本文關鍵詞：變化環(huán)境下松花江流域水文與水資源響應研究

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【摘要】：松花江流域是我國重要的糧食生產基地,也是我國濕地集中分布區(qū)之一。近年來,在氣候變化和土地利用/覆被變化等人類活動的雙重影響下,松花江流域水文過程與水資源時空分布發(fā)生了深刻的變化,對糧食安全、生態(tài)安全和經濟社會發(fā)展構成了威脅。本文采用長期實測歷史數(shù)據(jù)對過去50年松花江流域水文過程的時空演變特征進行了系統(tǒng)地分析,通過徑流對降水和蒸散發(fā)的敏感性方法定量地評估了氣候變化和人類活動對流域水文水資源的影響,并利用構建的流域SWAT模型對不同的土地利用情景和未來氣候變化情景下水文過程進行預測,揭示了變化環(huán)境下松花江流域水文水資源的響應機制,提出了應對變化環(huán)境的流域水資源適應性管理策略,對松花江流域水資源綜合管理與合理調配具有重要的理論與現(xiàn)實意義。研究主要取得以下成果:(1)過去50年松花江流域水文氣象要素變化特征采用Mann-Kendall等方法對松花江流域內37個氣象站和33個水文站1960~2009年的歷史數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),松花江流域多年平均氣溫為3.48℃,整體上以0.41℃/10a的速率顯著上升;流域多年平均降水量為562.9mm,年代際上表現(xiàn)出減小-增大-減小的波動變化,整體上以5.8 mm/10a的速率減少;松花江流域內多數(shù)水文站點的年徑流和最大、最小月徑流在過去50年中呈現(xiàn)減少的趨勢,空間上,松花江干流區(qū)的下降趨勢較為顯著;季節(jié)而言,春季徑流的下降趨勢更加明顯;與1990年前相比,松花江流域年徑流減少,徑流年內不均勻性增加;干流水文站點的流量歷時曲線表明,1990年后,多數(shù)站點高水減少、低水增加;由于流域內降水集中在夏季和秋季月份,因此,年徑流與夏、秋季的降水量的正相關性更大。(2)氣候變化與人類活動對徑流影響的定量評估結合滑動t檢驗和降水-徑流雙累積曲線的結果,判定1974年為松花江流域徑流變化的突變年份,因此,將研究時段分為兩個時期:1960~1974,人類活動影響很小的天然時期;1975~2009,大規(guī)模土地利用和水利工程建設發(fā)生的人類影響期。徑流對降水和蒸散發(fā)敏感性方法的研究結果表明,氣候變化和人類活動對徑流變化的貢獻率隨著時間和空間變化。氣候變化是導致1975~1989年第二松花江上游和松花江干流區(qū)徑流減少(63%~65%)和1990~1999年嫩江流域徑流增加(85%~86%)的主要原因,其他時期則主要是人類活動起到了主導作用;空間上,人類活動對徑流變化的影響在下游區(qū)更大,且上游人類活動對徑流的減少作用在過去20年有所增加。(3)土地利用變化對徑流的影響分析-以嫩江為例選取土地利用變化明顯的嫩江流域作為研究對象,分析土地利用變化對徑流的影響。結果表明:嫩江流域主要土地利用類型為旱地、林地、草地和沼澤。總體上,1975~1986年和1996~2000年土地利用變化更為明顯。不同情景下徑流特征有所差異。地表徑流在旱地情景下最大、林地或沼澤情景下較小;地下徑流量的規(guī)律為:林地草地旱地沼澤和水田。土地利用恢復到1975年、1986年和1996年狀態(tài)下,各月平均流量均有所增加;各極端情景下徑流年內分配差異較大。流域全為濕地時不同歷時條件下的徑流均最小;其他四種情景下,豐水期流量耕地(旱地和水田)草地林地;枯水期,林地旱地和草地水田。濕地具有一定的徑流調節(jié)作用,隨著濕地面積的萎縮、水位的下降,濕地調節(jié)徑流的作用下降,流域平均流量和最大流量增加。(4)未來氣候變化情景下松花江流域徑流預估未來氣候情景下,2020~2049年流域平均氣溫較基準期有所增加,且RCP8.5情景升溫幅度更明顯;空間上,以嫩江和松花江干流區(qū)的升溫幅度更大。溫度在未來30年表現(xiàn)出明顯的增加趨勢,且RCP4.5情景下增加速率更大;空間上,以嫩江流域增溫最快。與基準期相比,RCP4.5和RCP8.5情景下嫩江降水少量減少、第二松花江有所增加,而松花江干流在RCP4.5情景下少量減少,RCP8.5情景下少量增加;松花江流域降水量在2020~2049年呈下降趨勢,而不同子流域內變化趨勢不同。徑流模擬結果顯示,大賚、扶余和佳木斯水文站年平均流量在未來30年呈下降趨勢,徑流深年代間逐漸減少。與基準期相比,RCP4.5和RCP8.5情景下嫩江流域、松花江下游控制水文站年徑流量分別減少33%~38%和16%~24%,而第二松花江年徑流量增加了17.7%和9.7%。最后,針對松花江流域水資源現(xiàn)狀以及變化環(huán)境下水資源存在的不確定性,提出變化環(huán)境下的松花江流域水資源適應性管理對策。
【關鍵詞】：松花江流域 氣候變化 人類活動 水文氣象 徑流 土地利用
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P333;TV213
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 第一章 緒論12-24
• 第一節(jié) 選題背景及目的意義12-13
• 一 選題背景12-13
• 二 選題目的及意義13
• 第二節(jié) 國內外研究進展13-21
