近年來,由于氣候變化導(dǎo)致的水熱失衡及人類活動對自然下墊面的改造日益加劇,不僅使自然界水資源的分布格局發(fā)生了巨大的改變,還使得氣象災(zāi)害事件頻繁發(fā)生,在這樣的背景下,河川徑流大幅減小、地下水過量開采利用等一系列水資源問題也隨之愈發(fā)凸出,而在我國水資源本就匱乏的干旱半干旱地區(qū),所面臨的水資源問題往往也更為嚴峻。作為我國畜牧業(yè)生產(chǎn)基地的內(nèi)蒙古大草原,隨著這一系列問題所引發(fā)的區(qū)域水文循環(huán)過程的改變,也出現(xiàn)了諸如河流斷疏、洪水肆虐、草地退化等水文生態(tài)環(huán)境問題,這些問題加劇了人與自然界和諧共處的矛盾,嚴重制約著地區(qū)社會經(jīng)濟的發(fā)展。為解決好環(huán)境變化引起的水資源問題,需要從流域水資源分布格局及其變化特征等方面入手,進而探討流域水文過程變化的驅(qū)動機制。本文以干旱半干旱地區(qū)典型草原型流域-錫林河流域為研究對象,利用研究區(qū)長序列水文氣象觀測資料及水文地質(zhì)實測資料等,運用國際上常用的水文氣象要素分析方法,就流域極端降水事件、不同尺度降水的時空變化以及徑流變化原因等進行了詳細描述,并建立了流域SWAT模型,對地表徑流進行了模擬。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合Visual MODFLOW模型建立了錫林河流域地表水-地下水的耦合模型,將流域地表水與地下水作為一個整體進行討論,以期為研究區(qū)水資源的高效利用提供理論支撐。論文主要取得以下研究成果:(1)以錫林河流域所在的內(nèi)蒙古高原內(nèi)陸河東部流域1961-2015年0.5°×0.5°降水格點數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),采用MM-K法、主成分分析和相關(guān)分析等氣候診斷法,對6個極端降水指數(shù)的時空變化特征進行分析,并研究了極端降水事件對ENSO事件的響應(yīng)。結(jié)果表明:該降水格點數(shù)據(jù)集可以用于刻畫研究區(qū)的降水分布規(guī)律;近55a來研究區(qū)極端降水指數(shù)的年際變化趨勢總體以下降為主,其中連續(xù)無雨日數(shù)(CDD)下降的區(qū)域占整個流域的91%,除CDD外其余指數(shù)均呈“東高西低”的空間分布格局,降水強度(SDII)均值介于3.8-5.3mm/d之間,空間差異較小;強降水量(R95P)和CDD分別對強降水事件和持續(xù)干旱事件具有指示作用;大雨日數(shù)(RR10)、SDII和R95P對ENSO事件更為敏感,當發(fā)生中等強度的厄爾尼諾事件時,流域持續(xù)干旱情況加劇,出現(xiàn)拉尼娜現(xiàn)象時,流域易發(fā)生洪澇災(zāi)害。(2)近56a來,錫林河流域降水量總體呈下降的趨勢,并于1974、1980、1989和1998年發(fā)生過4次突變,存在著28a的主周期變化。夏季降水特征和年降水特征基本一致,秋季降水波動較大,冬季降水量呈顯著上升的趨勢。汛期8月份降水量呈顯著下降的趨勢,并在1998年左右發(fā)生突變,降水第一主周期在12a處。