發(fā)布時間：2020-05-17 03:12

【摘要】：干旱是世界上分布最廣且造成經(jīng)濟損失最嚴重的自然災害之一,即使在科技快速發(fā)展的今天,因旱致災的后果仍無法避免;而我國又是一個水資源短缺的國家,旱害己成為了制約我國經(jīng)濟社會發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要障礙。尤其近年來,受氣候變暖和高強度人類活動(下墊面/土地利用變化)的雙重影響,我國旱情愈演愈烈,旱災愈加頻發(fā)、深發(fā)和廣發(fā),已嚴重威脅著我國生態(tài)、糧食甚至人類的生命財產(chǎn)安全,急需從系統(tǒng)的角度深入開展流域干旱體系研究。因此,本文以我國的“母親河”、歷史上數(shù)有“十年九旱”之稱的黃河流域為研究對象,從流域水循環(huán)的角度出發(fā),以地理學、氣候?qū)W、水文學等理論為指導,借助流域分布式水文模型及全球氣候模式等,系統(tǒng)地提出一套集“評估-傳播-驅(qū)動-預測”于一體的干旱理論體系;針對流域不同分區(qū)氣候和人類活動(下墊面/土地利用)特征,建立干旱評估及計算干旱概率評估數(shù)學模型,識別氣象、農(nóng)業(yè)、水文干旱演變規(guī)律及驅(qū)動因素,剖析干旱驅(qū)動機制,揭示不同干旱類型之間內(nèi)在關(guān)聯(lián)及傳播機理,厘定氣象、農(nóng)業(yè)、水文干旱歸因作用大小及方向,預估未來氣候和土地利用變化情景下的氣象、農(nóng)業(yè)和水文干旱發(fā)展態(tài)勢及概率,并提出相應的綜合應對措施和建議,以期為流域科學防旱有效抗旱及保障國家水資源安全提供一套完整的理論體系和技術(shù)指導。主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)基于黃河流域1966～2010年降雨和氣溫觀測資料及NEX-GDDP降尺度數(shù)據(jù),統(tǒng)計分析了各氣候要素在過去和未來的變化趨勢。結(jié)果表明,黃河流域過去45年,降雨除A區(qū)(高寒帶半干旱干濕潤區(qū))和F區(qū)(暖溫帶濕潤區(qū))呈微弱增加趨勢外,其余四個區(qū)域呈減少趨勢;而氣溫從上游到下游均呈上升趨勢。與前40年(1971-2010年)相比,黃河流域2011-2050年40年間,降雨除C區(qū)(中溫帶干旱半干旱區(qū))和F區(qū)(暖溫帶濕潤區(qū))增加外,其他區(qū)域?qū)⒚黠@減少;氣溫除B區(qū)(寒溫帶半干旱半濕潤區(qū))和C區(qū)(中溫帶干旱半干旱區(qū))變化不明顯外,其余四個區(qū)域氣溫將大幅度上升。(2)基于CA-Markov模型以及黃河流域1980、1990、2000及2010年四期土地利用遙感影像數(shù)據(jù),預測了黃河流域未來土地利用變化趨勢,采用GIS技術(shù)和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣等方法,分析了黃河流域各分區(qū)1980-2050年的土地利用變化特征。結(jié)果表明,黃河流域主要土地利用類型分別為耕地、林地和草地,且相互之間的轉(zhuǎn)換頻率較高;黃河流域未來主要土地利用類型將保持不變,與2010相比,黃河流域2050年耕地和草地面積將減少,林地和城鎮(zhèn)面積將增加。(3)提出了基于“時變參數(shù)”的SWAT分布式水文模型動態(tài)調(diào)參方法,并對比分析了傳統(tǒng)“靜態(tài)參數(shù)”在水文模型中的模擬效果。結(jié)果表明,基于“時變參數(shù)”的SWAT模型可以很好地模擬不同時段內(nèi)黃河流域氣候和土地利用變化下的水循環(huán)過程,而基于“靜態(tài)參數(shù)”下的Ens和|Re|均達不到模型適用性最低要求,證實了本文所提出的基于“時變參數(shù)”的分布式水文模型在高強度人類活動區(qū)的合理性和必要性。(4)基于SWAT分布式水文模型和干旱評估方法,分析和揭示了黃河流域各分區(qū)氣象、農(nóng)業(yè)和水文干旱情勢時空演變特征及傳播機理。結(jié)果表明,氣象干旱和農(nóng)業(yè)干旱在1990s較嚴重,而到了 2000s流域大部分區(qū)域農(nóng)業(yè)干旱和秋冬氣象干旱得到了顯著緩解,但春夏氣象干旱加劇。水文干亭在1990s易發(fā)生秋旱,而在2000s易發(fā)生春旱,且中下游易發(fā)生水文重旱和特旱。氣象干旱到農(nóng)業(yè)干旱的傳播時間呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性,夏季傳播時間最短,約為1-2個月,冬季最長,約為5-13個月;與農(nóng)業(yè)干彔相比,氣象干旱傳播到水文干旱的時間增加,2000年前,傳播時間上游大于中下游,但2000年后,C、D區(qū)域傳播時間小于其他四個區(qū)域。水資源開發(fā)利用致使黃河流域水文過程變得更加復雜,但總體上延長了氣象干旱傳播至水文干辱的時間。(5)在識別不同干旱類型主要驅(qū)動因素的基礎(chǔ)上,通過設(shè)置干旱驅(qū)動模擬方案集,量化了氣象、農(nóng)業(yè)和水文干旱相對驅(qū)動歸因貢獻率。結(jié)果表明,大氣環(huán)流異常和土地利用變化對氣象干旱的相對影響貢獻率約為95%和5%;氣候和土地利用變化對農(nóng)業(yè)干旱的相對影響貢獻率約為75%和25%;水資源開發(fā)利用、氣候變化和土地利用變化對水文干旱的相對影響貢獻率約為500%、300%和200%。(6)基于未來氣候情景數(shù)據(jù)(NEX-GDDP)和土地利用預測模式,建立了干旱概率評估數(shù)學模型,預估了黃河流域各分區(qū)未來30年(2021-2050年)發(fā)生氣象、農(nóng)業(yè)和水文干旱概率。結(jié)果表明,黃河流域在未來30年易發(fā)生短歷時(1-3個月)氣象干旱,且上游概率略大于中下游;未來農(nóng)業(yè)干旱高發(fā)生區(qū)主要分布在A區(qū)(高寒帶半干旱半濕潤區(qū))和F區(qū)(暖溫帶濕潤區(qū)),未來水文干旱高發(fā)生區(qū)主要分布在C區(qū)(中溫帶干旱半干旱區(qū))和E區(qū)(暖溫帶半干旱半濕潤區(qū))。并針對農(nóng)業(yè)和水文干旱高發(fā)生區(qū)的地形條件和來水用水特點,給出了針對性的農(nóng)業(yè)和水文抗旱措施和建議。
【圖文】：

技術(shù)路線

圖 2-1 黃河流域地理位置及分區(qū)示意圖Fig. 2-1 Location of the Yellow River Basin and its subzones資料來源文氣象資料（徑流）資料收集了黃河流域內(nèi)唐乃亥、蘭州、頭道拐、華縣、花園口
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P426.616
，

本文編號：2667832