本文關(guān)鍵詞：黃土高塬溝壑區(qū)硯瓦川流域徑流泥沙對氣候變化與人類活動(dòng)的響應(yīng)

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【摘要】：黃土高原是我國水土流失最嚴(yán)重的地區(qū),全球氣候變化和人類活動(dòng)日益加劇,特別是近年來大范圍退耕還林還草等水土保持措施的實(shí)施,對下墊面產(chǎn)生了極大影響。本研究以黃土高塬溝壑區(qū)硯瓦川流域?yàn)檠芯繉ο?采用1981-2009年流域主要?dú)庀笳竞退恼镜膶?shí)測資料以及三期(1985、1996和2009年)土地利用數(shù)據(jù),運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析結(jié)合RS、GIS等技術(shù),及景觀生態(tài)學(xué)方法,定性描述與定量分析相結(jié)合,建立硯瓦川流域的數(shù)字流域模型,分析氣候水文要素特征和土地利用格局演變,計(jì)算流域綜合治理后的減水減沙效應(yīng),并定量評(píng)估氣候及人類活動(dòng)因素對徑流泥沙的影響,進(jìn)而模擬次降雨產(chǎn)流并分析流域土壤侵蝕強(qiáng)度。論文主要研究結(jié)論如下:(1)1981-2009年硯瓦川流域年均氣溫呈顯著上升趨勢,上升幅度為0.081℃/a;四季平均氣溫均上升顯著,上升幅度分別為0.125℃/a、0.065℃/a、0.067℃/a和0.082℃/a;1997年之前為偏冷時(shí)期,之后為偏暖時(shí)期。年極端最高氣溫呈顯著上升趨勢,上升幅度為0.094℃/a;年極端最低氣溫呈不顯著下降趨勢,下降幅度為-0.019℃/a。1981-2009年年降水呈不顯著下降趨勢,下降幅度為-1.521mm/a;四季中春季降水下降顯著,秋季降水下降不顯著,夏冬兩季呈不顯著上升趨勢。年最大日降水量、極端降水量、極端降水頻率和極端降水強(qiáng)度下降不顯著,下降幅度分別為-0.064 mm/a、-0.864 mm/a、-0.080次/a和-0.008 mm·d-1/a;嚴(yán)重干旱事件增加不顯著,增加幅度為0.085次/a。年降水量在空間上總體呈西高東低的態(tài)勢。1981-2009年相對濕度呈不顯著下降趨勢,下降幅度為-0.178%/a,潛在蒸發(fā)散顯著上升,上升幅度為5.672 mm/a。(2)采用1985、1996和2009年的土地利用數(shù)據(jù),分析硯瓦川流域土地利用的時(shí)空變化特征,結(jié)果顯示1985-1996年各地類相對穩(wěn)定。1985-2009年林地增加程度最大,面積增加258.06%,動(dòng)態(tài)度為10.75%;草地減少最多,面積減少38.22%,動(dòng)態(tài)度為-1.59%;從轉(zhuǎn)移矩陣上看面積轉(zhuǎn)化最活躍的是林地、草地和耕地。從各地類重心變化上看,林地和草地的重心向西南方向遷移,居民地的重心向西北方向遷移,水域向西遷移。從景觀角度分析土地利用景觀異質(zhì)性增大,景觀平均程度提高,土地利用景觀穩(wěn)定性提高,水土流失的可能性降低。從植被覆蓋上看,1981-2009年生長季NDVI呈顯著上升趨勢,上升幅度分別為每年0.0042。(3)1981-2009年年徑流量呈顯著下降趨勢,變化幅度為-9.573萬m3/a;汛期徑流量下降趨勢顯著,下降幅度為-6.643萬m3/a。四季中春夏兩季徑流量呈顯著下降趨勢,秋冬兩季的下降趨勢不顯著,四季徑流量下降幅度分別為-3.583萬m3/a、-2.607萬m3/a、-1.213萬m3/a和-0.786萬m3/a。1981-2009年年輸沙量呈顯著下降趨勢,下降幅度為-2.458萬t/a,汛期輸沙量呈顯著下降趨勢,變化幅度為-2.389萬t/a。四季輸沙量均呈顯著下降趨勢,下降幅度分別為-0.736萬t/a、-16.22萬t/a、-0.702萬t/a和-0.006萬t/a。1981-2009年洪水發(fā)生頻次呈顯著下降趨勢,大多發(fā)生在7-9月,最大洪峰多發(fā)生在7-8月。(4)采用雙累積曲線等方法得到1997年為硯瓦川流域減水減沙作用明顯生效的轉(zhuǎn)折年,據(jù)此將整個(gè)研究時(shí)段分為兩個(gè)時(shí)期,1981-1997年為基準(zhǔn)期,1998-2009年為治理期。治理期硯瓦川水文站控制流域減水減沙效應(yīng)值分別為27.2%和75.9%。