变化环境下黄土高原雨水资源化潜力演变趋势及其驱动因子——以河龙区间为例

摘要

近年来，受到全球气候变暖和强人类活动的影响，黄土高原地区气候条件发生了显著的改变，同时由于退耕还林工程的实施，下垫面条件发生较大变化。气候情势和下垫面的变化势必会作用于区域水文循环过程，进而对整个区域国民经济健康发展和生态可持续性产生重大影响。河龙区间作为黄土高原典型的产流产沙区，同时也是退耕还林工程重点实施区域，研究变化环境下该区域现状及未来条件下雨水资源化潜力的演变趋势可为评估其植被恢复是否可持续以及水资源管理提供重要参考。本文首先对现状及未来的气象要素和土地利用变化进行分析，揭示研究区变化环境规律。然后结合黄土高原产流特征和水循环规律构建SWAT分布式水文模型定量评估研究区雨水资源化潜力，并区分气候变化和人类活动对雨水资源化潜力的影响，最后利用未来气象数据驱动分布式水文模型，分析未来研究区雨水资源化潜力的时空演变趋势。本文取得的主要结论如下： （1）研究区气候和下垫面均发生较大改变。现状时期（1980-2015）降水先下降后上升，转折点位于20世纪90年代中后期；气温显著上升，且于20世纪90年代发生突变。未来两种气候情景下（2021-2050）年降水和年平均气温均呈上升趋势，且多年平均值均高于现状时期。RCP8.5情景下气温呈全区域上升，RCP2.6情景下部分区域气温存在下降趋势。就降水而言，两种气候情景下均呈全区域上升的趋势。RCP2.6情景下南部年降水量上升趋势比北部更加显著，而RCP8.5情景则相反。通过土地利用转移矩阵发现各土地利用格局变化较大，其中林地增大面积最大。 （2）SWAT分布式水文模型在研究区具有较好的适用性，可用于评估雨水资源化潜力。研究区被分为232个子流域，平均面积为483km2。模型在校准期和验证期的相关系数和纳什效率系数均大于 0.5，即模拟值与实测值之间具有良好的匹配性。模型对月尺度径流的模拟结果优于日尺度径流模拟，且两种时间尺度模拟均满足模型验证要求。 （3）现状时期（1980-2015）雨水资源化潜力先下降后上升，气候变化是其主控因子。研究区年平均地表径流，土壤有效水增量以及雨水资源化潜力总体呈非显著（90%置信度）上升趋势。研究区多年平均雨水资源化潜力为347.19亿m3，占研究区降水量的63%。其中地表径流为33.06亿m3，占雨水资源化潜力的9.52%，土壤有效水增量为314.13亿m3，占雨水资源化潜力的90.48%。研究区大部分区域雨水资源化潜力呈上升趋势，中部地区上升趋势显著。气候变化为雨水资源化潜力的主导因素且为正影响，贡献率为63.4%；土地利用变化为次要因素且为负影响，贡献率为36.6%。 （4）研究发现未来两种气候情景下的雨水资源化潜力均高于现状。两种气候情景 下雨水资源化潜力空间分布规律相似，均呈南高北低的分布规律。对比两种情景，RCP8.5情景下的雨水资源化潜力普遍高于RCP2.6情景。且两种情景下雨水资源化潜力均呈上升趋势，但未通过90%置信度的显著性检验。RCP2.6情景下雨水资源化潜力为351.5亿m3，RCP8.5情景下雨水资源化潜力为367.7亿m3，均高于现状水平。

目录

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究综述

1.3 存在的问题与不足

第二章 研究内容与方法

2.1研究区概况

2.2 研究目标

2.3 研究内容

2.4 数据来源

2.5 研究方法

2.6 技术路线

第三章 黄土高原典型区气候及土地利用变化特征

3.1 现状气候变化特征

3.2 未来不同气候情景下研究区气候变化特征

3.3 研究区土地利用变化特征

3.4 小结

第四章 研究区雨水资源化潜力量化评价方法与模拟

4.1 SWAT模型简介

4.2 河龙区间SWAT模型的构建

4.3 河龙区间SWAT模型的率定与验证

4.4 小结

第五章 研究区雨水资源化潜力演变趋势及贡献率分析

5.1 雨水资源化潜力及其主要成分时间变化特征

5.2 雨水资源化潜力及其主要成分空间变化特征

5.3气候变化和土地利用对河龙区间雨水资源化潜力的分析

5.4 小结

第六章 未来气候条件下雨水资源化潜力演变特征

6.1 不同情景下雨水资源化潜力时间变化特征对比

6.2 不同情景下雨水资源化潜力空间变化特征对比

6.3 小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

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