沂河流域水沙变化及其对气候和土地利用的响应

来源 :山东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haose1989
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沂河流域位于鲁中南低山丘陵区,是淮河流域沂沭泗水系的重要支流之一。沂河流域水资源短缺,生态环境脆弱,水土流失严重,用水矛盾和生态环境问题突出。研究气候和土地利用变化对流域水沙变化的影响在协调区域水沙关系、维系良好生态环境、促进水资源可持续利用及保障流域社会经济可持续发展等方面具有重要的科学意义。本研究以沂河流域为研究区域,定性定量分析沂河流域19612015年径流量、输沙量、气候及土地利用变化规律,基于SWAT水文模型,评估气候和土地利用变化对流域径流、泥沙变化的影响,同时基于全球气候模式和不同土地利用情景对沂河流域20192099年径流量、输沙量进行预估,并提出了流域综合管理对策。主要研究结论如下:(1)19612015年,沂河流域降水主要集中在78月,气温68月最高,1月最低;年降水量呈微弱减小趋势,年气温呈明显上升趋势。径流量和输沙量年内变化趋势基本一致,主要集中于79月;年径流量呈明显下降趋势,年输沙量呈极显著下降趋势,总体满足大水大沙、少水少沙的规律。年径流量存在6a、714a、15a和24a四类时间尺度的周期性变化规律,年输沙量存在6a、1012a和25a三类时间尺度的周期性变化规律。(2)19752015年,沂河流域土地利用结构以耕地和林地为主,其次是草地、建设用地和水域,未利用地最少;耕地(-11%)、草地(-11%)不断减少,建设用地(86%)迅速扩张,林地(17%)、水域(18%)和未利用地(28%)整体呈上升趋势;综合土地利用动态度呈波动增长趋势;建设用地的扩张主要来自耕地,耕地主要转为建设用地、林地和草地,林地主要由耕地和草地转移而来。(3)径流量和降水量具有较好的相关性和一致性;径流量对输沙量的影响程度要大于气候对输沙量的影响。水利工程建设、水资源开发利用、土地利用变化等人类活动对径流量和输沙量影响显著。基于累积量斜率变化率比较法得出:19662015年人类活动和气候对径流量变化的贡献率分别为64.8%和35.2%;根据输沙量变化特点把变异期分为两个时间段,人类活动和气候对输沙量变化的贡献率在19661975年分别为73.5%和26.5%,在19762015年贡献率分别为73.9%和26.1%,说明人类活动远大于气候对水沙的影响,是径流量、输沙量变化的主要原因。(4)SWAT分布式水文模型结果表明沂河流域19612015年径流泥沙的月模拟结果优于年模拟,SWAT模型在研究区适用性较好;采用固定一个因子改变另一个因子的方法,气候和土地利用变化对径流量变化的贡献率分别为41.58%和58.36%,模型误差占0.06%;对输沙量变化的贡献率分别为43.25%和54.23%,模型误差占2.52%,说明土地利用变化是径流量、输沙量变化的主要因素。(5)BCC-CSM1.1、BNU-ESM、MRI-CGCM3气候模式20192099年RCP4.5和RCP8.5情景下月平均径流量基本上都大于基准期,RCP8.5情景下年径流量增长趋势更加明显;月平均输沙量在非汛期与基准期基本一致,RCP8.5情景下年输沙量增长率较大。与基准期相比,除S4粮食安全优先情景外,其它土地利用变化情景下的径流量和输沙量变化均呈下降趋势。气候和土地利用变化耦合情景下,径流量的变化主要取决于气候变化,而输沙量取决于气候和土地利用变化的共同作用。针对流域未来气候和土地利用变化的可能情况,提出了流域综合治理的相关政策建议,要优化土地利用结构,重视气候变化对水资源规划的影响以及促进生态环境可持续发展。
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