气候变化与土地利用变化对泾河流域径流和输沙的影响

论文摘要

受气候变化和土地利用变化的影响,近40年间,黄土高原泾河流域的径流大幅减少,水沙问题日渐突出,已威胁到当地的生态安全和居民的生产生活。然而,气候变化和土地利用变化在流域径流变化中的贡献,以及时空差异尚不清楚,这大大限制了应对气候变化和合理调控水资源的客观性和科学性。因此,本文基于1966-2005年间泾河流域11个水文站和14个气象站实测的月水文数据和日气象数据,以及1985-2000年间的3期遥感解译数据,计算并分析1966-2005年泾河流域径流、泥沙、气候以及土地利用的时空变化,并且应用统计学方法,定量区分出气候变化和土地利用变化在流域径流变化中的贡献及其时空差异。结果如下:（1）径流变化1966-2005年,泾河流域的径流大幅减少,其年均径流深从1966-1975年的43.1mm,下降到1996-2005年的22.7mm,下降了47.3%。各季节径流也在减少,其中以春季和秋季的径流减少最为显著,其年均径流深分别由1966-1975年的7.4mm和15.4mm,减少到1996-2005年的3.2mm和6.7mm,分别减少了57.3%和56.3%。夏季径流减少最不显著,其年均径流深由1966-1975年的16.0mm,减少到1996-2005年的10.6mm,减少了33.7%。径流变化在空间上也不均匀,其中以泾西区和泾南区的径流减少最显著,其年均径流深分别由1966-1975年的133.7mm和44.8mm,减少到1996-2005年的52.4mm和17.2mm,分别减少了60.8%和61.6%。泾中区的年均径流深由1966-1975年的32.1mm,减少到1996-2005年的20.3mm,减少了36.8%。泾北区的径流变化最不明显,其年均径流深由1966-1975年的20.2mm,增加到1996-2005年的21.2mm,增加了4.9%。（2）输沙变化20世纪60年代泾河流域年均输沙量为3.0249亿t/a,年均输沙模数为6672 t/（km2·a）;输沙等级为强度。但输沙等级在空间上分布不均,其中以输沙等级为极强度和强度的河段为主,其面积占流域面积的72.6%,年均输沙量占流域总量的86.0%。自上世纪70年代以来,泾河流域年均输沙量开始减少,至90年代已减至2.6578亿t/a,较60年代下降了12.1%,减沙主要发生在输沙等级为极强度的河段,其90年代年均输沙量比60年代下降了23.9%,减沙量占流域总减沙量的93.5%。（3）气候变化泾河流域的气候正趋于干旱化,年干旱强度（NDDS）由1966-1975年的48.2天/年,增加到1996-2005年的69.1天/年,增加了43.4%。在不同季节,干旱化均以干旱面积（PDSI）的扩大为主要特征,其中春季、夏季、秋季和冬季中度以上等级的干旱面积,分别由1966-1975年的16.5%、20.3%、21.4%和11.9%,增加到1996-2005年的50.4%、48.0%、51.7%和47.9%,分别增加了2.1倍、1.4倍、1.4倍和3.0倍。气候干旱化在空间上也不均匀。其中以泾中区干旱化最显著,其年干旱强度由1966-1975年的45.8天/年,增加到1996-2005年的68.5天/年,增加了49.8%。泾北区干旱化最不明显,其年干旱强度由1966-1975年的55.5天/年,增加到1996-2005年的75.8天/年,增加了36.6%。（4）土地利用变化1986-2000年,泾河流域的耕地和林地面积比例均有所增加,分别从1986年的39.8%和8.2%,增加到2000年的57.8%和25.3%,分别增加了18.0%和17.1%;草地面积比例从1986年的50.4%,减少到2000年的16.6%,减少了33.8%;城镇用地和水体等其它土地利用类型的面积比例,从1986年的1.6%,减少到2000的0.3%,减少了1.3%。然而,在不同亚区,各种土地利用类型的面积变化并不一致。其中耕地的面积比例在泾南区、泾西区、泾中区和泾北区增加的幅度依次增大,分别从1986年的54.8%、37.5%、36.0%和32.6%,增加到2000年的55.0%、48.4%、58.8%和64.4%,分别增加了0.2%、10.9%、22.8%和31.8%。