非汛期11和12月份降水量都呈顯著上升的趨勢,其中,12月份降水在2000年左右發(fā)生顯著性突變,這兩個月份降水的第一主周期分別是30a和9a。不同時間尺度下降水序列的Hurst指數(shù)均0.5,說明流域降水趨勢具有持續(xù)性,未來的降水趨勢將與過去保持一致。(3)錫林河流域徑流大幅波動直接反映出草原生態(tài)受到了嚴重破壞,分析徑流變化的主要驅(qū)動因子對分析流域水循環(huán)變化過程及草原生態(tài)修復(fù)具有重要意義。基于錫林浩特水文站1970-2014年徑流數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)采用彈性系數(shù)法定量分析了氣候變化及人類活動對徑流變化的貢獻率,結(jié)果表明:近45年來錫林河流域徑流量變化呈顯著下降趨勢(α=0.05),并于1979、1986和1998三年發(fā)生過突變。以突變點為分界點將整個時間序列分為三個研究期,并對各研究期內(nèi)徑流的變化進行了定量分析。其中,研究期Ⅰ(1980-1986年)內(nèi)人類活動對徑流變化的貢獻率相對較小,為46.57%;研究期Ⅱ(1987-1998年)內(nèi)流域的年均徑流量增大,該階段人類活動對徑流變化的貢獻率高達91.46%,而氣候變化僅為8.54%;在研究期Ⅲ(1999-2014年),徑流量相比基準期下降了45.79%,人類活動對這一變化的貢獻率為66.16%,雖然比上一階段有所下降,但還是占主導(dǎo)作用。(4)文章基于流域數(shù)字高程、土壤、植被及水文氣象等數(shù)據(jù)建立了由錫林浩特水文站控制的錫林河流域上游的SWAT模型并對流域年徑流量進行了模擬。模型將流域劃分為7個子流域,214個水文響應(yīng)單元。在模型識別期應(yīng)用SWAT-CUP軟件對所建模型進行參數(shù)率定,并選擇決定系數(shù)(R~2)和納什效率系數(shù)(E_(NS))對模型在該流域的適用性進行了評估。在率定期,模型的R~2和E_(NS)值分別為0.87和0.79,在驗證期,模型的R~2和ENS值分別為0.78和0.68,雖然模擬精度并不算很高,但都達到了SWAT模型的精度要求。(5)在已校準好的流域SWAT模型基礎(chǔ)上,借助Arcgis軟件,為SWAT中的HRU賦予空間屬性,使之與MODFLOW中計算單元CELL相對應(yīng)。將SWAT模型輸出的地下水補給量和潛水蒸發(fā)量輸入Visual MODFLOW中補給模塊和蒸發(fā)模塊,從而建立錫林河流域上游非均質(zhì)-各向同性-二維非穩(wěn)定流的地下水概念模型,并將此耦合模型應(yīng)用于研究區(qū)的地下水水位模擬計算。通過擬合識別期的地下水模擬流場與實測流場,最終確定了符合研究區(qū)水文地質(zhì)條件的參數(shù)。與此同時,通過驗證期內(nèi)各觀測井的水位擬合效果進一步證明所建耦合模型可以較好地反映流域內(nèi)潛水含水層地下水的運動變化特征。
【學位單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：P333;P641
【部分圖文】：

