气候变化和人类活动对布克特玛河流域水资源的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | Moldir Rakhimova |
| 答辩日期 | 2020-05-30 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 刘铁 |
| 关键词 | 气候变化 人类活动 径流 GCM SWAT 布克特尔玛河流域 MME Climate change Human activity Runoff Buqtyrma River Basin General Circulation Model (GCM) MME SWAT |
| 学位专业 | 理学博士 |
| 其他题名 | The impact of climate change and human activities on the water resources of Buqtyrma River Basin |
| 英文摘要 | 水的地球表面时空分布十分不均匀，其空间性和时效性影响了水资源利用效率。例如洪水的资源化一直是水资源利用的难题之一。气候变化背景下洪水和干旱等极端气候事件频发，以及当地农业、生态和城市化对水资源的高要求，水资源的这种高时空变化性使得水资源管理非常困难。过去一个世纪的气候变化趋势和未来全球气候变化预测已经显示出来降水格局的变化、温度上升以及冰川和积雪面积的减少，气候变化将加剧水循环的变异，从而对全球和区域水资源产生严重影响。在过去的几十年中，人类活动加剧了农业、城市和工业等用水单元之间对有限淡水资源的竞争，因此分析气候变化趋势、量化气候变化影响，是进行科学管理和规划的前提。布克特尔玛河流域（Buqtyrma River Basin）位于阿尔泰山脉，欧亚草原和天山山脉结交出，其气候和水资源变化对农业和生态系统具有重要意义。未来气候变化将改变整个流域的水文循环。因此，在气候变化和社会经济快速发展的条件下，评估气候变化和人类活动对径流的影响是水安全的关键。水文模拟是流域水资源规划、过程和管理的重要工具。对于欠勘探或开发的流域使用此类模型非常重要。这项研究的主要目的是评估气候变化和人类活动对水资源的影响以及预测未来气候变化对温度和降水等气候变量的影响。同时，使用 SWAT 对布克特尔玛河流域（BRB）进行的水文模拟。为了实现此目标，设置了以下任务： (1)评估河流流量的长期变化并确定年径流量的转移点；量化气候变化和人为活动对径流量的影响，并评估布克特尔玛河流域（BRB）上、中和下部地区的影响程度。 (2) 在 RCP4.5 和 RCP8.5 排放的气候情景中，使用普通循环模型（GCM）对温度和降水的六种未来气候预测，评估气候变化对水文过程的影响。 (3) 利用SWAT 模型模拟布克特尔玛河流域（BRB）对未来气候变化的响应及其时空特征和流域水系统的贡献。研究结果表明：（1）研究区域的温度，降水和 PET 序列存在显著的时空差异性差异。本研究应用 MK 检验来分析各种水文气候变量的长期趋势，使用 Pettitt 检验和DCC（双累积曲线）确定转移点，计算了过去 65 年中三个不同海拔高度带的径流，检测了变化趋势和突变点，明晰了气候因素对布克特尔玛河流域径流的影响。在布克特玛河河流域的上部，在 1950–2015 年期间，年平均径流范围为329.6 至 1014.3 mm，年均观测值为 599. 4 mm。中部的年平均径流范围为259.3 至 769.0 mm，年平均为 481.0 mm；下部的年平均径流范围为 345.4 至1195.7 mm，下部的年平均径流值为 633.0 mm。在流域的上游、中部和下游，基于 MK 检验的 Z 统计值分别为 2.58、 0.87 和 1.82，这表明年在过去的 65 年中，径流量在整个研究区域呈增长趋势，增长速度在上、中和下游分别为 2.82 mm/年、 0.56 mm/年和 2.30 mm/年。结果表明，第一个明显的变化发生在 1982 年，因而截止 1982 年的时段可以被视为没有人为干扰的“自然基准年”，而 1983–2015 年可以被看做是“人类活动影响阶段”。因此，径流参考期可以分为变化期（1983–2015）和基准期（1950–1982）。为了明确起见，我们进一步将人为活动阶段分为 1983–1995 年， 1996–2005 年和 2006–2015 年三个阶段。