治理期降雨因素有增加徑流量和輸沙量的作用,其平均降水量、降雨侵蝕力、極端降水量和極端降水強(qiáng)度較基準(zhǔn)期分別增加2.61%、12.47%、3.19%和5.05%;而治理期下墊面狀況的改善有減少徑流量和輸沙量的作用,其生長季NDVI值較基準(zhǔn)期增長20.59%。在此基礎(chǔ)上定量分析得到人類活動(dòng)對減水減沙貢獻(xiàn)率分別為108.9%和105.1%,降水對減水減沙貢獻(xiàn)率為-8.9%和-5.1%。從1981-2009年徑流深和輸沙模數(shù)間的次降雨水沙關(guān)系特征上看,單位徑流輸沙量趨于穩(wěn)定的臨界徑流深為3 mm;在年、次降雨時(shí)間尺度上,治理期較基準(zhǔn)期水沙關(guān)系都變化顯著,其單位徑流的輸沙量顯著降低。(5)采用GIS與SCS模型相結(jié)合對基準(zhǔn)期和治理期次降雨徑流深的空間分布變化進(jìn)行分析,結(jié)果顯示治理期對下墊面的改造方向,即增加林地、減少荒草地以及提高植被覆蓋度,使得產(chǎn)流量減少,其中,塬面徑流減少程度較低,溝壑區(qū)徑流減少程度較高。以20090816次降雨作為參照,在降雨條件不變的情況下設(shè)置不同的土地利用/覆被變化情景并模擬產(chǎn)流,結(jié)果顯示在草地全部轉(zhuǎn)成林地的情景下,徑流深減少0.34 mm,徑流量減少124.53萬m3;在林草覆蓋度由目前的中覆蓋度提高到高覆蓋度的情景下,徑流深減少0.66 mm,徑流量減少241.74萬m3,且兩種情景的土地利用/覆被變化都對流域中部溝壑區(qū)的徑流影響較大。(6)采用GIS與RUSLE模型結(jié)合得到硯瓦川流域基準(zhǔn)期和治理期的平均侵蝕模數(shù)分別為6474.82 t·km-2·a-1和3414.43 t·km-2·a-1,侵蝕強(qiáng)度由基準(zhǔn)期的強(qiáng)度侵蝕降低到治理期的中度侵蝕。微度侵蝕主要集中在塬面,強(qiáng)度以上侵蝕主要集中在溝壑區(qū)。治理期與基準(zhǔn)期的侵蝕強(qiáng)度相比,微度、輕度、中度和強(qiáng)度侵蝕面積都有所增加,分別增加7.87%、55.88%、1.99%和18.66%,極強(qiáng)度和劇烈侵蝕等級(jí)面積分別減少9.86%和58.59%;各侵蝕等級(jí)都較大程度地向低一等級(jí)的土壤侵蝕強(qiáng)度轉(zhuǎn)化。平均土壤侵蝕模數(shù)隨著坡度增大而增加,在不同坡向上排序?yàn)殛柶掳腙柶掳腙幤玛幤隆２⒍糠治龅玫街卫砥诮涤昙巴恋乩米兓蛩販p少土壤侵蝕的貢獻(xiàn)率分別為-12.36%和112.36%。假設(shè)在降雨條件不變的前提下,若草地轉(zhuǎn)成林地,侵蝕量將減少41.71%;若林草覆蓋度由中覆蓋度提高到高覆蓋度,侵蝕量將減少38.19%。
【關(guān)鍵詞】：黃土高塬溝壑區(qū) 硯瓦川流域 氣候變化 人類活動(dòng) 徑流泥沙
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P333
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 前言15-23
• 1.1 研究背景及意義15-16
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展16-23
• 1.2.1 氣候?qū)α饔驈搅髂嗌车挠绊?/span>16-18
• 1.2.2 人類活動(dòng)對徑流泥沙的影響18-20
• 1.2.3 水沙關(guān)系特征及變化研究20
• 1.2.4 SCS水文模型的研究進(jìn)展20-22
• 1.2.5 RUSLE侵蝕模型的研究進(jìn)展22-23
• 第二章 研究內(nèi)容與方法23-30
• 2.1 研究區(qū)概況23-25
• 2.1.1 地理位置與地質(zhì)地貌23
• 2.1.2 氣候與水文條件23-24
• 2.1.3 土壤與植被24
• 2.1.4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況24-25
• 2.1.5 水土流失與綜合治理概況25
• 2.2 數(shù)據(jù)收集與預(yù)處理25-27
• 2.2.1 DEM數(shù)據(jù)25
• 2.2.2 氣象與水文數(shù)據(jù)25-26
• 2.2.3 土壤與土地利用/覆被數(shù)據(jù)26-27
