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土地利用/覆盖变化和气候变化是直接影响流域水文、水质的重要因素,同时也是土地规划和水资源管理中的关键因素。定量预测土地利用/覆盖变化以及气候变化对流域环境的影响是整个流域范围内人类社会与自然生态和谐发展的基础。水文、水质是关键的环境指标,同时它们对各种外部扰动很敏感。土地利用/覆盖和气候通过对降水、温度、风速等气象因子和下垫面交互作用影响着区域内水文、水质特征以及其他自然、社会环境要素。本研究的目的是评估土地利用/覆盖变化和气候变化在流域范围内对水文、水质的影响,探究水资源对土地利用/覆盖变化和气候变化响应的内在原因及最终表现,并以此为基础,预测未来土地利用/覆盖变化和气候变化下,流域水文、水质可能发生的变化。为此,本文结合面向地理对象的影像分析技术(Geographic object-based image analysis,GEOBIA),土地利用/覆盖变化预测模型(Cellular automata Markov model,CA-Markov),流域水文水质模型(Soil and Water Assessment Tool,SWAT)以及第五期耦合模型比较项目(Coupled model intercomparion project phase 5,CMIP5)所给出的未来气候模式建立了土地利用/覆盖变化和气候变化下流域水文、水质的定量评估和预测系统(Quantitative evaluation and prediction of hydrology and water quality system)。并将该系统应用浙江省苕溪流域,定量分析1985年至2015年三十年间的土地利用/覆盖变化和气候变化,模拟再现流域水文、水质的动态演变过程,预测未来土地利用/覆盖的演变和流域水文(蒸发、流量)、水质(泥沙、总氮、总磷)变化。结果显示,三十年间,由于城镇化建设(占用周边大量耕地和园地)和农业产业转型(大量耕地、林地转化成为园地),苕溪流域土地利用/覆盖变化剧烈,建筑用地(+332%)、园地(+611%)急剧扩张,耕地(-73%)、林地(-11%)面积不断减少。气候方面,温度升高明显(+0.77℃/10a),降雨模式发生变化。年均降雨总量变化不显著,但降雨日数减少(-8.76天/10a),极端降雨量有增大趋势。平水季节降雨量显著增多(+59.6mm/10a),枯水季节降雨量显著减少(-61.1mm/10a)。同时由于土地利用/覆盖变化引起的下垫面属性改变,导致流域降雨径流关系发生不同程度的变化:上游地区径流系数减小,下游地区径流系数增大。径流极值的出现的概率增大。运用SWAT模型再现了土地利用/覆盖和气候变化对地表水文、水质的影响。结果证明,SWAT模型在苕溪流域具有良好的适用性,其对蒸发、径流、泥沙、总氮的模拟都取得了良好的结果。三十年间,土地利用/覆盖的变化对地表径流(+25%)、壤中流(-23%)、土壤渗透水量(-24%)、流域泥沙流失量(+26%)和地表径流中的氮流失量(+52%)都有显著的影响。结合CA-Markov模型预测的未来土地利用/覆盖状况以及CMIP5所提供的未来气候模式,定量预测了到本世纪末,土地利用/覆盖和气候变化对水文、水质的影响。结果显示,由于气候变化影响,将会导致流域蒸发量(+12%～+18%)、地表径流极值(+6%～+36%)、泥沙流失(+13%～+43%)发生显著性变化;未来可能发生的土地利用/覆盖变化对地表径流(+14%～+34%)、泥沙流失(+6%～+22%)和地表径流中的总氮浓度(+20%～+42%)有显著的影响。本文建立了 一套土地利用/覆盖变化和气候变化下流域水文、水质定量评估及预测体系;对SWAT模型进行了优化改进,使之能在土地利用变化剧烈的区域进行长时间段的模拟,拓展了 SWAT模型的应用范围,提高了模型的模拟精度;运用模型模拟的方法处理含定量因素的环境问题,深层次地揭示人与自然的内在和谐关系,同时,警示并预防可能发生的生态环境安全威胁,最终帮助管理部门做出科学合理的生活、生产、生态保护决策。自然界与人类社会纷繁复杂,本文所涉及的变量必定不能面面俱到,但随着未来计算机科技的发展,以及人类对地球化学、地球物理等原理认知的加深,模型模拟的精度将进一步提高,应用前景将更为广阔。