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在全球气候变化的背景下,本文选择三江平原典型的湿地流域——挠力河流域作为研究区,综合利用RS和GIS技术、数理统计方法、人工神经网络和流域分布式SWAT模型研究了挠力河流域湿地垦殖过程、径流变化过程及区域气候变化特征,并估算了气候变化和湿地垦殖对流域径流过程的影响,初步认识了气候变化和湿地垦殖对流域径流过程的影响。
1954年挠力河流域的沼泽湿地面积占流域整个面积的39.8%,而2000年的面积仅为原面积的1/3左右,其中1976~1986年减少的最为剧烈,而且大约85%的面积开垦为了耕地。整个湿地垦殖过程中,主要的开垦区是富锦市、宝清县和友谊县。流域的自然特征和农场的建设对湿地利用的区域分布特征具有较强烈的影响作用。
1956~2005年挠力河的宝清站和菜咀子站年平均径流量存在明显的减少趋势,减少过程主要集中在1956~1980年这个时段,夏汛期的径流量减少趋势更为明显,1981~2005年时段内仅有菜咀子站的枯水期减少较为明显。利用Morlet小波分析挠力河流域1956~2005年径流变化发现,在整个时期内,宝清站年平均径流量的演变存在15a和45a的显著周期性变化;菜咀子站的年径流演变存在25a和40a显著的周期变化,现阶段挠力河流域正处于30a或40a以上的枯水期。
挠力河流域宝清站和菜咀子站1956~2005年的年平均径流量序列数据可分为两个阶段,分别为基准期1956~1967年和变化期1968~2005年,与基准期相比,变化期内的年平均径流量的年际变化和年内分配都发生了较大变化。
挠力河流域的降雨存在减少趋势,并存在时空差异性。宝清站和富锦站两个站年平均降雨量都趋于减少,夏季减少趋势最为明显,而友谊站的各个季节的降雨量都没有明显的减少趋势;利用地统计方法分析1961~1980年和1981~2005年流域降雨的空间变化发现,1981~2000年挠力河流域上游的年均降雨量是减少的,而下游的降雨量是增加的。
宝清站、友谊站和富锦站的最低气温、最高气温和年均气温都有明显的升高趋势,最低气温的升高速率>年均气温的升高速率>年均最高气温的升高速率。四个季节中气温升高最明显的是冬季和春季。空间上的变化也不同,在1961~1980年,挠力河流域年平均气温由上游向下游逐渐降低,年均气温在2.2~3.4℃之间;在1981~2000年,挠力河流域年均气温明显升高,年均气温在3~4.4℃之间,整个流域温度升高了1℃左右,但年均气温自上游向下游逐渐降低的格局没有发生变化。
气候变化对径流有较大的影响,但不同气象要素的影响程度不同。利用人工神经BP网络模拟径流对气候变化的敏感性,结果发现:上游宝清站径流对气候变化更敏感些,而且径流对降水的敏感性大于气温。利用水量平衡法和径流——降雨经验模型对变化期的年均径流量分析发现:宝清站径流量的减少量大约40%是由气候变化引起的,菜咀子站径流量的减少量大约34%是由气候变化引起的。
流域湿地的大面积开垦,对河流径流产生了重要影响。虽然建设了大量水利工程,但流域的径流调节功能还是逐渐降低的,较小的降雨就能产生较大的洪峰流量,而且洪峰形成的时间明显缩短,消退时间延长,流域的蓄水能力明显下降。利用构建的挠力河流域分布式水文模型SWAT模型,模拟不同情景下湿地垦殖的径流总量变化,结果也说明流域湿地的垦殖增加了流域的产流能力。