近年來由于氣象因素和人為因素的共同影響,流域生態(tài)水文過程發(fā)生了不可忽視的變化,人們對氣象因素和人為因素共同驅(qū)動下生態(tài)水文問題的關(guān)注持續(xù)增強。氣候變化會加劇水文循環(huán)過程,人類活動會改變下墊面條件,兩者都會引起流域天然水文循環(huán)發(fā)生變化。氣候變化和人類活動共同作用下的徑流響應(yīng)研究逐漸成為水文循環(huán)研究的熱點。而蒸散發(fā)作為水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié),是水文-氣象的一個耦合過程,也是水文-生態(tài)的一個連接過程。實際蒸散發(fā)的準(zhǔn)確計算對流域的徑流預(yù)報、水資源管理和水文過程模擬都十分重要。漢江上游是我國南水北調(diào)中線工程和陜西省引漢濟渭工程的水源區(qū),研究徑流量的演變規(guī)律和實際蒸散發(fā)量對調(diào)水工程穩(wěn)定運行具有重要價值。本研究以漢江上游石泉水文站以上區(qū)域為研究對象,首先對研究區(qū)域的生態(tài)水文氣象要素的演變規(guī)律進行分析;然后,基于SWAT模型和彈性系數(shù)法,對人類活動和氣候變化對徑流的影響進行了量化分析,并分析了不同氣候變化和土地利用變化情景下的徑流響應(yīng)。最后,基于蒸散發(fā)互補理論,優(yōu)選了適合研究區(qū)域的蒸散發(fā)互補模型,對實際蒸散發(fā)進行了估算,并對實際蒸散發(fā)的演變進行了歸因分析。取得的主要成果如下:(1)針對降水、潛在蒸散發(fā)、徑流、植被指數(shù)和土地利用等要素,采用線性回歸法、累積距平法、有序聚類分析法和相關(guān)分析法,揭示了生態(tài)水文氣象要素的演變規(guī)律。結(jié)果表明:研究區(qū)的年降水量、潛在蒸散發(fā)量和年徑流深均呈遞減趨勢,漢中、洋縣、兩河口、石泉這四個水文站的年徑流深呈現(xiàn)遞減趨勢,酉水街的年徑流深呈不顯著上升趨勢,區(qū)域面降水量和徑流量均在1990年發(fā)生突變;年平均NDVI值呈顯著上升趨勢,NDVI值由低級別向高級別不斷轉(zhuǎn)變,不同類型植被的NDVI值從低到高依次是灌叢草地常綠針葉林農(nóng)用地混交林落葉闊葉林;土地利用轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在林地、耕地和草地三者之間,從1980年到2015年林地、建設(shè)用地、水域和未利用地的面積有所增加,草地和耕地面積在減少。(2)基于漢中以上區(qū)域和漢中-石泉區(qū)域的水文氣象數(shù)據(jù)和下墊面數(shù)據(jù),構(gòu)建了SWAT水文模型,進行了參數(shù)率定和驗證。結(jié)果表明:漢中和石泉水文站的徑流敏感參數(shù)略微不同,率定期和驗證期的月徑流模擬效果均較好,Nash-Sutcliffe效率系數(shù)NSE、確定性系數(shù)R2和KGE系數(shù)均大于0.8,相對誤差絕對值均小于14%,滿足水文模型的精度要求。說明SWAT模型在石泉水文站以上區(qū)域具有良好的適用性,可以用于變化環(huán)境下的徑流響應(yīng)研究。(3)采用6種彈性系數(shù)公式和構(gòu)建的SWAT水文模型,定量分析了研究區(qū)域氣候和人類活動對漢中站和石泉站徑流變化的貢獻率,發(fā)現(xiàn)氣候變化對漢中站和石泉站徑流減少的貢獻率分別在79.50%-80.90%和59.41%-73.50%之間,人類活動對漢中站和石泉站徑流減少的貢獻率分別在19.10%-20.50%和26.50%-40.59%之間。氣候變化是造成徑流減少的主要原因,徑流對降水的敏感性遠大于潛在蒸散發(fā)。(4)在設(shè)定土地利用不變的情況下,設(shè)置了 34種氣候變化情景,基于SWAT模型對不同氣候情景下的水文過程進行了模擬。結(jié)果表明:當(dāng)氣溫不變時徑流對降水減少的響應(yīng)程度略大于對降水增加的響應(yīng)程度;降水量不變時氣溫變化引起的徑流變化幅度小于氣溫不變時降水量變化引起的徑流變化幅度,這也說明徑流對降水的敏感度高于氣溫,降水是影響兩個水文站徑流變化的主導(dǎo)性氣候因子。不考慮氣候改變的情況下,設(shè)置不同土地利用情景,基于SWAT水文模型對不同土地利用情景下的水文過程進行模擬。結(jié)果表明:自然增長情景、極端草地情景和極端耕地情景都顯示漢中和石泉水文站年徑流量增加,極端耕地情景使兩個水文站的年均徑流量增加最多,極端草地次之。極端林地情景下的年均徑流量減少幅度最大。(5)基于蒸散發(fā)互補原理,結(jié)合水量平衡法率定了三種蒸散發(fā)互補關(guān)系模型的參數(shù),分析了研究區(qū)實際蒸散發(fā)過程。驗證了研究區(qū)域蒸散發(fā)互補關(guān)系,比較了 AA模型、B2015模型和H2018模型在研究區(qū)域的適用性,其中B2015模型估算實際蒸散發(fā)效果最好。結(jié)果表明:研究區(qū)多年平均實際蒸散發(fā)量總體上呈現(xiàn)從南到北遞減的趨勢,隨緯度的增加而減小;各個季節(jié)的實際蒸散發(fā)量變化規(guī)律是夏季春季秋季冬季;年實際蒸散發(fā)量上升的主要原因是氣溫的顯著升高、降水和風(fēng)速的減少;春季實際蒸散發(fā)顯著升高的原因是氣溫的顯著升高、日照時數(shù)的增加和風(fēng)速的顯著減少;夏季日照時數(shù)的減少是實際蒸散發(fā)量減少的主要原因;秋季實際蒸散發(fā)量增加主要是由于最高氣溫的顯著增加和降水的減少;冬季實際蒸散發(fā)量增加顯著的原因是最低氣溫和相對濕度的顯著升高。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：P333
【部分圖文】：

