黄河中上游耕地变化的流域水文效应
文献类型：学位论文
| 作者 | 姜婷 |
| 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 | 罗毅 |
| 关键词 | 黄河中上游 耕地变化 多源遥感识别 SWAT模型 流域水循环变化 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 黄河中上游地处我国西北，水资源短缺且时空分布不均，水分是限制农业生产和生态可持续发展的关键因素。耕地作为重要的生产资料和土地利用形式，其变化不仅关系到粮食安全问题，也显著地影响着黄河中上游的水文过程。受退耕还林（草）等工程措施的影响，黄河中上游大量耕地已发生变化，分析耕地变化的流域水文效应，将有助于认识该区域耕地与水文水资源的相互作用关系，为指导黄河中上游生态保护和高质量发展提供理论依据。 本研究以黄河中上游为研究区，在样地长期观测、遥感数据处理与生态水文模型搭建的基础上，从数据、方法和认识三个方面开展耕地时空变化识别、生态水文模型方法改进和多空间尺度耕地变化对水文过程影响分析，取得如下创新性进展和成果： 1. 获得黄河中上游耕地分类变化数据集。基于高精度的多源遥感数据和机器学习算法，对黄河中上游一般耕地、梯田和灌溉耕地的时空变化以及耕地熟制和不同作物种植区进行了有效识别，得到空间分辨率为30 m、时间跨度为1990–2015年的黄河中上游耕地分类时空变化数据集。基于该数据集数据发现黄河中上游耕地在2000年后变动加剧，耕地数量减少2.12万km2（10.75%），减少的耕地主要集中在退耕还林（草）工程被大力推行的陕北水系和渭河水系，且以转为草地为主（59.35%）。梯田和灌溉耕地的面积分别增加新增2.83万km2（72.58%）和1.35万km2（91.27%），流域耕地的净初级生产力在2000年后增速为7.30 gC·m-2·yr-1。 2. 增强了SWAT模型的梯田水循环过程模拟功能。梯田是黄河中上游水土保持和土地利用的重要工程措施，大规模的梯田工程势必会对局地乃至全域的水循环过程造成影响。SWAT模型尚不具备梯田工程措施下水循环过程模拟功能。为此，改进SWAT模型，将梯田作为独立土地利用形式，并开发梯田的截留纳蓄功能模拟。此外，为了反映耕地数量的变化，利用不同时间段土地利用变化数据来划分包含耕地转型变化的水文响应单元，以反映耕地在特定时期的转型情况。同时，耦合CLM 4.5模型模拟耕地作物和其他植被类型的生长，以反映不同植被类型的生长差异，实现植被动态生长的模拟。 3. 阐明了样地–典型流域–黄河中上游多空间尺度耕地变化的水文效应。在样地尺度，退耕转林后人工林对土壤储水量具有持续的消耗作用，在半干旱区和半湿润区土壤储水量变化率分别为-44.34 mm/yr和-0.84 mm/yr。退耕转草后撂荒草地补充了浅层（0–50 cm）土壤水分（补充速率为0.51 mm/yr）但对深层土壤水分持续消耗，导致群落结构趋向原生地带性植被演替。在典型流域尺度，梯田与灌溉增加了蒸散发量与土壤水分，但减少了产流，其减流效果随着梯田与灌区面积的增加而愈发明显；耕地转型增加了蒸散发，增加了上游3个流域的产流与土壤水，而减少了其余9个流域的。在黄河中上游尺度，梯田建设减少了径流，其中在干旱非黄土区的减少效果最为显著，径流系数从0.20减少至0.09。新增的灌溉耕地对径流系数的影响在干旱区表现为负效应，而在半干旱区则呈现出正向效应或无影响。退耕转林减少了径流，其中在黄土区的减少效果高于非黄土区。退耕转灌在黄土区产生减少径流的效果，而在非黄土区则产生增加径流的效果，其中在半干旱黄土区的减少效果最为明显（径流系数减小0.04，减少率为-60%）。退耕转草在各个气候-土壤分区内均对径流产生增加作用，其中对干旱区的增加作用（黄土区和非黄土区径流系数增加0.06和0.07）高于半干旱区（黄土区和非黄土区径流系数增加0.03和0.05）。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 152 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199807]  |
| 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 | 姜婷. 黄河中上游耕地变化的流域水文效应[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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