• 2.3 研究內(nèi)容27-28
• 2.3.1 硯瓦川流域數(shù)字流域模型的建立27
• 2.3.2 硯瓦川流域氣候水文要素的變化特征分析27
• 2.3.3 硯瓦川流域土地利用/覆被變化分析27
• 2.3.4 定量分析氣候和人類活動(dòng)對水沙變化的影響27
• 2.3.5 基于SCS模型的徑流模擬27
• 2.3.6 基于RUSLE模型的土壤侵蝕評(píng)估27-28
• 2.4 研究方法28-29
• 2.4.1 氣象水文數(shù)據(jù)分析方法28
• 2.4.2 土地利用變化分析28
• 2.4.3 減水減沙效應(yīng)計(jì)算及氣候與人類活動(dòng)貢獻(xiàn)率的定量評(píng)估28
• 2.4.4 模型模擬方法28-29
• 2.5 技術(shù)路線29-30
• 第三章 硯瓦川流域數(shù)字流域模型建立30-39
• 3.1 流域范圍確定及河網(wǎng)提取30-33
• 3.1.1 計(jì)算水流方向30
• 3.1.2 洼地填充30-31
• 3.1.3 生成流域邊界31-32
• 3.1.4 河網(wǎng)及河流長度提取32-33
• 3.2 DEM地形特征提取33-37
• 3.2.1 海拔33-34
• 3.2.2 坡度34-35
• 3.2.3 坡向35-36
• 3.2.4 地形起伏度36
• 3.2.5 地面粗糙度36-37
• 3.3 子流域劃分及其地形特征37-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第四章 硯瓦川流域氣候變化分析39-57
• 4.1 研究方法39-43
• 4.1.1 泰森多邊形法39-40
• 4.1.2 Sen斜率估計(jì)法40
• 4.1.3 滑動(dòng)平均法40-41
• 4.1.4 距平法41
• 4.1.5 Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)法41-42
• 4.1.6 克里金空間插值法42
• 4.1.7 極端事件閾值確定42
• 4.1.8 潛在蒸發(fā)散的計(jì)算方法42-43
• 4.2 氣溫變化分析43-48
• 4.2.1 平均氣溫統(tǒng)計(jì)參數(shù)分析43-44
• 4.2.2 平均氣溫趨勢分析44-45
• 4.2.3 平均氣溫年內(nèi)變化45
• 4.2.4 極端氣溫分析45-48
• 4.3 降水變化分析48-54
• 4.3.1 降水統(tǒng)計(jì)參數(shù)分析48-50
• 4.3.2 降水年際與季節(jié)變化趨勢50
• 4.3.3 降水年內(nèi)變化50-51
• 4.3.4 降水頻率分析51-52
• 4.3.5 降水空間分布特征52-53
• 4.3.6 極端降水分析53-54
• 4.4 相對濕度54-55
• 4.5 潛在蒸發(fā)散55
• 4.6 本章小結(jié)55-57
• 第五章 硯瓦川流域土地利用/覆被變化57-66
• 5.1 研究方法57-60
• 5.1.1 支持向量機(jī)法57-58
• 5.1.2 土地利用/覆被變化幅度58
• 5.1.3 土地利用動(dòng)態(tài)度58
• 5.1.4 土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)58
• 5.1.5 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣58-59
• 5.1.6 土地利用重心變化分析59
• 5.1.7 景觀特征指數(shù)的生態(tài)意義59-60
• 5.2 土地利用分類及空間結(jié)構(gòu)特征60-61
• 5.2.1 土地利用分類60
• 5.2.2 土地利用空間結(jié)構(gòu)特征60-61
• 5.3 土地利用變化分析61-63
• 5.3.1 土地利用變化的數(shù)量分析61-62
• 5.3.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析62
• 5.3.3 土地利用重心轉(zhuǎn)移分析62-63
• 5.3.4 土地利用景觀格局變化分析63
• 5.4 植被覆蓋變化分析63-65
• 5.4.1 NDVI數(shù)據(jù)預(yù)處理63-64
• 5.4.2 NDVI統(tǒng)計(jì)參數(shù)及變化趨勢分析64-65
