黑河流域蓝绿水时空变化研究

论文摘要

所有的有机体,包括人类,都需要淡水资源来保证其生存。因此,保证足够的淡水资源供给不仅对人类是必不可少的,对生态系统也是极其必要的。水资源可以分为蓝水和绿水。蓝水主要指江、河、湖水及浅层地下水；绿水是指源于降水,储藏于非饱和土壤中并被植物以蒸散发的形式吸收利用的那部分水。以往,人们往往更多的关注蓝水而忽视绿水。但是绿水在粮食生产和生态系统服务中发挥着非常重要的作用。蓝绿水研究引发了科学界对水资源概念及评价的重新思考,逐步影响着人类对水资源管理的思维方式,并已经成为水文水资源领域研究热点。在我国干旱区内陆河流域,人们对水循环的认识仍然是以蓝水为主,对流域生态系统和人类极其重要的绿水和其时空分布却了解甚少。本研究选择干旱区典型内陆河流黑河为研究对象,以蓝绿水为研究核心,以Soil and Water Assessment Tool （SWAT）模型和Mann-Kendall等统计检验方法为研究手段,研究黑河流域蓝绿水的时空动态分布格局和人类活动对蓝绿水变化规律的影响。在流域尺度上分析蓝绿水在干旱年、湿润年、平水年这些典型年份的变化特征；并综合考虑蓝绿水资源空间分布和水资源变化情况,探讨蓝水、绿水转化的理论框架。研究发现,黑河流域蓝水流（地表径流、壤中流和地下径流之和）和绿水流（实际蒸散发）呈现从上游到下游递减的规律。黑河流域绿水系数（绿水流占蓝绿水流之和的比重）达到了88%以上,因此在黑河流域大部分水资源是以绿水的形式存在的。人类活动会影响蓝绿水的变化和分布。黑河流域中游地区城市化的进程导致该地区蓝水流增加,绿水流减少；而中游地区农田的灌溉导致蓝水流减少,绿水流增加。通过对1960-2010年的蓝绿水变化趋势分析发现,黑河流域蓝水流和蓝绿水总量在过去51年来呈现显著增加的趋势,而绿水系数呈现显著减少的趋势。蓝水流、绿水流和蓝绿水总量在上游和中游增加显著,但在下游地区变化趋势不显著。蓝水流在1963年发生突变,蓝绿水总量在分别在1963和1978年发生突变。通过对黑河流域未来蓝绿水的变化趋势预测发现,黑河流域未来蓝绿水都将呈现增加的趋势,而绿水系数则呈现减少的趋势。蓝绿水总量在湿润年份（1998年,252.72亿m3）明显大于干旱年份（1978年,167.73亿m3）；绿水系数在于旱年份（90.30%）明显高于湿润年份（85.41%）。降水低的年份（干旱年份）的绿水流所占蓝绿水流总量的比例明显高于湿润年,而湿润年份蓝水流占水资源的比例明显高于干旱年。本研究为科学合理地规划和管理中国西北内陆河流域的水资源提供了基础数据,对流域尺度上水资源的评价和预测有着重要的指导和实践意义；可以为国家内陆河流域综合管理、水安全、生态安全提供理论基础和科技支撑。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1. 研究目的和意义
• 1.2. 蓝绿水的国内外研究现状
• 1.3. 黑河流域水资源评价的研究状况
• 1.4. SWAT模型应用研究进展
• 1.5. 主要研究内容和技术路线
• 1.5.1. 研究内容
• 1.5.2. 研究目标
• 1.5.3. 拟解决的关键问题
• 1.5.4. 本研究创新之处
• 1.5.5. 技术路线
• 2. 研究区概况与研究方法
• 2.1. 研究区概况
• 2.1.1. 气候水文特征
• 2.1.2. 土壤植被状况
• 2.1.3. 流域社会经济及水资源利用状况
• 2.2. 研究方法
• 2.2.1. 概念介绍
• 2.2.2. 数据资料收集及处理方法
• 2.2.3. SWAT模型模拟方法
• 2.2.4. 统计分析方法
• 2.2.5. 本研究的时间范围和空间尺度
• 2.2.6. 蓝绿水的计算方法
• 2.2.7. 蓝绿水深度、绿水系数、相对变化率的计算
• 3. 自然条件下黑河流域蓝绿水的时空动态分布格局研究
• 3.1. 研究背景
• 3.2. 研究方法
• 3.3. 研究结果
• 3.3.1. 模型的率定和验证结果
• 3.3.2. 黑河流域总的蓝绿水的变化
• 3.3.3. 黑河流域上中下游蓝绿水动态
• 3.3.4. 黑河流域绿水系数的时空分布
• 3.4. 本章小结
• 4. 人类活动影响下黑河流域蓝绿水的时空动态分布格局研究
• 4.1. 研究背景
• 4.2. 研究方法
• 4.3. 研究结果
• 4.3.1. 人类活动影响下黑河流域蓝绿水流的总体变化
• 4.3.2. 不同情景下黑河流域蓝水流的变化
• 4.3.3. 不同情景下黑河流域绿水流及绿水系数的变化
• 4.4. 讨论和小结
• 5. 黑河流域蓝绿水的变化趋势研究
• 5.1. 研究背景
• 5.2. 研究方法
• 5.2.1. 数据来源
• 5.2.2. 趋势分析方法
• 5.3. 研究结果
• 5.3.1. 黑河流域蓝绿水的变化趋势
• 5.3.2. 黑河流域上中下游流域的蓝绿水变化趋势
• 5.3.3. 黑河流域蓝绿水变化趋势的空间分布
• 5.3.4. 未来变化趋势的预测
• 5.4. 讨论和小结
• 6. 黑河流域蓝绿水在典型年份的时空差异研究
• 6.1. 研究背景
• 6.2. 研究方法
• 6.2.1. 典型年的确定
• 6.2.2. 数据来源
• 6.3. 结果与分析
• 6.3.1. 黑河流域典型干湿年份的确定
• 6.3.2. 典型年份的蓝绿水深度时空差异
• 6.3.3. 黑河流域典型年份绿水系数时空差异及蓝绿水总量变化
• 6.4. 讨论与小结
• 7. 结论与展望
• 7.1. 自然条件下黑河流域蓝绿水的时空分布
• 7.2. 人类活动影响下的黑河流域蓝绿水的时空变化研究
• 7.3. 黑河流域蓝绿水的变化趋势分析
• 7.4. 黑河流域蓝绿水在典型年份的时空差异
• 7.5. 蓝绿水研究的未来展望
• 7.6. 政策建议
• 参考文献
• 附录
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录
• 致谢