【作者】 刘健
【关键词】 分布式水文模型 鄱阳湖流域 气候变化 水文响应 土地利用/覆被变化
【导师姓名】张奇
【学位名称】博士
【学位年度】2009
【授予单位】中国科学院南京地理与湖泊研究所
【分类号】 P942;|O37;|P334;|P344
【录入时间】2017-05-14
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【摘要】气候变化和土地利用变化的区域水文响应研究已经成为当前水科学研究的热点，而水文模型则是实现这一研究的有力工具。鄱阳湖流域作为长江流域的重要组成部分，同时又是江西省行政单元的主体，近几年来在全球气候变化和流域人类活动的影响下，已经出现了一系列的水资源问题包括持续低水位和水质恶化等，给当地自然生态和社会经济产生严重影响。分析鄱阳湖流域径流变化特征，并定量研究不同土地利用变化和气候变化情景下的水文变化，对认识当地水资源发展趋势，科学调控水资源，实现自然和社会经济可持续发展，具有非常重要的战略和现实意义。 本文首先采用小波分析方法分析了鄱阳湖流域近50年径流的变化特征，并初步分析了影响该流域径流变化的主要因素；然后针对鄱阳湖流域存存流域面积大、多条入湖河流、湖滨区坡面入湖径流难以观测等特点，选用WATLAC模型建立了鄱阳湖流域径流过程模型。最后选用1996年土地利用资料和ECHAM5气候模式资料，构建了鄱阳湖流域不同的土地利用变化情景和未来气候变化情景，并基于鄱阳湖流域径流模型分析该流域不同土地利用变化和气候变化情景下的水文响应。得到主要结论如下： (1)近50年，鄱阳湖流域径流年内呈现单峰型变化，峰值出现在6月份；年际变化，在1998年前径流呈现逐步上升趋势，之后转而下降；鄱阳湖流域径流丰枯变化存在25-26年左右的第一主周期，同时还存在8年和3-4年左右的次主周期。通过对影响径流的气候(降水和实际蒸发)、流域覆被和水利工程等因素进行分析，发现鄱阳湖流域径流变化是多种因素共同作用的结果，但是气候因素起到了主要作用。 (2)在1996年土地利用水平下，首先采用1991-1995年气象水文数据对建立的鄱阳湖流域模型进行率定，赣江、抚河、信江和饶河流域的4个水文站取得了较理想的结果，日径流Ens效率系数在0.79-0.88，月径流Ens效率系数在0.85-0.99；修水流域的高沙站由于流域面积相对较小，而网格尺寸较大等缘故，效率系数较低。应用1996-2001年数据进行验证，赣江等4河水文站的模拟效果依然较好，日径流Ens效率系数0.63-0.85，月径流Ens效率系数在0.8-0.96；高沙站由于相同原因，效果一般。同时，模型分析了鄱阳湖流域水量平衡和入湖径 流平衡，并计算了入湖坡面流和环湖区2河的入湖径流量，结果合理。 (3)在各种极端土地利用情景下，鄱阳湖流域表现出了不同的水文响应。全为有林地情景可使流域植被拦截水量增加33.7mm，蒸散发增加7.9mm，径流减少12.4亿m3，并且可有效削减洪峰流量，延缓洪峰；全为疏林地、耕地和草地情景可使流域植被拦截水量减少39.9-88.1mm(其中疏林地可使植被拦截量增加4.1mm)，蒸散发减少4.9-37.6mm，径流增加7.7-58.8亿m3，并引起洪峰流量增加，涨水提前，其中草地增加最多，其次为耕地，再为疏林地。 (4)在未来三种气体排放情景下，鄱阳湖流域2011-2050年多年平均水量平衡关系与1991-2001年相比，变化不显著，但是绝对水量均减少。其中，A2高排情景减少最大，约16.5％；其次为A1B中排情景，约13.0％；再次为B1低排情景，约10.3％。径流年内最大月份提前2个月，在4月份左右；年际变化，A2情景下，2032年前呈下降趋势，之后转而上升；A1B情景下，2032年前处于上升趋势，之后转而下降；B1情景下，径流量一直处于稳定上升状态。流域径流丰枯变化周期缩短，由原先的25-26第一主周期缩短至三种情景下的的13-14年左右，第二次主周期也由8年左右缩短至4-5年左右，说明鄱阳湖流域在未来气候变化下，径流丰枯波动频繁。...