在这些时期中， 1996 年至 2005 年期间，气候变化对径流变化的贡献程度在上游和中游地区最大，而在下游地区最小。检查气候因素和人类活动作为影响因素，量化影响因素的贡献百分比。受气候变化影响最大的是流域的中部和上部地区（在1983-2015 年期间分别增至 60.61％–78.07％和 49.79％–62.94%）。在下游， 人类活动的影响更为明显（1983-2015 年期间为 65.19％–89.54％），而气候变化的影响仅占 10.46％，这表明人为活动的影响最为重要。（2）研究区域内未来温度将高速率持续升温并有更多的降雨量。本研究通过空间相关性（R）、克林-古普塔效率（KGE）、纳什-苏克利夫效率 (NSE) 和均方根误差（RMSE） 4 种空间性能指标评估了 GCM 模式，发现了 MME 模式在研究区域内有较好的模拟效果。对于未来的降水和温度的预测中，使用了 2036 年至 2100 年的 GCM 数据。未来的时间段分为两个时间间隔，每个时间间隔为 30年： 2030s（2036 –2065）和 2070s（2071–2100）。使用 Delta 方法，在 RCP4.5和 8. 5 情景下估算了未来降水总量的变化。根据情景，比较远的将来，年降水量的增长将远远大于不久的将来的年降水量增长。根据 RCP4.5 情景，从 2071年到 2100 年尤其如此，与 1971–2000 年相比，降水量增加了 19.9％。可以预见， RCP4.5 和 8.5 下不久的将来的年降水量可能会比 1971–2000 年增加 13.6％和 10.5％。在 RCP 4.5 和 RCP 8.5 方案中，在不久的将来可能分别进一步增长19.9％和 18.1％。在季节变化上，雨季降水会继续增加，旱季降水会更加减少。此外，在不久的将来，与其他季节相比，预计冬季的降水量将略有增加。最低温度以及最高温度在将来会有所增加。与基线期相比， MME 预测的近期（2039–2065）和远期（2071–2100）期间的平均增长率为 0.37°C /十年，RCP4.5 为 0.33°C /十年， 0.50°C / RCP8.5 的十年和 0.61°C /十年。 2036–2100 年流域的年平均降水量和温度。未来的温度趋势显示了温室气体排放的各种情况，在 RCP4.5 下，到 21 世纪末，变暖将缓慢，而在 RCP8.5 下，变暖将持续上升。（3）水文模型模拟显示区域内未来径流量有所增加。利用土壤和水评估工具（SWAT）模型应用于布克特尔玛河流域，评估克特尔玛河高山雪流域对未来气候变化响应及其水资源量的时空变化。该模型利用 2009-2011 年进行了校准，并针对 2011-2013 年进行了验证。确定系数（R2 = 0.79; 0.83）、纳什-舒特克利夫效率指数（NS = 0.78; 0.81），克林古普塔效率（KGE = 0.82; 0.81）和误差百分比显示出模拟取得了较好的结果。日尺度模拟的率定和验证均达到了良好的结果（PBIAS = 8.7; 11.5）。利用 GCM 数据 2036–2065 和 2071–2100 中预测未来径流量，在这两个时间段中布克特玛河流域的洪峰最大值提前发生，径流量急剧增加。在 Lesnaya Pristan 站的出水口，未来两个时期的流量将相对于控制期变化 13.8％，在 RCP4.5 下为 10.78％，在 RCP8.5 下为 6.9％， 4.8％，径流量呈现增加趋势。 |
| 学科主题 | 地图学与地理信息系统 |
| 语种 | 英语 |
| 源URL | [http://ir.xjlas.org/handle/365004/15394]  |
| 专题 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 新疆生态与地理研究所_研究系统 |
| 作者单位 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | Moldir Rakhimova. 气候变化和人类活动对布克特玛河流域水资源的影响[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
入库方式： OAI收割
来源：新疆生态与地理研究所
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