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學博士學位論文 究區(qū)概況自然地理狀況 地理位置林河流域位于內(nèi)蒙古高原中部，流域面積 10786km2，流域發(fā)源于赤峰市克寶爾圖山，超過 90%的面積位于錫林郭勒盟境內(nèi)的錫林浩特市，研究區(qū)煤備豐富，承擔著多項國家級重大能源轉(zhuǎn)化戰(zhàn)略實施的重任，同時，流域內(nèi)其匱乏、生態(tài)環(huán)境十分脆弱。地理坐標：43°24'~44°39' N，115°25'~117°1

變化環(huán)境下錫林河流域地表水與地下水耦合模擬水事件分析進一步分析氣候變化對流域水資源的影響，本章以錫林河流域所在內(nèi)河東部區(qū)（圖 3）為研究對象，把極端降水事件作為切入點，以 196.5°降水格點數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用 MM-K 法、主成分分析和相關(guān)分析等氣大尺度范圍內(nèi)對表征 6 類極端降水事件的極端降水指數(shù)的時空變化特并研究了極端降水事件對 ENSO 事件的響應(yīng)，以期為流域水資源管草原生態(tài)保護提供參考。

.2.3 其他數(shù)據(jù)統(tǒng)計法本文使用 5 年滑動平均法來識別各極端指數(shù)在時間尺度的年際變化特征；在對極端指數(shù)進行主成分分析和多變量相關(guān)分析后，再討論其對 ENSO 事件的響應(yīng)。.3 結(jié)果及分析.3.1 降水變化背景通過 IDW 插值出的降水格點數(shù)據(jù)與對應(yīng)氣象站實測數(shù)據(jù)進行比較，由圖 4A 可：只有二連浩特站年均降水量偏差為 17.33%，其余各站點偏差絕對值都小于 15%中降水量偏差絕對值小于 10%的占總站點數(shù)的 73.33%。此外，實測數(shù)據(jù)與格點數(shù)具有很好的線性關(guān)系（R=0.98），且 b=-8.05mm，k=1.08，非常接近于 1，并通過 0.0001 水平的顯著性檢驗（圖 4B），由此可見，格點數(shù)據(jù)可以反映研究區(qū)降水分的時空格局。
【參考文獻】

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2 李維;吳燕鋒;巴特爾·巴克;魏小琴;Rasulov Hamid;;塔吉克斯坦降水量和氣溫時空變化特征[J];干旱區(qū)研究;2015年05期

3 劉惠英;任洪玉;張平倉;魯向暉;張昕川;;香溪河流域近60年來降雨量變化趨勢及突變分析[J];水土保持研究;2015年04期

4 周夢甜;李軍;朱康文;;近15a新疆不同類型植被NDVI時空動態(tài)變化及對氣候變化的響應(yīng)[J];干旱區(qū)地理;2015年04期

5 高繼卿;楊曉光;董朝陽;李克南;;氣候變化背景下中國北方干濕區(qū)降水資源變化特征分析[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2015年12期

6 白樂;李懷恩;何宏謀;董國濤;蔡大應(yīng);黨素珍;;煤礦開采區(qū)地表水-地下水耦合模擬[J];煤炭學報;2015年04期

7 李雙雙;楊賽霓;劉憲鋒;;1960-2013年秦嶺—淮河南北極端降水時空變化特征及其影響因素[J];地理科學進展;2015年03期

8 楊立哲;錢虹;郝璐;;錫林河近50年徑流變化特征及其影響因素分析[J];草業(yè)科學;2015年03期

9 徐建新;陳學凱;黃鑫;雷宏軍;張澤中;;貴州省近50年降水量時空分布及變化特征[J];水電能源科學;2015年02期

10 董蕾;張明軍;王圣杰;朱小凡;任正果;王瓊;;基于格點數(shù)據(jù)的西北干旱區(qū)極端降水事件分析[J];自然資源學報;2014年12期

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2 崔素芳;變化環(huán)境下大沽河流域地表水—地下水聯(lián)合模擬與預(yù)測[D];山東師范大學;2015年

3 劉聞;基于SWAT模型的水文模擬及徑流響應(yīng)分析[D];西北大學;2014年

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5 李碩;GIS和遙感輔助下流域模擬的空間離散化與參數(shù)化研究與應(yīng)用[D];南京師范大學;2002年

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2 張斌;基于Visual MODFLOW的黃土原灌區(qū)地下水動態(tài)研究[D];西北農(nóng)林科技大學;2013年

3 燕敏飛;大連甘井子區(qū)地下水數(shù)值模擬研究[D];大連理工大學;2012年

4 陳暘;分布式水文模型EasyDHM在南水北調(diào)中線受水區(qū)的應(yīng)用研究[D];天津大學;2010年

5 秦雅飛;吉林西部地下水模擬預(yù)報及生態(tài)效應(yīng)探討[D];吉林大學;2008年

本文編號：2848311