• 一 氣候變化與人類活動對水文水資源影響的定量評估13-16
• 二 土地利用/覆被變化對水文水資源的影響研究16-18
• 三 未來氣候變化情景下水文水資源變化趨勢預估18-21
• 第三節(jié) 研究內容、技術路線和創(chuàng)新點21-24
• 一 研究內容21-22
• 二 技術路線22-23
• 三 創(chuàng)新點23-24
• 第二章 研究區(qū)概況24-32
• 第一節(jié) 自然地理概況24-27
• 一 研究區(qū)范圍24-25
• 二 自然地理條件25-27
• 第二節(jié) 社會經濟概況27
• 第三節(jié) 水資源概況及存在問題27-31
• 一 水資源概況27-28
• 二 水資源存在的問題28-31
• 本章小結31-32
• 第三章 松花江流域歷史水文氣象要素變化特征32-52
• 第一節(jié) 數(shù)據(jù)與研究方法32-35
• 第二節(jié) 松花江流域氣象要素變化特征35-37
• 第三節(jié) 松花江流域徑流時空變化特征37-48
• 一 松花江流域徑流年際變化特征37-41
• 二 松花江流域徑流年內變化特征41-44
• 三 松花江流域徑流機制變化分析44-48
• 第四節(jié) 松花江流域徑流與氣象要素變化的關系48-50
• 本章小結50-52
• 第四章 氣候變化與人類活動對松花江流域徑流影響的定量評估52-66
• 第一節(jié) 研究區(qū)及數(shù)據(jù)選取52-54
• 第二節(jié) 氣候變化和人類活動對徑流影響的量化方法54-56
• 一 天然時期和人類活動影響時期的劃分54-55
• 二 氣候變化和人類活動影響貢獻率推求方法55-56
• 第三節(jié) 氣候變化和人類活動對徑流影響的定量區(qū)分56-61
• 一 降水和潛在蒸散發(fā)的變化特征56-57
• 二 流域徑流的變化趨勢及突變點分析57-59
• 三 不同時期降水、潛在蒸散發(fā)和徑流的相對變化59-60
• 四 氣候變化和人類活動對徑流影響的定量評估60-61
• 第四節(jié) 氣候變化和人類活動對徑流的影響分析61-65
• 一 氣候變化對松花江流域徑流變化的影響分析62-63
• 二 人類活動對松花江流域徑流變化的影響分析63-65
• 本章小結65-66
• 第五章 流域SWAT水文模型構建及適用性分析66-84
• 第一節(jié) SWAT結構及原理66-69
• 一 SWAT模型的結構66-67
• 二 SWAT模型基本原理67-69
• 第二節(jié) SWAT模型數(shù)據(jù)庫的建立69-76
• 一 氣象數(shù)據(jù)69-70
• 二 土地利用數(shù)據(jù)70-71
• 三 土壤數(shù)據(jù)庫71-76
• 第三節(jié) 流域SWAT模型的構建76-78
• 一 SWAT模型構建方法76-77
• 二 SWAT模型敏感性分析和參數(shù)率定77-78
• 第四節(jié) SWAT模型徑流模擬效果與評價78-83
• 一 評價指標的選取78-79
• 二 模擬結果評價79-83
• 本章小結83-84
• 第六章 土地利用變化對流域徑流的影響—以嫩江流域為例84-102
• 第一節(jié) 嫩江流域土地利用變化特征84-89
• 一 土地利用變化研究方法84-85
• 二 嫩江流域土地利用變化特征85-89
• 第二節(jié) 嫩江流域土地利用變化情景構建89-91
• 第三節(jié) 嫩江流域土地利用變化情景下的水文響應91-95
• 第四節(jié) 嫩江流域濕地變化對徑流的影響研究95-100
• 一 嫩江流域濕地面積變化95-97
• 二 嫩江流域濕地變化情景設置97-98
• 三 不同濕地情景下徑流的變化98-100
• 本章小結100-102
• 第七章 未來氣候情景下松花江流域徑流預估102-124
• 第一節(jié) 氣候變化情景數(shù)據(jù)預處理102-105
• 一 氣候變化情景介紹及模式的選擇102-103
• 二 氣候變化情景數(shù)據(jù)的修正103-105
• 第二節(jié) 未來氣溫變化特征105-109
• 一 未來氣溫變化幅度105-107
• 二 未來氣溫變化趨勢107-109
• 第三節(jié) 未來降水量變化特征109-112
• 一 未來降水變化幅度109-110
• 二 未來降水變化趨勢110-112
• 第四節(jié) 未來氣候變化背景下流域徑流預估112-117
• 一 未來氣候情景下徑流變化趨勢112-114
• 二 未來徑流空間分布特征114-116
• 三 未來氣候情景下水資源量預估116-117
• 第五節(jié) 徑流對氣候變化的響應分析117-120
• 一 氣候情景的設置117
• 二 徑流對氣候變化的響應分析117-120
• 第六節(jié) 氣候變化情景下水資源預測研究的不確定性120-122
• 本章小結122-124
• 第八章 松花江流域水資源適應性管理對策124-130
• 本章小結129-130
• 第九章 結論與展望130-134
• 第一節(jié) 結論130-131
• 第二節(jié) 展望131-134
• 參考文獻134-146
• 發(fā)表文章目錄146-148
• 致謝148-149

【參考文獻】

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本文編號：946439