• 5.4.3 NDVI與主要?dú)夂蛞蜃拥年P(guān)系65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 第六章 硯瓦川流域水沙變化特征66-75
• 6.1 研究方法66
• 6.1.1 變化趨勢分析法66
• 6.1.2 洪水頻率分析66
• 6.2 徑流變化特征66-69
• 6.2.1 徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù)分析66-68
• 6.2.2 徑流趨勢分析68
• 6.2.3 徑流年內(nèi)分布特征68-69
• 6.3 泥沙變化特征69-71
• 6.3.1 泥沙統(tǒng)計(jì)參數(shù)分析69-70
• 6.3.2 泥沙趨勢分析70-71
• 6.3.3 泥沙年內(nèi)分布71
• 6.4 洪水變化特征71-73
• 6.4.1 洪水統(tǒng)計(jì)分析71-72
• 6.4.2 洪水頻率分析72-73
• 6.5 本章小結(jié)73-75
• 第七章 氣候和人類活動(dòng)對硯瓦川流域水沙變化的影響75-90
• 7.1 研究方法75-77
• 7.1.1 突變點(diǎn)檢驗(yàn)法75-76
• 7.1.2 水沙效應(yīng)計(jì)算方法76
• 7.1.3 氣候和土地利用變化對水沙影響的貢獻(xiàn)率的分割76
• 7.1.4 Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)76-77
• 7.1.5 帶指示變量的回歸分析77
• 7.2 徑流泥沙變化時(shí)段確定77-81
• 7.2.1 水沙變化時(shí)段確定77-78
• 7.2.2 突變點(diǎn)前后的要素特征78-81
• 7.3 水沙效應(yīng)分析81-82
• 7.4 降水與人類活動(dòng)對水沙變化影響的定量評(píng)估82
• 7.5 水沙關(guān)系變化82-88
• 7.5.1 年水沙關(guān)系變化82-83
• 7.5.2 次降雨水沙關(guān)系變化83-87
• 7.5.3 流域治理對水沙關(guān)系變化的影響87-88
• 7.6 本章小結(jié)88-90
• 第八章 基于GIS和SCS模型的硯瓦川流域徑流模擬90-98
• 8.1 SCS模型90-91
• 8.2 模型驗(yàn)證91-93
• 8.2.1 確定流域CN值91-92
• 8.2.2 產(chǎn)匯流計(jì)算92-93
• 8.2.3 參數(shù) λ 率定93
• 8.3 產(chǎn)流空間模擬93-94
• 8.4 土地利用變化對徑流的影響94-97
• 8.4.1 突變點(diǎn)前后土地利用變化對徑流的影響94-96
• 8.4.2 設(shè)定土地利用變化情景下徑流的響應(yīng)分析96-97
• 8.5 本章小結(jié)97-98
• 第九章 基于GIS和RUSLE的硯瓦川流域土壤侵蝕評(píng)估98-108
• 9.1 RUSLE模型98
• 9.2 RUSLE模型因子的確立98-102
• 9.2.1 降雨侵蝕力因子R98-99
• 9.2.2 土壤可蝕性因子K99-100
• 9.2.3 地形因子LS100-101
• 9.2.4 覆蓋與管理因子C101-102
• 9.2.5 水土保持措施因子P102
• 9.3 硯瓦川流域土壤侵蝕強(qiáng)度變化102-104
• 9.4 土壤侵蝕與地形因子的關(guān)系104-105
• 9.4.1 土壤侵蝕與坡度的關(guān)系104-105
• 9.4.2 土壤侵蝕與坡向的關(guān)系105
• 9.5 降水和土地利用變化對土壤侵蝕的影響105-106
• 9.6 土壤侵蝕情景模擬106
• 9.7 本章小結(jié)106-108
• 第十章 結(jié)論與研究展望108-112
• 10.1 主要結(jié)論108-111
• 10.1.1 氣候時(shí)空變化特征108
• 10.1.2 土地利用/覆被動(dòng)態(tài)變化及景觀格局異質(zhì)性研究108-109
• 10.1.3 水沙變化特征109
• 10.1.4 氣候和人類活動(dòng)對水沙變化的影響109-110
• 10.1.5 基于GIS和SCS的徑流模擬110
• 10.1.6 基于GIS和RUSLE的土壤侵蝕評(píng)估110-111
• 10.2 研究展望111-112
• 參考文獻(xiàn)112-128
• 致謝128-129
• 作者簡介129

