土地利用和气候变化对兴凯湖流域径流的影响研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 肖飞艳 |
| 答辩日期 | 2023-12 |
| 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 | 王训明 ; 付丛生 |
| 关键词 | SWAT+ 土地利用变化 气候变化 水文循环 CMIP6 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 近几十年来，全球环境发生了明显变化，对地表水资源产生了巨大影响。土地利用和气候变化是全球环境变化的两个主要方面，也是驱动水文循环从而导致地表水资源变化的两个关键因素。径流是水文循环中最重要的组成部分，其变化易受土地利用和气候变化的影响，量化土地利用和气候变化对径流的影响具有重要意义。流域水文模拟是水文研究的热点之一，但基于流域水文模拟的湖泊流域综合研究较少。小兴凯湖流域作为中俄界湖流域——兴凯湖流域在中国部分的主要子流域，其水资源状况关系到中国东北地区和俄罗斯远东地区的水资源安全和区域可持续发展。本文以小兴凯湖流域为例，利用1960s以来流域的气象和土地利用等数据以及农业管理措施和水库资料等，构建了适用于小兴凯湖流域并满足本研究需求的SWAT+（SoilandWaterAssessmentTool）模型，在此基础上通过情景模拟分离和量化了过去60年土地利用和气候变化对小兴凯湖流域径流的影响，并结合湖泊水量平衡模型，评价了气候变化和人类活动对小兴凯湖水量变化的贡献。此外，本文还通过第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）中11个全球气候模式（GCM）的中、高强迫情景下降水和气温预测数据驱动SWAT+模型对未来两种强迫情景下小兴凯湖入湖径流的变化进行了预测。主要结果如下： （1）对1960s以来小兴凯湖流域的降水、气温和蒸散发以及湖泊水位和面积进行年内、年际和年代际变化分析以及周期性分析，结果表明：小兴凯湖流域的气象要素季节差异明显，降水、气温和蒸散发在7月份最高，12月至次年2月最低；流域的降水和蒸散发在年际和年代际尺度上表现出类“W”型的变化特征，整体分别以0.54 mmyr-1和0.47 mmyr-1的速率呈不显著的增加趋势，且其变化趋势主要由丰水期降水和蒸发量决定，而年平均气温则呈现先明显增加后稳中略降整体以0.03 ℃yr-1的速率显著增加的变化趋势，且冬季和春、秋季气温增温趋势更明显；降水和蒸散发分别在1968~1983年间和1990s之前表现出10年左右的强烈变化周期，而气温在同时期存在8年左右的较弱的变化周期，但在1975~1985年和1999~2011年分别存在2~4年和3~5年的强烈变化周期；小兴凯湖在春季水位上升，进入丰水期后水位下降并在7月份达到年内最低，8~9月水位回升，秋、冬季水位再次下降，利用二次多项式对小兴凯湖的湖泊水位和面积进行重构发现自1962年以来二者分别以0.02 myr-1和0.36 km2yr-1的速率显著增加，且1990s之后的增加速率明显大于1990s之前，未表现出强烈周期波动特征。 （2）构建了基于动态土地利用的SWAT+模型以及基于静态土地利用的SWAT+模型，并利用7个水文站点的径流实测数据进行校准和验证，结果表明：SWAT+模型能够较好地模拟小兴凯湖流域20世纪60年代以来的径流，大部分站点的模拟径流与观测数据一致（大部分的纳什系数NSE和决定系数R2分别能达到0.5和0.6以上，大部分的偏差百分比PBIAS介于±25%）；基于动态土地利用输入的SWAT+模型径流模拟性能更佳，且在中、下游站点的径流模拟性能优于上游站点。 （3）利用SWAT+模型和情景模拟对比法定量分析了小兴凯湖流域土地利用和气候变化对入湖径流的影响，在此基础上结合湖泊水量平衡模型估算了各水平衡组分对湖泊水量变化的贡献，最终归纳了气候和人类活动对水量变化的贡献，结果表明：以降水增加为主的气候变化是小兴凯湖流域1981~1995年和2006~2017年入湖径流增加的主导因素，其贡献率分别为73.04%和50.79%，而以湿地、草地和林地向旱地和水田的转移以及旱地向水田的转变为主的土地利用方式的变化则是1996~2005年小兴凯湖入湖径流减少的主导因素，其贡献率为-63.45%；小兴凯湖的水量整体略有增加，直接的人类活动对水量变化的贡献最大（47.69%），其次是气候变化（34.81%）和土地利用变化（17.51%）。 （4）以11个CMIP6 GCM的降水、最高气温和最低气温预测数据的Delta Change偏差纠正结果驱动经校准的SWAT+模型对SSP245和SSP585气候情景下小兴凯湖流域2021~2060年（2040s）和2061~2100年（2080s）的径流进行预测，结果表明：Delta Change偏差纠正方法能够有效提升降水、最高/最低气温的预测精度，进而提升SWAT+径流预测结果的准确性；基于贝叶斯模型平均法的多模式径流预测加权平均集成效果明显优于普通算术平均集成；未来气候情景下，小兴凯湖的入湖径流将增加，且在2080s期间的入湖径流增加幅度显著高于2040s，除枯水期外，SSP245情景下的径流增加幅度高于SSP585情景下的径流增加幅度。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 148 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209306]  |
| 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 | 肖飞艳. 土地利用和气候变化对兴凯湖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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