近年來,由于氣候變化導(dǎo)致的水熱失衡及人類活動對自然下墊面的改造日益加劇,不僅使自然界水資源的分布格局發(fā)生了巨大的改變,還使得氣象災(zāi)害事件頻繁發(fā)生,在這樣的背景下,河川徑流大幅減小、地下水過量開采利用等一系列水資源問題也隨之愈發(fā)凸出,而在我國水資源本就匱乏的干旱半干旱地區(qū),所面臨的水資源問題往往也更為嚴(yán)峻。作為我國畜牧業(yè)生產(chǎn)基地的內(nèi)蒙古大草原,隨著這一系列問題所引發(fā)的區(qū)域水文循環(huán)過程的改變,也出現(xiàn)了諸如河流斷疏、洪水肆虐、草地退化等水文生態(tài)環(huán)境問題,這些問題加劇了人與自然界和諧共處的矛盾,嚴(yán)重制約著地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為解決好環(huán)境變化引起的水資源問題,需要從流域水資源分布格局及其變化特征等方面入手,進(jìn)而探討流域水文過程變化的驅(qū)動機(jī)制。本文以干旱半干旱地區(qū)典型草原型流域-錫林河流域?yàn)檠芯繉ο?利用研究區(qū)長序列水文氣象觀測資料及水文地質(zhì)實(shí)測資料等,運(yùn)用國際上常用的水文氣象要素分析方法,就流域極端降水事件、不同尺度降水的時空變化以及徑流變化原因等進(jìn)行了詳細(xì)描述,并建立了流域SWAT模型,對地表徑流進(jìn)行了模擬。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合Visual MODFLOW模型建立了錫林河流域地表水-地下水的耦合模型,將流域地表水與地下水作為一個整體進(jìn)行討論,以期為研究區(qū)水資源的高效利用提供理論支撐。論文主要取得以下研究成果:(1)以錫林河流域所在的內(nèi)蒙古高原內(nèi)陸河?xùn)|部流域1961-2015年0.5°×0.5°降水格點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),采用MM-K法、主成分分析和相關(guān)分析等氣候診斷法,對6個極端降水指數(shù)的時空變化特征進(jìn)行分析,并研究了極端降水事件對ENSO事件的響應(yīng)。結(jié)果表明:該降水格點(diǎn)數(shù)據(jù)集可以用于刻畫研究區(qū)的降水分布規(guī)律;近55a來研究區(qū)極端降水指數(shù)的年際變化趨勢總體以下降為主,其中連續(xù)無雨日數(shù)(CDD)下降的區(qū)域占整個流域的91%,除CDD外其余指數(shù)均呈“東高西低”的空間分布格局,降水強(qiáng)度(SDII)均值介于3.8-5.3mm/d之間,空間差異較小;強(qiáng)降水量(R95P)和CDD分別對強(qiáng)降水事件和持續(xù)干旱事件具有指示作用;大雨日數(shù)(RR10)、SDII和R95P對ENSO事件更為敏感,當(dāng)發(fā)生中等強(qiáng)度的厄爾尼諾事件時,流域持續(xù)干旱情況加劇,出現(xiàn)拉尼娜現(xiàn)象時,流域易發(fā)生洪澇災(zāi)害。(2)近56a來,錫林河流域降水量總體呈下降的趨勢,并于1974、1980、1989和1998年發(fā)生過4次突變,存在著28a的主周期變化。夏季降水特征和年降水特征基本一致,秋季降水波動較大,冬季降水量呈顯著上升的趨勢。汛期8月份降水量呈顯著下降的趨勢,并在1998年左右發(fā)生突變,降水第一主周期在12a處。非汛期11和12月份降水量都呈顯著上升的趨勢,其中,12月份降水在2000年左右發(fā)生顯著性突變,這兩個月份降水的第一主周期分別是30a和9a。不同時間尺度下降水序列的Hurst指數(shù)均0.5,說明流域降水趨勢具有持續(xù)性,未來的降水趨勢將與過去保持一致。(3)錫林河流域徑流大幅波動直接反映出草原生態(tài)受到了嚴(yán)重破壞,分析徑流變化的主要驅(qū)動因子對分析流域水循環(huán)變化過程及草原生態(tài)修復(fù)具有重要意義�；阱a林浩特水文站1970-2014年徑流數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)采用彈性系數(shù)法定量分析了氣候變化及人類活動對徑流變化的貢獻(xiàn)率,結(jié)果表明:近45年來錫林河流域徑流量變化呈顯著下降趨勢(α=0.05),并于1979、1986和1998三年發(fā)生過突變。以突變點(diǎn)為分界點(diǎn)將整個時間序列分為三個研究期,并對各研究期內(nèi)徑流的變化進(jìn)行了定量分析。其中,研究期Ⅰ(1980-1986年)內(nèi)人類活動對徑流變化的貢獻(xiàn)率相對較小,為46.57%;研究期Ⅱ(1987-1998年)內(nèi)流域的年均徑流量增大,該階段人類活動對徑流變化的貢獻(xiàn)率高達(dá)91.46%,而氣候變化僅為8.54%;在研究期Ⅲ(1999-2014年),徑流量相比基準(zhǔn)期下降了45.79%,人類活動對這一變化的貢獻(xiàn)率為66.16%,雖然比上一階段有所下降,但還是占主導(dǎo)作用。(4)文章基于流域數(shù)字高程、土壤、植被及水文氣象等數(shù)據(jù)建立了由錫林浩特水文站控制的錫林河流域上游的SWAT模型并對流域年徑流量進(jìn)行了模擬。模型將流域劃分為7個子流域,214個水文響應(yīng)單元。在模型識別期應(yīng)用SWAT-CUP軟件對所建模型進(jìn)行參數(shù)率定,并選擇決定系數(shù)(R~2)和納什效率系數(shù)(E_(NS))對模型在該流域的適用性進(jìn)行了評估。在率定期,模型的R~2和E_(NS)值分別為0.87和0.79,在驗(yàn)證期,模型的R~2和ENS值分別為0.78和0.68,雖然模擬精度并不算很高,但都達(dá)到了SWAT模型的精度要求。(5)在已校準(zhǔn)好的流域SWAT模型基礎(chǔ)上,借助Arcgis軟件,為SWAT中的HRU賦予空間屬性,使之與MODFLOW中計(jì)算單元CELL相對應(yīng)。將SWAT模型輸出的地下水補(bǔ)給量和潛水蒸發(fā)量輸入Visual MODFLOW中補(bǔ)給模塊和蒸發(fā)模塊,從而建立錫林河流域上游非均質(zhì)-各向同性-二維非穩(wěn)定流的地下水概念模型,并將此耦合模型應(yīng)用于研究區(qū)的地下水水位模擬計(jì)算。通過擬合識別期的地下水模擬流場與實(shí)測流場,最終確定了符合研究區(qū)水文地質(zhì)條件的參數(shù)。與此同時,通過驗(yàn)證期內(nèi)各觀測井的水位擬合效果進(jìn)一步證明所建耦合模型可以較好地反映流域內(nèi)潛水含水層地下水的運(yùn)動變化特征。
【學(xué)位單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P333;P641
【部分圖文】：

