我國(guó)西北內(nèi)陸河流域廣泛分布著自然-人工綠洲生態(tài)系統(tǒng),但水資源稀缺成為綠洲系統(tǒng)維持和發(fā)展的制約因素。西北干旱區(qū)降水較少,高寒產(chǎn)流區(qū)徑流是供給中下游地區(qū)綠洲的直接水源區(qū),山區(qū)降水和冰雪融水在該區(qū)域水資源構(gòu)成中占有重要地位,也是眾多河川徑流的主要補(bǔ)給源。內(nèi)陸河流域的產(chǎn)匯流中各水文分量的轉(zhuǎn)換和運(yùn)移過(guò)程較為復(fù)雜,這也是當(dāng)前水文學(xué)領(lǐng)域研究中的重要任務(wù)。同時(shí)全球氣候變化對(duì)水文水循環(huán)的影響機(jī)制也是當(dāng)前國(guó)際水科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。全球氣候變化、土地利用和覆被變化深刻影響著流域水文循環(huán)的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。氣候變化會(huì)引起降水量、蒸發(fā)量和冰川消融量等水文要素變化,進(jìn)而使得水資源在時(shí)空上重新分配;土地利用類(lèi)型變化會(huì)直接影響植被冠層截留/攔截降水量、蒸散發(fā)量、土壤含水量和下滲量等水文要素,亦明顯作用于流域徑流河道匯演和水量平衡過(guò)程。本文以中國(guó)天山中部的瑪納斯河流域?yàn)檠芯繀^(qū),采用氣象水文觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)和多源遙感數(shù)據(jù),結(jié)合常規(guī)數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、RS技術(shù)和GIS空間分析技術(shù),在初步掌握了流域各高程帶水文氣候條件基礎(chǔ)上,分析產(chǎn)流區(qū)冰川消融變化和下墊面的空間異質(zhì)性規(guī)律;通過(guò)改進(jìn)和完善SWAT分布式水文模型以提高其模擬精度及其在干旱區(qū)的適宜性,深刻揭示流域產(chǎn)流區(qū)不同景觀(guān)帶生態(tài)水文過(guò)程及產(chǎn)流機(jī)制。具體從研究區(qū)水文情勢(shì)、冰川變化、植被景觀(guān)格局演化、水文過(guò)程模擬四個(gè)層面開(kāi)展了研究,本文的內(nèi)容主要包括如下幾個(gè)方面:(1)水文情勢(shì)方面。近60年來(lái)瑪河流域年徑流量呈較明顯的遞增態(tài)勢(shì),并在1995年出現(xiàn)了較明顯的突變,年內(nèi)徑流量分配極不均勻,夏半年和冬半年徑流量分別占全年總和的87%和13%。2000-2016年間研究區(qū)氣溫變化傾向率為0.12℃/10a,整個(gè)山區(qū)年氣溫垂直變化率為-0.32℃/100m,不同高程帶的垂直遞減率隨季節(jié)變化也有明顯差異。年均降水量約為326.4mm,其變化率約為13.23mm/10a,低山區(qū)降水量隨海拔升高不斷增多,至3000-3500m左右降水量達(dá)到整個(gè)區(qū)域內(nèi)的最大值(414mm),3500m以上的高山區(qū)降水量隨海拔增加逐漸降低。氣溫升高加速了高寒區(qū)冰雪消融,加之降水量增加使得研究區(qū)徑流量以較大幅度增加。(2)冰川面積和冰儲(chǔ)量變化方面。1990-2016年間瑪河流域冰川面積大幅度縮小,已有32.5%的冰川面積消失,冰儲(chǔ)量的年變化率為1.6%。冰川條數(shù)和面積變化情況來(lái)看,小冰川對(duì)氣候變化的敏感程度更高。比較特殊的是高海拔區(qū)(4600m)冰川面積呈增加的趨勢(shì),冰川面積變化依賴(lài)于區(qū)域氣溫和降水量二者共同影響,可能是由于該區(qū)域降水量增加對(duì)冰川積累的作用大于氣溫上升對(duì)冰川消融作用造成的。(3)植被景觀(guān)格局演化。研究區(qū)下墊面主要被各類(lèi)草地所覆蓋,加之大規(guī)模冰川和一定面積的森林形成了研究區(qū)的主體景觀(guān)格局。近26年來(lái)研究區(qū)內(nèi)草甸、裸巖和居住地均呈較明顯遞增態(tài)勢(shì),而草原和稀疏草地面積出現(xiàn)波動(dòng)式減少,整個(gè)研究區(qū)內(nèi)景觀(guān)的異質(zhì)性和破碎度在增加,相同類(lèi)型的景觀(guān)斑塊鄰近度在逐漸降低,景觀(guān)類(lèi)型在分布上出現(xiàn)離散度加劇的現(xiàn)象。(4)水文過(guò)程模擬方面。研究區(qū)多年平均冰川融水徑流量為4.95×10~8m~3,約占年均出山口徑流量的37%左右,且呈波動(dòng)增加趨勢(shì),5-9月間冰川融水量占全年總量的94%,冰川徑流的補(bǔ)給過(guò)程具有明顯的季節(jié)性。各類(lèi)下墊面產(chǎn)水量對(duì)徑流貢獻(xiàn)大小排序?yàn)?冰川/永久積雪草甸草原稀疏林地常綠針葉林稀疏草地,其中2400-4500m高程帶對(duì)區(qū)域徑流貢獻(xiàn)率高達(dá)76%。研究期內(nèi)干旱年和濕潤(rùn)年基本是相間隔的,流域水量平衡并非每年都處于平衡狀態(tài),而是各水體轉(zhuǎn)運(yùn)的多年動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。研究區(qū)降水量增加時(shí)徑流明顯增加,氣溫升高會(huì)減少地表徑流深度,但加速了冰川消融進(jìn)而填補(bǔ)了由于蒸發(fā)而損失的部分徑流量,未來(lái)氣候情景下瑪河流域徑流量保持持續(xù)增加。本論文的創(chuàng)新之處包括以下兩個(gè)方面:(1)基于MODIS和TRMM數(shù)據(jù)反演得出研究區(qū)氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù),并通過(guò)降尺度方法和GIS空間分析技術(shù),客觀(guān)描述了高寒區(qū)關(guān)鍵氣象要素的時(shí)空變化特征,并用遙感反演的氣象數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)SWAT模型。(2)將冰川物質(zhì)平衡模型嵌入SWAT分布式水文模型中,從降水量、冰川融水量、實(shí)際蒸發(fā)量、壤中流和淺層地下水等主要水文分量信息出發(fā),分析研究區(qū)水量平衡動(dòng)態(tài)過(guò)程,以揭示研究區(qū)的產(chǎn)匯流機(jī)制。
【學(xué)位單位】：石河子大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：P333
【部分圖文】：

