黄河流域下垫面变化对流域径流的影响研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 栾金凯 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 张永强 |
| 关键词 | 下垫面变化 径流过程 植被变绿 淤地坝 SWAT-PML |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 受气候变化和高强度人类活动的影响，流域水循环过程发生了显著的变化，许多流域的年径流序列呈现出非稳态特征。一个流域可能同时包含着多种下垫面变化，将下垫面变化看作一个整体已经不能满足流域管理和水资源高效利用的需要，厘清各种下垫面变化对径流过程的影响机理，对流域水资源管理和可持续利用具有重要的指导意义。基于此本文以黄河流域多个子流域为研究区，针对植被变绿和淤地坝建设对流域水文过程影响的重大科学问题。首先利用八种方法对黄河流域多个子流域的径流变化进行归因分析，划分出气候变化和人类活动对流域径流变化的贡献率，并分析划分方法的不确定性与影响因素。在此基础上针对人类活动对流域水文过程的影响，将PML蒸散发模型与SWAT水文模型进行耦合，构建出SWAT-PML模型，并将遥感实测LAI替换模型模拟的LAI，通过设定两个模拟情景分析植被变绿对流域水文过程（径流深、蒸散发和土壤水）的影响。接下来针对六个淤地坝建设典型流域，分析气候变化、植被变绿和除植被变绿的其他人类活动对流域径流过程的影响。最后在SWAT模型坑塘水体模块的基础上设计出淤地坝调水模型算法，与SWAT-PML模型耦合，构建融合淤地坝模块的SWAT-PML模型，研究淤地坝建设对流域径流过程的影响。本研究基于黄河流域现状，运用模型模拟的方法，逐步深入地从单一下垫面变化到综合影响下的水文过程模拟，为流域水资源规划、管理以及可持续利用提供依据和参考。研究取得的主要结果如下： （1）不同归因方法的不确定性解析。不同归因分析方法划分的气候变化和人类活动对径流变化的贡献率存在较大的差距，比如：在皇甫川流域，气候变化对径流变化的贡献在变化期Ⅰ从12.4%（SCRCQ）到80.3%（SIMHYD），在变化期Ⅱ从6.1%（SCRCQ）到33.0%（BudykoYang）。在窟野河流域，气候变化对径流变化的贡献在变化期Ⅰ从13.67%（SCRCQ）到93.5%（HBV），在变化期Ⅱ从0.9%（Xinanjiang）到35.3%（HBV）。总体来看，基于Budyko水热耦合平衡方程的敏感性系数法的结果在大多数流域显示气候变化是主导因素，其余方法显示在大多数流域人类活动是造成径流变化的主要因素。总体而言，人类活动对黄河流域径流变化的影响大于气候变化。对于存在两个变化期（径流序列存在两个突变点）的流域，人类活动在变化期Ⅱ的贡献大于在变化期Ⅰ的贡献，呈现逐渐增加的趋势。不同划分方法的不确定性与流域属性并没有关系，划分方法的不确定性随着气候变化（人类活动）的贡献增加先不断增大，当气候变化（人类活动）的贡献达到50%时，不确定性达到最大值，接下来随着气候变化（人类活动）贡献不断增加，划分方法的不确定性又逐渐降低。（2）定量刻画了植被变绿对流域水循环过程的影响。从1981-2018年，黄河流域有72.2%的区域LAI呈现显著增加的趋势。植被变绿导致径流和土壤水下降，蒸散发增加，随着时间的推移，植被变绿对流域水文过程的影响逐渐增加。整个流域及各个子流域的径流量、土壤含水量和蒸散发量的变化与LAI变化显著相关，每增加一个单位的LAI能够导致土壤水大约下降45.6mm，蒸散发量增加161.91mm，径流量减少124.95mm。LAI增加越大的流域，土壤水和径流的减少量越大，蒸散发的增加量越大。不同流域蒸散发和径流变化对LAI变化的敏感性不同，越干旱的流域对植被变绿越敏感，越湿润的流域对植被变绿越不敏感。 （3）定量划分了三个因素的影响。在气候变化、植被变绿和除植被变绿之外的人类活动影响三个因素中，气候变化和植被变绿对径流变化的贡献均小于50%，大多数流域除植被变绿外其他人类活动对径流变化的贡献大于50%。除植被变绿之外的其他人类活动对流域径流变化的贡献最大，表现为减少所有流域的径流。 （4）构建了耦合淤地坝模块的SWAT-PML模型，并定量划分出淤地坝对流域径流过程的影响。基于SWAT模型中的坑塘模块，设计出淤地坝运行模块，并添加了四个与淤地坝有关的参数。将该淤地坝模块与SWAT-PML模型耦合，构建出耦合淤地坝模块的SWAT-PML模型，通过设定四个模拟情景，包括同时考虑植被变绿和淤地坝正常运行（率定出的四个淤地坝参数）情景、同时考虑植被变绿和淤地坝极限运行（极限拦水状态下的四个淤地坝参数）情景、只考虑植被变绿情景以及植被变绿和淤地坝运行均不考虑情景，来研究淤地坝运行对流域径流过程的影响。淤地坝极限运行减水量最大，植被变绿减水量次之，淤地坝正常运行状况下减水量最小。四个研究流域中淤地坝极限减水比例为23.3%~45.4%；植被变绿减水比例为11.0%~31.9%；淤地坝正常运行状况下的减水比例为-2.9%~21.1%，最佳运行状况下的减水比例为3.1%~6.0%。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 136 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199794]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 栾金凯. 黄河流域下垫面变化对流域径流的影响研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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