变化环境下不同城镇化流域的径流变化及影响因素分析

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长江三角洲地区位于我国东部地区,是我国经济最发达、城市化程度最高的区域之一,河网密集、湖泊众多是该区域的显著特征。然而伴随着城市化进程的推进,以河流湖泊日益减少、建设用地面积大幅增加为代表的土地利用变化,给区域水文循环带来巨大的影响。在该地区开展径流变化的归因分析与比较,有助于正确认识变化环境下的水文变化特征,把握气候变化与人类活动影响下的流域水循环变化规律,为制定区域洪涝防控政策提供依据。通过探讨不同城市化程度对径流变化的影响特点,也能进一步有针对性地为区域水资源管理以及综合规划提供科学参考。论文选择位于长三角地区的秦淮河流域与西苕溪流域为研究区,基于多年实测水文气象数据、社会经济发展数据,采用线性趋势分析等水文统计方法对其水文气象因子进行分析,掌握了变化环境下水文变化特征与规律;以水热耦合平衡方程为基础,分析了两个流域径流对气候变化与下垫面变化的敏感系数,进而定量揭示了气候变化与人类活动对于流域径流变化影响的贡献率,并对两个流域进行了对比分析。论文的主要研究内容和成果如下:(1)水文气象因子变化趋势综合运用数理统计方法,分别分析流域气象因子变化特征与规律,揭示流域气候变化特点。结果表明:西苕溪流域与秦淮河流域年降水量均存在一定波动,流域降水均集中在6、7、8月。年内降水变化西苕溪流域与秦淮河流域呈相反变化趋势,秦淮河流域汛期降水量所占比重呈增高趋势,降水集中度增大,而西苕溪流域非汛期降水量所占比重增高,降水年内分配坦化。研究期内,秦淮河流域与西苕溪流域年均气温均呈现较为显著的升高趋势,且波动较大,其中秦淮河流域上升幅度更为明显。西苕溪流域和秦淮河流域蒸散发年际变化均呈稳步增加趋势,增加幅度均较小,其中秦淮河流域变化幅度稍大一些。(2)社会经济发展状况比较基于经济、人口以及土地利用数据,采用统计学相关方法,分析两流域社会经济发展状况。结果显示:改革开放以来,南京市地区生产总值呈不断增长趋势,到2015年总产值为232.39亿元。1978-2015年间,安吉县地区生产总值呈持续升高趋势。南京市产业结构优于安吉县。南京市总人口呈不断增长,年均增长率约为1.13%,2015年人口城镇化水平已与西方发达国家水平接近。安吉县人口呈现稳步增长,其非农人口比例由1993年的11.98%增长到2015年的36.96%,其发展水平相对较低。秦淮河流域土地利用以耕地为主,建设用地面积持续增长,且变化度较高。西苕溪流域土地利用以林草地为主,建设用地后变化度较秦淮河流域低,总体植被覆盖度高于秦淮河流域。(3)流域径流变化规律结合累积距平分析方法、集中度分析方法、小波分析等方法,系统研究两流域径流年际与年内变化,分析其趋势变化、周期性等特征,揭示了流域径流变化规律。结果表明:1972-2015年期间,西苕溪流域年径流总体呈伴有波动的微弱下降趋势,径流集中度呈减小趋势。根据径流累积距平分析,可将研究期划分为1972-1998年和1999-2015年两个阶段。1986-2015年间,秦淮河流域径流波动幅度明显,总体呈显著上升趋势。研究期内流域径流集中度呈波动增加趋势。根据径流累积距平分析,可将研究期划分为1986-2000年和2001-2015年两个阶段。两个流域径流主要集中在6-8月。(4)径流变化归因分析采用基于水热耦合平衡方程的弹性模型,分别定量分析人类活动与气候变化对秦淮河流域与西苕溪流域径流变化贡献率,对比分析了不同城市化程度对径流变化的影响。结果表明:根据水热耦合平衡方程,可计算得出西苕溪流域降水、潜在蒸散发以及下垫面对于径流变化的贡献率分别为10.14%、35.72%、47.20%。在研究期内秦淮河流域降水、潜在蒸散发以及下垫面对于径流变化的贡献率分别为 5.96%、-13.74%、108.72%。降水是秦淮河流域以及西苕溪流域径流的主要补给来源,降水与径流具有较好的响应关系,但降水变化幅度不大,因此对流域径流变化影响较小。潜在蒸散发对于径流变化起到负面作用,总体变化幅度大于降水,对于两个流域的径流变化影响均较降水大。与气候变化相比,人类活动对于径流变化的影响更为显著。安吉县在2015年突破30%人口城市化率,进入快速城市化阶段。南京市在2002年城市化率就已突破60%,进入城市化后期阶段。南京市城市化的快速发展推动了区域经济的持续增长,为满足各方面快速增长的用地需求,林地、耕地等土地类型大量转变为建设用地,使得流域不透水面持续增加,洪涝风险随之升高。安吉县由于区位优势远不及南京市,城市化进程推进较慢,县域经济体量与增速均较落后,其对于建设用地的需求相对较小。20世纪90年代后,安吉县实施了一系列水土保持措施并开展了美丽乡村建设,其植被保护较好,以致于其下垫面对流域径流减少产生积极作用。
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