第二章 研究區(qū)域與數(shù)據(jù) 研究區(qū)域概況1 自然地理概況（1）地理位置瑪納斯河流域地處中國(guó)天山北麓中段，北起依連哈比爾尕山等山結(jié)，南接準(zhǔn)噶部，其地理坐標(biāo)大致為 43°21′- 45°20′N(xiāo) ，84°43′- 86°35′E（圖 2-1），行政區(qū)括瑪納斯縣、石河子市、兵團(tuán)第八師和沙灣縣等，流域面積約為 2.43×104km內(nèi)分布有瑪納斯河、塔西河、巴音溝河等 6 條河流，其中瑪納斯河是發(fā)源于天大的一條河流，多年平均徑流量為 11.9 ×108m3（張宏鋒，2009），瑪納斯河上肯斯瓦特水文站位于河流出山口出，也是河流各干、支流匯合后的控制斷面。 年開(kāi)工建設(shè)了肯斯瓦特水利樞紐工程，其具有防洪、灌溉、發(fā)電等主要功能，生態(tài)保護(hù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展等均有重要意義。

圖 3-1 1957-2016 年研究區(qū)徑流變化特征Fig.3-1 Characteristics of runoff variation in the study area from 1957 to 2016從瑪河流域徑流量年內(nèi)分配來(lái)看（圖 3-2），年內(nèi)徑流量分配極不均勻，其中夏年徑流量約占全年總和的 87%，而冬半年僅為全年貢獻(xiàn)了 13%的徑流量。流域自 2 月開(kāi)始徑流逐漸增加，2 月份徑流也為全年最小值，7 月份徑流量達(dá)到了全年最大值，年平均值約占全年的 28.95%，8 月份開(kāi)始至來(lái)年 1 月份徑流又逐漸降低，僅 7、8 月徑流量共占全年之和的 55%以上。造成以上徑流年內(nèi)分配特征是由研究區(qū)年內(nèi)氣溫和水變化所致，研究區(qū)年降水主要發(fā)生在 4-8 月份，加之夏半年氣溫較高，使得徑流量大，這也正說(shuō)明了瑪納斯河是冰雪融水和降水共同補(bǔ)給的河流，其補(bǔ)給來(lái)源的季節(jié)性化造成了研究區(qū)徑流的年內(nèi)分配極不均勻。

圖 3-1 1957-2016 年研究區(qū)徑流變化特征Fig.3-1 Characteristics of runoff variation in the study area from 1957 to 2016從瑪河流域徑流量年內(nèi)分配來(lái)看（圖 3-2），年內(nèi)徑流量分配極不均勻，其中夏半徑流量約占全年總和的 87%，而冬半年僅為全年貢獻(xiàn)了 13%的徑流量。流域自 2 月份始徑流逐漸增加，2 月份徑流也為全年最小值，7 月份徑流量達(dá)到了全年最大值，多平均值約占全年的 28.95%，8 月份開(kāi)始至來(lái)年 1 月份徑流又逐漸降低，僅 7、8 月的流量共占全年之和的 55%以上。造成以上徑流年內(nèi)分配特征是由研究區(qū)年內(nèi)氣溫和降變化所致，研究區(qū)年降水主要發(fā)生在 4-8 月份，加之夏半年氣溫較高，使得徑流量偏，這也正說(shuō)明了瑪納斯河是冰雪融水和降水共同補(bǔ)給的河流，其補(bǔ)給來(lái)源的季節(jié)性變?cè)斐闪搜芯繀^(qū)徑流的年內(nèi)分配極不均勻。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2840453