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《河南理工大学》 2018年
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基于SWAT模型的矿业城市LUCC水文效应研究

吴建鹏  
【摘要】:矿业城市受到矿山开发与城市扩张的双重影响,土地利用/覆被时空变化快,生态破坏严重,水环境问题尤为突出。论文以煤矿城市河南省鹤壁市汤河流域为研究区,分析了汤河流域1970-2015年土地利用/覆被变化特征,构建了SWAT分布式水文模型,评价了地理国情普查数据在SWAT模型水文模拟中的适用性,模拟分析了汤河流域土地利用/覆被变化下的水文效应。主要工作及研究结论如下:(1)研究区1970、1988、2000、2007和2015年的五期土地利用/覆被数据解译及分类系统整合。根据SWAT模型分类系统要求,采用面向对象图像分类方法解译获取了研究区五期土地利用数据;基于2015年地理国情普查成果,构建了该数据导入到SWAT模型中的土地利用分类系统整合方法,并将地理国情普查数据应用到SWAT水文模拟中。(2)1970-2015年研究区土地利用/覆被变化分析及研究区未来土地利用/覆被模拟。由于受到城市扩张与矿山开发的影响,流域土地利用类型数量发生了较大变化,1970-2015年研究区土地利用变化整体趋势一致,但2000年以前流域土地利用变化较慢,2000年以后变化明显加快。2000-2015年期间汤河流域耕地和草地的面积逐渐减少,而林地和高密度居住地的面积逐渐增加,其中耕地和草地年均减少速率分别为1.81%和3.54%,林地、高密度居住地年均增加速率分别达到11.35%和2.01%。论文基于CA-Markov模型以2007年与2015年的土地利用/覆被数据作为基础数据预测汤河流域2025年的土地利用覆被情景。模拟结果显示2025年土地利用类型仍以耕地、草地、林地、高密度居住地、低密度居住地和水域为主,其中,耕地减少28.48km2,高密度居住地、林地和工矿用地面积分别增加3.83km2、10.36km2和1.65km2。(3)研究区SWAT水文模型构建以及地理国情普查数据在SWAT水文模拟中的应用评价。论文以机载LiDAR数据提取DEM为基础,收集研究区土壤、水文、气象资料以及地理国情普查数据,结合解译的研究区的土地利用/覆被数据,建立了适用于该流域的SWAT水文模型,评价了地理国情普查数据在SWAT流域水文模型模拟中的适用性。模拟结果表明,基于地理国情普查数据率定期和验证期相关系数模拟结果(0.74、0.82)优于同时期Landsat影像解译的土地利用/覆被数据模拟结果(0.71、0.80);基于地理国情普查数据构建SWAT水文模型模拟的月径流值与实测径流值吻合较好。(4)研究区1970-2015年土地利用/覆被变化下的水文效应分析。以经过率定的SWAT水文模型为基础,将1970-2015年5期土地利用情景及未来模拟2025年土地利用情景置于同一气候情景下,模拟计算了流域地表径流、蒸散发量、土壤渗漏量、地下径流量的变化,分析了研究区土地利用变化的水文效应。实验结果表明,在1970-2015年间,汤河流域范围内地表蒸散发量和地下径流量均减少,地表径流量逐年增加。其中,流域内蒸散发量和地下径流量年均分别减少1.48mm、0.29mm,地表径流深年均增加0.76mm。
【学位授予单位】:河南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:P333

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