气候变化和生态建设措施对宁夏典型流域径流变化影响

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近几十年来,全球气候变化显著,气温升高,极端水文事件频发,对水文循环产生深刻影响;另一方面,人类活动更加频繁,退耕还林还草、淤地坝等生态建设措施不断的增加,改变了流域下垫面格局。受气候变化和人类活动的共同影响,流域径流都受到了不同程度的影响。本研究在分析黄河宁夏段典型流域的气象水文序列的时空分布特征的基础上,基于Budyko框架构建耦合生态建设措施下的年降雨-径流模型,借助弹性系数法,量化不同生态建设措施对径流变化的影响。研究成果可以为宁夏生态建设优化布局提供理论支撑。取得主要研究成果如下:(1)采用Mann-Kendall趋势检验,Pettitt突变点检验法分析宁夏境内典型流域气象水文序列的变化趋势和突变年份,并用热点图和集中度计算方法分析月径流和降雨年内分布特征。年降雨序列不显著变化;年潜在蒸散发在多数流域呈现显著增加趋势,突变年份主要发生在90年代中期;绝大数流域年径流呈现显著减小趋势,年径流突变主要发生在2000年左右。降雨集中度范围为:17.11~25.93,径流集中度范围为:14.07~24.50,宁夏境内降雨和径流都呈现在年内分布不均匀的特点。(2)分别计算表征植被变化的指数、表征淤地坝变化的淤地坝指数以及傅抱璞公式的水热耦合控制参数,分析它们之间的相关性和变化趋势,通过对模型的率定和验证以及参数的筛选,确定不同生态建设措施的年降雨-径流模型,并对模型的适用性进行评价。淤地坝指数、NDVI指数和水热耦合控制参数有着相同的变化趋势并且有很好的正相关关系。在同时考虑植被和淤地坝变化时,模型有最小的AIC,BIC值以及最大的AdjustR2。率定期清水河中游,茹河,葫芦河和小河流域的模型模拟结果很好,NSE和R2分别达到了 0.73和0.76以上,由MAE和RMSE结果知,苦水河,清水河中游以及小河流域模型模拟值相对葫芦河,茹河和大武口沟流域的更接近实测值,模型模拟结果较好。(3)以宁夏境内大规模生态建设措施开始时间2000年划分研究期和基准期,基于生态建设措施的年降雨-径流模型,采用弹性系数法量化不同生态建设措施对径流变化的贡献率,并采用累积斜率变化率比较法对比验证。清水河中游,小河,茹河,葫芦河,苦水河以及大武口沟流域植被、淤地坝以及其他生态建设措施对径流减小的贡献率分别为:23.11%,46.50%,8.64%;14.50%,46.82%,50.98%;37.28%,47.43%,12.96%;72.53%,8.13%,18.80%;18.57%,13.96%,27.05%;1.70%,87.76%。弹性系数法计算植被、淤地坝以及其他生态建设措施贡献率累加值与累积斜率变化率比较法计算的人类活动结果相当,结果可信。
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