：
　　（1）1981-2005年，清河流域降水的年际变化呈显著下降趋势，年内降水主要集中在5-10月，约占全年降水总量的80％。气温的年际变化比较剧烈，上升趋势显著。基于模型1960-2010年月径流量模拟结果，得到汛期径流量（7-10月）占全年径流总量的70%以上。清河流域的主要土地利用类型为耕地、林地、草地；1990-2000年流域林地面积大幅增加，草地面积大幅减少；2000-2009年林地面积略有减少，其余类型面积变化较小。
　　（2）利用SWAT模型模拟清河流域径流，采用参数移植法解决模型参数问题。率定期1975-1980年的年径流Ens、R2和Re分别为0.84，0.95，12.12%；验证期1980-1985年的年径流Ens、R2和Re分别为0.73，0.89，9.72%。率定期的月径流Ens、R2和Re分别为0.94，0.96，5.05%；验证期的月径流Ens、R2和Re分别为0.90，0.83，7.12%。Ens、R2和Re值均达到模型精度要求，模型适合清河流域的模拟。
　　（3）利用校准后的模型，模拟不同土地利用条件下的径流变化情况，结果表明，在不同土地利用条件下，流域蒸发量均增加，径流总量均下降，说明在半湿润、半干旱地区，退耕造林、还草仍会减少径流。另外，3种土地利用情景的模拟结果表明：草地和林地消耗流域水分，使得模拟径流变小，但草地消耗的水分较林地少，耕地的减水能力与草地几乎相同，退耕还草较退耕还林更有利于维持流域的径流。
　　（4）流域生态亦受气候与径流变化的影响。1980-2014年，流域的气温升高，降水量减少，年际NPP值波动式下降；NPP值与流域降水量呈显著正相关。植被NDVI与年径流量呈相反变化趋势。四个年份的数据说明，随着植被覆盖度增加，区域蒸发量随之增加，会导致流域径流量减少。

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第一章 引言

1.1研究背景及研究意义

1.2国内外研究进展

1.3研究内容与技术路线

1.4研究方法

第二章 流域水文要素变化分析

2.1清河流域概况

2.2流域径流变化特征

第三章 流域气候和土地利用变化分析

3.1气候变化分析

3.2土地利用变化分析

第四章 SWAT模型数据准备及数据库建立

4.1模型简介

4.2 SWAT模型数据库的构建

第五章 模型运行及参数率定

5.1流域模型初步模拟

5.2初步模拟结果评价

5.3参数敏感性分析

5.4参数率定与验证

第六章 基于SWAT模型的流域水文生态响应

6.1 1975-2015年水量平衡分析

6.2土地利用与气候对径流变化的贡献率分析

6.3不同时段土地利用覆盖的径流模拟分析

6.4土地利用情景模拟

6.5气候、水量变化对流域生态的影响分析

结论与展望

结论

研究中存在的不足

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