基于SWAT模型的气候和土地利用变化背景下钱塘江上游水文响应研究

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近年来全球受气候、土地利用变化等综合因素影响,陆地水文循环持续变化明显,水文过程呈现有非稳态特征。钱塘江上游是习近平总书记提出的与自然和谐共处、保护生态资源、发挥生态资源重要价值理念的两山理论实践示范区之一,随着人口数量逐渐增多,城镇规划建设及气候的逐年变化,如何合理开发利用区内地表水资源、保护生态水资源和践行两山理论核心观念成为当下棘手问题。基于此,在钱塘江上游构建分布式水文模型(SWAT模型),通过率定和验证获取最优参数,使构建的SWAT模型在研究区具有本地化特点,通过分析区内历史时期气候和土地利用演变规律,结合IPCC气候评估中相关结论采用任意情景法设计不同的可能发生的气候变化情景,假定2015年、2018年土地利用状态为相对2010年土地利用变化情景,应用率定和验证后的最优参数SWAT模型对不同气候和土地利用变化情景进行径流模拟,定量分析研究区水文径流过程对气候和土地利用变化的响应情况。主要有以下结论:(1)2008-2018年期间区内降水和气温均呈波动上升趋势,经突变性检验得2010年是降水突变年份,气温在2015年发生突变,且表现有在不同年份间变化趋势不同。(2)2008-2018年期间区内径流量呈增加趋势,经突变性检验发现突变年份为2010年且不同年份间径流变化趋势有所不同,径流在年内体现有分配不均特征。(3)区内土地利用在2005-2018年各类型土地变化幅度较小,具体表现有耕地、林地占地面积轻微减小,建设用地面积增加,草地和水域面积变化不明显;区内单一土地利用类型动态变化较为明显,综合土地利用动态度先减小后增大。(4)衢州水文站在率定期(2010-2013年)、验证期(2015-2018年)的决定系数R~2和纳什系数NS分别为0.96、0.96(率定)和0.91、0.90(验证),开化水文站在率定期(2008-2013年)、验证期(2015-2018年)的决定系数R~2和纳什系数NS分别是0.95、0.92(率定)和0.94、0.89(验证),结果在可靠性范围内且精度较高,说明构建的SWAT模型在研究区有很好的适用性。(5)研究区水文径流在保持土地利用不变情况下对气温变化响应较弱,对降水变化响应较为强烈,推测未来影响区内水文径流过程发生变化的主要气候因子是降水。(6)区内水文径流过程在气候不变条件下,土地利用变化虽对径流有所影响,但并未导致区内径流发生显著变化,说明研究区水文径流过程对土地利用变化的响应较弱,没有气候变化响应强烈。
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