【全文】气候变化和土地利用变化的区域水文响应研究已经成为当前水科学研究的热点，而水文模型则是实现这一研究的有力工具。鄱阳湖流域作为长江流域的重要组成部分，同时又是江西省行政单元的主体，近几年来在全球气候变化和流域人类活动的影响下，已经出现了一系列的水资源问题包括持续低水位和水质恶化等，给当地自然生态和社会经济产生严重影响。分析鄱阳湖流域径流变化特征，并定量研究不同土地利用变化和气候变化情景下的水文变化，对认识当地水资源发展趋势，科学调控水资源，实现自然和社会经济可持续发展，具有非常重要的战略和现实意义。 本文首先采用小波分析方法分析了鄱阳湖流域近50年径流的变化特征，并初步分析了影响该流域径流变化的主要因素；然后针对鄱阳湖流域存存流域面积大、多条入湖河流、湖滨区坡面入湖径流难以观测等特点，选用WATLAC模型建立了鄱阳湖流域径流过程模型。最后选用1996年土地利用资料和ECHAM5气候模式资料，构建了鄱阳湖流域不同的土地利用变化情景和未来气候变化情景，并基于鄱阳湖流域径流模型分析该流域不同土地利用变化和气候变化情景下的水文响应。得到主要结论如下： (1)近50年，鄱阳湖流域径流年内呈现单峰型变化，峰值出现在6月份；年际变化，在1998年前径流呈现逐步上升趋势，之后转而下降；鄱阳湖流域径流丰枯变化存在25-26年左右的第一主周期，同时还存在8年和3-4年左右的次主周期。通过对影响径流的气候(降水和实际蒸发)、流域覆被和水利工程等因素进行分析，发现鄱阳湖流域径流变化是多种因素共同作用的结果，但是气候因素起到了主要作用。 (2)在1996年土地利用水平下，首先采用1991-1995年气象水文数据对建立的鄱阳湖流域模型进行率定，赣江、抚河、信江和饶河流域的4个水文站取得了较理想的结果，日径流Ens效率系数在0.79-0.88，月径流Ens效率系数在0.85-0.99；修水流域的高沙站由于流域面积相对较小，而网格尺寸较大等缘故，效率系数较低。应用1996-2001年数据进行验证，赣江等4河水文站的模拟效果依然较好，日径流Ens效率系数0.63-0.85，月径流Ens效率系数在0.8-0.96；高沙站由于相同原因，效果一般。同时，模型分析了鄱阳湖流域水量平衡和入湖径 流平衡，并计算了入湖坡面流和环湖区2河的入湖径流量，结果合理。 (3)在各种极端土地利用情景下，鄱阳湖流域表现出了不同的水文响应。全为有林地情景可使流域植被拦截水量增加33.7mm，蒸散发增加7.9mm，径流减少12.4亿m3，并且可有效削减洪峰流量，延缓洪峰；全为疏林地、耕地和草地情景可使流域植被拦截水量减少39.9-88.1mm(其中疏林地可使植被拦截量增加4.1mm)，蒸散发减少4.9-37.6mm，径流增加7.7-58.8亿m3，并引起洪峰流量增加，涨水提前，其中草地增加最多，其次为耕地，再为疏林地。 (4)在未来三种气体排放情景下，鄱阳湖流域2011-2050年多年平均水量平衡关系与1991-2001年相比，变化不显著，但是绝对水量均减少。其中，A2高排情景减少最大，约16.5％；其次为A1B中排情景，约13.0％；再次为B1低排情景，约10.3％。径流年内最大月份提前2个月，在4月份左右；年际变化，A2情景下，2032年前呈下降趋势，之后转而上升；A1B情景下，2032年前处于上升趋势，之后转而下降；B1情景下，径流量一直处于稳定上升状态。流域径流丰枯变化周期缩短，由原先的25-26第一主周期缩短至三种情景下的的13-14年左右，第二次主周期也由8年左右缩短至4-5年左右，说明鄱阳湖流域在未来气候变化下，径流丰枯波动频繁。