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文82研究區(qū)概況及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2.1研究區(qū)概況漢江發(fā)源于陜西省寧強縣，漢江上游指的是漢江流域丹江口水庫以上區(qū)域，流域面積有9.52萬km2，而漢江上游石泉水文站以上區(qū)域位于東經(jīng)106°09′~108°52′，北緯32°45′~34°02′，流域面積約2.38萬km2，約占漢江上游面積的四分之一，包括寧強、勉縣、留壩、太白、南鄭、漢中、城固、洋縣、佛坪、西鄉(xiāng)、鎮(zhèn)巴、石泉、寧陜13個縣（區(qū)）。本文的研究區(qū)域是漢江上游石泉水文站以上區(qū)域，研究區(qū)域如圖2-1所示。圖2-1研究區(qū)空間分布Fig.2-1Studyareaspatialdistributionmap2.1.1地形地貌漢江上游石泉水文站以上區(qū)域地貌類型有山地、丘陵、平原及臺地，分別占流域總面積的75.24%、10.24%、7.86%及6.66%。地形特點是北高南低，石泉海拔最低，約為361m，太白海拔最高，約為3572m。2.1.2水文氣象特征研究區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，水系較多，有玉帶河、紅崖河、太白河、酉水河、子午河、牧馬河等。多年平均降水量為886mm，降水量在每年的7-9月值最大，多年平均氣溫為13.5℃，平均最低氣溫為-8.56℃，最高氣溫為35.65℃，多年平均潛在蒸散發(fā)量為1087mm，多年平均徑流深為414mm。

3漢江上游生態(tài)水文氣象要素的演變規(guī)律分析11與y的相關(guān)系數(shù)不顯著，若r0.05(n-2)≤|r|<r0.01(n-2)，表明x與y的相關(guān)系數(shù)顯著，若|r|<r0.01(n-2)，表明變量x與變量y的相關(guān)關(guān)系極顯著。3.2水文氣象要素的時空演變規(guī)律分析3.2.1降水演變特征分析（1）空間分布特征統(tǒng)計了石泉水文站以上區(qū)域8個氣象站1960-2017年的多年平均降水量，基于GIS軟件，采用反距離權(quán)重插值法（IDW）繪制多年平均降水量空間分布圖，如圖3-1所示�？梢钥闯觯菏恼疽陨蠀^(qū)域多年平均降水量在空間上的分布差異明顯，總的分布格局是從西北到東南逐漸增大。多年平均降水量最小的區(qū)域位于最北部的太白山區(qū)和位于流域西部的略陽縣，約為730mm，最大的區(qū)域位于最南邊的鎮(zhèn)巴縣，約為1285mm。鎮(zhèn)巴縣的徑洋河和寧強縣的玉帶河是降水的高值區(qū)。圖3-11960-2017年多年平均降水量空間分布圖Fig.3-1Spatialdistributionofmulti-yearaverageprecipitationfrom1960to2017（2）年際演變特征采用線性回歸法對研究區(qū)域1960-2017年的年降水序列進行趨勢分析，結(jié)果如圖3-2所示。年降水量呈不顯著下降趨勢，以0.7575mm/a的速率下降。多年平均面降水量為886.74mm，年降水量在1983年值最大，約為1375.5mm，在1997年值最小，僅為585mm。累積距平法和有序聚類分析法對研究區(qū)域1960-2017年的降水序列進行突變分析的結(jié)果分別如圖3-3（a）和（b）所示，兩種方法均識別出降水序列在1990年發(fā)生突變。

3漢江上游生態(tài)水文氣象要素的演變規(guī)律分析13圖3-41960-2017年多年平均潛在蒸散發(fā)量空間分布圖Fig.3-4Spatialdistributionofannualaveragepotentialevapotranspirationin1960-2017（2）年際演變特征1960-2017年的年潛在蒸散發(fā)的趨勢分析結(jié)果如圖3-5所示。年潛在蒸散發(fā)量以1.193mm/a的速率下降，下降趨勢顯著。多年平均潛在蒸散發(fā)量為1087.27mm，年潛在蒸散發(fā)量在1969年值最大，約為1229.34mm，在1989年值最小，約為965.97mm。圖3-51960-2017年年潛在蒸散發(fā)量變化趨勢Fig.3-5Trendofpotentialevapotranspirationin1960-2017累積距平法和有序聚類分析法對石泉水文站以上區(qū)域1960-2017年的潛在蒸散發(fā)資料進行突變分析的結(jié)果分別如圖3-6（a）和（b）所示，兩種方法均顯示潛在蒸散發(fā)序列在y=-1.193x+3459.9R2=0.13790010001100120013001960197019801990200020102020年潛在蒸發(fā)量/mm年份
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本文編號：2879290