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《北京林业大学》 2011年
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黄土丘陵区流域径流泥沙对气候变化和高强度人类活动响应研究

李庆云  
【摘要】:土地覆被/气候变化,以及他们对流域水文循环的影响是目前广受水文学家关注的热点之一。我国黄土高原特别是丘陵沟壑区水土流失严重,水资源短缺,导致生态系统极其脆弱,在气候变化背景下,该区近些年大范围退耕还林还草工程、水土保持综合治理等生态恢复工程对流域下垫面产生了极大影响,因而对黄土高原河川径流、输沙的演变规律及其原因的研究也越来越多。本文以位于黄土丘陵沟壑区第三副区的藉河流域(1019km2)为研究区,利用1962-2008年间的水文气象实测资料,对流域气象要素以及径流、输沙进行趋势分析和突变检验;同时基于流域5期土地利用,分析气候变化和人类活动对水文过程的影响;最后采用SWAT模型进行了不同覆被和气候变化模式下的水文生态模拟。以期为该地区水土流失治理和森林植被建设提供理论依据。主要结论如下: 1)通过对5期土地利用分析,表明流域近几十年土地利用结构发生了很大变化。1975年以坡耕地和草地为主,二者占流域近80%,梯田只有零散分布;90年代后大量坡耕地变为梯田,梯田占总面积约33%,林地保持缓慢增加,2000年后林地增加较快,比1975年增加21.9%,草地则无明显增长,流域2000年以来林草覆被增加,植被恢复趋势较好。 2)藉河流域1962-2008间年均降雨量555.8mm,过去近50年略有下降,线性倾向率为-3mm/10a,90年代下降比较明显,但通过Mann-Kendall非参数检验并没有发现显著趋势性变化。区域平均、最低和最高气温呈现明显的上升趋势,三者线性变化率分别为0.37℃/10a、0.34℃/10a、0.39℃/10a,研究期间分别增温1.74℃、1.83℃、1.60℃,并且发现冬春季升温显著;通过MK和滑动t检验,并结合跃变参数分析表明,三者突变点分别于1993、1995、1997年,之后便超过α=0.05显著性水平,表明气候变化大背景下该区域升温趋势性显著。 3)流域径流量和输沙量均呈现明显的下降趋势,尤其是90年代锐减,仅分别占60年代的30.2%和21.3%,年际变化极大,变差系数分别达75.0%和87.4%; 者均于1976年发生突变,并分别于1993年、1977年超过0.05显著性水平。 4)基于线性回归法估算出降水变化和人类活动对径流减少的影响率分别为13.5%和86.5%;同时采用水量平衡原理分析出气候因子和人类活动对径流减少分别占12.5%和87.5%的贡献率,二者结果比较一致,但不同年代有一定差异,90年代降水引起的径流减少占到48.2%。基于降水-输沙双累积曲线法得出降雨变化对输沙减少的贡献率为14.8%,而人类活动的贡献率达85.2%;此外本文又采用USLE分析了二者对输沙的影响,结果是二者的影响率分别为13.5%和86.5%,其中流域沟道坝系工程建设对输沙减少的贡献约为16%,意味着土地利用变化对输沙减少占到70%的影响。 5) SWAT模型模拟结果表明,年径流、输沙校准期内的效率系数Ens在0.7左右,相对误差小于15%,决定系数R2大于0.7,满足模型模拟精度,验证期内年径流和泥沙模拟效果不如校准期;同样,月尺度的径流泥沙在校准期模拟效果好于验证期,径流泥沙模拟值和实测值保持良好一致性趋势。不确定性分析表明DEM分辨率和子流域划分水平对径流影响很小,但对产沙量影响显著。 6)不同土地利用方式产流产沙特性不同,藉河流域主要土地利用类型产流产沙量大小表现为坡耕地草地林地梯田,从空间分布看,中上游明显低于中下游。通过不同气候变化和LUCC情景设置模拟预测未来径流泥沙的响应,表明径流对降水变化更为敏感,径流泥沙对气温升高响应不太明显:二者对土地利用、覆被变化响应非常显著,尤其是产沙,若流域全为坡耕地,径流将增加4倍左右,泥沙将增加8倍左右;若全为梯田或林地,径流将下降70%-80%,泥沙将下降90%左右,说明梯田和林地蓄水拦沙效应显著。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P333;P467

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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