气候变化和人类活动对锡尔河流域径流的长期影响
文献类型：学位论文
| 作者 | Sanim Bissenbayeva |
| 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 | 吉力力阿不都外力 |
| 关键词 | 锡尔河流域 中亚 水文模拟 气候变化 一般气候模式（GCM） Syr Darya River Basin Central Asia Hydrological Sensitivity Climate change General Climate Model (GCM) |
| 学位专业 | 理学博士 |
| 其他题名 | Long-term changes of the Syr Darya River Basin Runoff under climate change and human activities |
| 英文摘要 | 干旱区水资源是维系生态环境安全和维持干旱区社会经济可持续发展的重要保障。 在气候变化和日益增强的人类活动的强烈影响下,干旱区水资源的时空格局发生了显著变化。尤其是大坝的修建， 工农业耗水量的增加叠加在气候变化之上，导致了全球范围内的河流水文情势发生了显著变化， 给水资源管理带来了严峻的挑战。 作为两条主要入湖河流之一的锡尔河的径流变化直接影响到咸海水量平衡；同时， 锡尔河流域的水资源在满足咸海流域乃至整个中亚的水资源需求方面发挥着重要作用， 由于上游河源区气候变化和下游水资源不合理利用，特别是在近 80年来工农业的迅猛发展，水利建设和其它政治因素等人类活动的影响下，锡尔河流域开始出现缺水状况，导致的下游水供给能力的下降，其产生的农业生产、市政和工业用水压力预计将对流域内居民的生产生活产生严重影响。 总体来看，锡尔河流域地表径流的变化对吉尔吉斯斯坦，乌兹别克斯坦，塔吉克斯坦和哈萨克斯坦境内人民生产生活以及周围的生态系统产生重要影响。 但是， 中亚咸海流域复杂的自然环境背景以及水利工程的修建加剧了河流水文系统的复杂性， 对评估当前流域水文状况及预测未来变化产生了极大的不确定性。 本研究试图通过分析锡尔河流域气候变化和人类活动对地表径流的影响基础上， 建立预测模型研究未来气候变化背景下的径流变化趋势，研究结果对锡尔河流域乃至咸海流域的水资源管理具有重要意义。本文研究的目的在于增进对锡尔河流域对气候变化和人类活动的水文响应的理解。本文主要取得的研究成果如下： 定量分析锡尔河河流径流量的时间序列变化； 定量分析流域主要气象要素的时间序列变化； 理清降水模式变化与大规模大气环流之间的联系以及气候与径流之间关系； 分析了锡尔河流域的历史土地利用变化和人类活动变化及其气候变化对其产生的影响文章通过采用 Pettitt 检验和 Mann-Kendall（MK）趋势检验在内的非参数检验方法，对长时间的水文时间序列的进行趋势检验。 基于降水和潜在的蒸散量， 采用多种方法来评估气候变化和人类活动对年径流量的影响。为了预测未来径流变化，我们利用基于 GCM 模型集合(MIROC5、 MPI-ESM-LR 和 MPI-ESM-MR)和两种气候变化情景(RCP4.5 和 RCP8.5)得到的未来预估气温计算出未来的降水量和潜在蒸散发，通过以上气候因子来驱动气候弹性模型。论文的主要研究工作和结论如下:(1) 本文研究了过去 85 年锡尔河流域的水文气候趋势及其周期性变化，以此确定区域内气象要素和径流的时空变化趋势。结果表明，所有站点的年均气温都呈显著上升趋势，并且在近十年中呈现加速上升的趋势；年均降水趋势因气象站位置而不同，但是总体上呈现增加趋势。 从上世纪 60 年代以来， 锡尔河干流年径流量呈显著下降的趋势， 在 17 个水文站中，有 13 个的年径流量呈显著下降趋势， 但近年老有所上升。 从 1991 年以来锡尔河流域年径流量呈增加趋势， 。降水趋势和径流趋势的相关性结果表明， 1980 年以来，气候变化可能导致流域径流增加， 其中冬季增加明显。(2) 另一方面利用水文敏感性方法评估 1930 年至 2015 年气候变化和人类活动对锡尔河径流变化的影响。这一时间段被分为两个时期，自然期（1930-1960）和影响期（1961-2015）。 1 人类活动对锡尔河干流径流变化的影响程度约为 91-98%，对流域内支流的影响程度约为 41%-88%。 另外人类活动对流域水资源变化的影响下游地区要大于上游和中游地区。 此外据估计，人类活动解释了年均径流量减少原因的 82-99％，这主要是由于该地区灌溉取水造成的。从生态环境和地区水资源管理的角度看，径流的变化可能导致非常严重的生态后果。(3) 随着人口的不断增长和农业灌溉的进步，与水有关的人类活动，特别是农业生产活动，对水文要素的影响在过去 50 年中逐渐增强。在锡尔河流域，与水有关的人类活动主要是指不断的抽取地表水以满足不断扩大的灌溉农田的需求。锡尔河流域的灌溉面积从 1930 年的 990 公顷增加到 1960 年的 2040 公顷以及2015 年的 3179 公顷，从 1930 年到 2015 年， 该地区的灌溉面积增加了 3 倍，这使流域的总取水量明显增加， 通过比较分析表明，流域的取水量在 1960 年至1980 年期间增加了 50％，在 1980 年至 2013 年期间减少了 29％。此外， 在研究期间流域内最明显的土地利用变化是草地类型的变化，农业管理的现代化导致灌溉用的的增加和快速的城市化导致的城市面积扩张。人们普遍认为，这些类型的土地覆被/利用变化可能对流域的水文状况产生深远的影响。(4) 定量评估气候变化对径流的影响对区域水资源评估和区域发展战略的制定具有重要意义，特别是在水资源短缺且分布不均的地区。与水文模型方法相比，气候弹性模型方法更加灵活，其优势在于使用较少数据来研究气候变暖对流域水资源的影响。本研究使用基于 Budyko 的气候弹性模型，获得了三个主要气候因子的径流弹性。流域径流对降水量的弹性为 0.65～2.76，对气温的弹性为-0.3～-1.6。降水量增加与径流增加呈正相关，而与气温增加呈负相关。(5) 基于气候弹性模型方法与 CMIP5 气候模式对未来水资源变化情景进行预估模型的预测表明，在 2030-2070 年和 2070-2100 年这两个时期内，降水量平均增加了 6％和 22％。预计这两个时期的气温将分别上升 2℃和 3℃。结果表明，在 RCP4.5 情景下，多模型集合预测整个流域的年径流量在不久后将从 30％增加到 37％；在 RCP8.5 情境下，年径流量增长幅度比较明显，达到 41％-43％。锡尔河流域乃至整个中亚地区将受到全球变暖的更多影响。因此，本文结果有助于该地区未来可持续水资源管理策略的制定，有利于消除整个流域的水资源压力和储水脆弱性风险。 |
| 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/365004/15398]  |
| 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 | Sanim Bissenbayeva. 气候变化和人类活动对锡尔河流域径流的长期影响[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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