林地的面积比例在泾南区、泾西区、泾中区和泾北区增加的幅度依次减小,分别从1986年的11.9%、11.6%、9.0%和3.0%,增加到2000年的38.5%、31.8%、25.4%和6.1%,分别增加了26.6%、20.2%、16.4%和3.1%。泾北区、泾中区、泾西区和泾南区草地的面积比例,分别从1986年的64.1%、53.2%、48.3%和31.1%,减少到2000年的29.4%、15.5%、19.4%和6.0%,分别减少了34.7%、37.7%、28.5%和25.1%。泾北区、泾中区、泾西区和泾南区城镇用地和水体等其它类型的面积比例,分别从1986年的0.3%、1.8%、2.6%和2.2%,减少到2000年的0.1%、0.3%、0.4%和0.5%,分别减少了0.2%、1.5%、2.2%和1.7%。（5）气候变化和土地利用变化的水文作用在1966-2005年间泾河流域年径流深相比于1966-1975年大幅减少了20.4mm（47.3%）的过程中,气候强烈趋于干旱（年干旱强度增加43.4%）,而土地利用变化不明显,其中气候变化导致年径流深减少了17.8mm,对总减少量的贡献率为87.0%,土地利用变化导致年径流深减少了2.6mm,对总减少量的贡献率为13.0%。但在不同季节,径流的变化以及气候变化、土地利用变化在其中的作用并不一致。其中春季和秋季径流减少对全年贡献最显著,年径流深总共减少了12.9mm,占全年总减少量的63.2%,在这一过程中,气候变化的贡献率分别为87.0%和88.4%。夏季年径流深减少了5.4mm,减少量对全年的贡献为26.5%,气候变化对径流减少的作用异常显著,贡献率为97.8%。冬季年径流深仅减少了2.2mm,对全年贡献甚微,土地利用变化在其中的贡献为56.4%,高于气候变化的43.6%。径流的变化以及气候变化、土地利用变化在其中的作用也存在明显的空间差异。其中泾西区作为泾河流域最主要的水源地,其年径流深总共减少了81.3mm,减幅为60.8%。在这一过程中,气候变化的贡献率为70.7%,高于土地利用变化的29.3%。泾南区年径流深减少了23.3mm,减幅为52.0%,气候变化在径流减少中的作用异常显著,贡献率为98.8%。泾中区的年径流深减少了11.8mm,减少了36.8%。然而气候变化却使得年径流深减少了15.8mm,对径流减少的贡献率为134.1%,而土地利用变化使得径流增加了4.0mm,对径流增加的贡献率为34.1%。泾北区的年径流深变化微乎其微,仅增加了1.0mm,增加了5.0%。但气候变化和土地利用变化对径流的影响却截然相反。其中气候变化使得径流趋于减少,其贡献率为444.2%;土地利用变化使得径流趋于增加,其贡献率为544.2%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题目的与意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 气候变化和土地利用变化对径流的影响
• 1.2.2 气候变化和土地利用变化对泥沙的影响
• 1.3 研究内容
• 第二章 研究区概况
• 第三章 研究方法
• 3.1 空间区域的划分
• 3.2 年径流深的计算
• 3.3 年输沙量的计算
• 3.4 气候变化指标的计算
• 3.5 土地利用变化的计算
• 3.6 气候变化和土地利用变化在径流变化中的贡献率计算
• 第四章 泾河流域的径流变化
• 4.1 全流域的径流变化
• 4.2 流域径流变化的空间差异
• 第五章 泾河流域的输沙变化
• 5.1 全流域的输沙变化
• 5.2 流域输沙变化的空间差异
• 第六章 泾河流域的气候变化
• 6.1 全流域的气候变化
• 6.2 流域气候变化的空间差异
• 第七章 气候变化与径流变化的相关性
• 7.1 全流域气候变化与径流变化的相关性
• 7.2 流域气候变化与径流变化相关性的空间差异
• 第八章 泾河流域的土地利用变化
• 8.1 全流域的土地利用变化
• 8.2 流域土地利用变化的空间差异
• 第九章 气候变化和土地利用变化的水文作用
• 9.1 全流域气候变化和土地利用变化的水文作用
• 9.2 亚区气候变化和土地利用变化的水文作用
• 第十章 讨论与结论
• 10.1 讨论
• 10.2 结论
• 参考文献
• 在读期间学术研究
• 致谢