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文 究區(qū)概況自然地理狀況 地理位置林河流域位于內(nèi)蒙古高原中部，流域面積 10786km2，流域發(fā)源于赤峰市克寶爾圖山，超過 90%的面積位于錫林郭勒盟境內(nèi)的錫林浩特市，研究區(qū)煤備豐富，承擔(dān)著多項(xiàng)國家級重大能源轉(zhuǎn)化戰(zhàn)略實(shí)施的重任，同時，流域內(nèi)其匱乏、生態(tài)環(huán)境十分脆弱。地理坐標(biāo)：43°24'~44°39' N，115°25'~117°1

變化環(huán)境下錫林河流域地表水與地下水耦合模擬水事件分析進(jìn)一步分析氣候變化對流域水資源的影響，本章以錫林河流域所在內(nèi)河?xùn)|部區(qū)（圖 3）為研究對象，把極端降水事件作為切入點(diǎn)，以 196.5°降水格點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用 MM-K 法、主成分分析和相關(guān)分析等氣大尺度范圍內(nèi)對表征 6 類極端降水事件的極端降水指數(shù)的時空變化特并研究了極端降水事件對 ENSO 事件的響應(yīng)，以期為流域水資源管草原生態(tài)保護(hù)提供參考。

.2.3 其他數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)法本文使用 5 年滑動平均法來識別各極端指數(shù)在時間尺度的年際變化特征；在對極端指數(shù)進(jìn)行主成分分析和多變量相關(guān)分析后，再討論其對 ENSO 事件的響應(yīng)。.3 結(jié)果及分析.3.1 降水變化背景通過 IDW 插值出的降水格點(diǎn)數(shù)據(jù)與對應(yīng)氣象站實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，由圖 4A 可：只有二連浩特站年均降水量偏差為 17.33%，其余各站點(diǎn)偏差絕對值都小于 15%中降水量偏差絕對值小于 10%的占總站點(diǎn)數(shù)的 73.33%。此外，實(shí)測數(shù)據(jù)與格點(diǎn)數(shù)具有很好的線性關(guān)系（R=0.98），且 b=-8.05mm，k=1.08，非常接近于 1，并通過 0.0001 水平的顯著性檢驗(yàn)（圖 4B），由此可見，格點(diǎn)數(shù)據(jù)可以反映研究區(qū)降水分的時空格局。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2848311