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7 馬為民;張劍波;田衛(wèi)堂;;紋理解譯標(biāo)志在土壤侵蝕遙感調(diào)查中的應(yīng)用[A];全國第一屆水土保持監(jiān)測學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2001年

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9 卓慕寧;李定強(qiáng);吳志峰;王繼增;劉平;;廣東省典型地區(qū)土壤侵蝕特征及防治對策[A];“全國水土流失與江河泥沙災(zāi)害及其防治對策”學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)議文摘[C];2003年

10 黃毅;張玉龍;曹忠杰;高云彪;蔡景平;;遼寧省土壤侵蝕的變化趨勢及其防治對策[A];“全國水土流失與江河泥沙災(zāi)害及其防治對策”學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)議文摘[C];2003年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 記者 黃觀平;東莞土壤侵蝕59平方公里[N];東莞日報(bào);2013年

2 記者 黃峰 通訊員 肖培青;土壤侵蝕快速調(diào)查與水土保持評(píng)估方法研究取得突破性進(jìn)展[N];黃河報(bào);2007年

3 楊旋;土壤侵蝕：觸目驚心的黑洞[N];中國國土資源報(bào);2010年

4 記者 楊亞非;輕點(diǎn)鼠標(biāo)土壤侵蝕了然[N];人民長江報(bào);2006年

5 記者 鄭北鷹;“長治”工程每年約減少土壤侵蝕2億噸[N];光明日報(bào);2005年

6 記者　李力;我國年減少土壤侵蝕15億噸[N];經(jīng)濟(jì)日報(bào);2006年

7 記者 李鋒德 李坤;遼寧全國首個(gè)完成高分辨率水土流失調(diào)查[N];中國水利報(bào);2007年

8 江西省水利廳;江西省第三次土壤侵蝕遙感調(diào)查結(jié)果[N];江西日報(bào);2004年

9 遼寧省水利廳;遼寧省第四次土壤侵蝕遙感普查成果公報(bào)[N];遼寧日報(bào);2007年

10 本報(bào)記者 屈遐;水土保持不宜多家管理[N];中國環(huán)境報(bào);2000年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳少輝;遙感影像融合在土壤侵蝕分析中的模型研究[D];華中科技大學(xué);2007年

2 林惠花;典型區(qū)域土壤侵蝕的地理學(xué)分析[D];福建師范大學(xué);2009年

3 劉洋;岷江源頭區(qū)植被景觀與流域土壤侵蝕的動(dòng)態(tài)相關(guān)性[D];中國科學(xué)院研究生院（成都生物研究所）;2007年

4 華麗;“人—自然”耦合下土壤侵蝕時(shí)空演變及其防治區(qū)劃應(yīng)用[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

5 Md. Rejaur Rahman;基于遙感與GIS技術(shù)的土地利用/覆蓋變換分析及土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究—從生態(tài)環(huán)境角度[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

6 黃炎和;閩南地區(qū)的土壤侵蝕與治理[D];福建師范大學(xué);2001年

7 李俊杰;應(yīng)用于土壤侵蝕的環(huán)境放射性核素示蹤技術(shù)方法研究[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2008年

8 賈麗;基于CAESAR模型的土壤侵蝕研究[D];華東師范大學(xué);2008年

9 龐國偉;人為作用對土壤侵蝕環(huán)境影響的定量表征[D];中國科學(xué)院研究生院(教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心);2012年

10 賈俊姝;大通縣土地利用/覆被變化與土壤侵蝕的研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 許小華;三峽庫區(qū)土壤侵蝕的遙感監(jiān)測及其環(huán)境分析[D];南昌大學(xué);2008年

2 余芬;石臺(tái)縣土壤侵蝕空間分布格局及其與環(huán)境因子的關(guān)系研究[D];安徽師范大學(xué);2010年

3 趙波;大別桐柏山區(qū)土壤侵蝕特征分析及其防治對策研究[D];安徽農(nóng)業(yè)大學(xué);2006年

4 程剛;濟(jì)南市三川流域土壤侵蝕定量評(píng)價(jià)與動(dòng)態(tài)預(yù)測[D];山東師范大學(xué);2013年

5 李蕾;湖北省人類活動(dòng)與土壤侵蝕時(shí)空變化響應(yīng)特征及分區(qū)預(yù)測[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

6 代士良;康�？h土地利用與土壤侵蝕關(guān)系研究[D];首都師范大學(xué);2009年

7 張明罡;毛竹林水土保持耕作體系下土壤侵蝕預(yù)測模型研究[D];福建農(nóng)林大學(xué);2009年

8 汪涵;丹江口庫區(qū)土地利用變化與土壤侵蝕演變[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

9 梁治中;桃林口水庫周邊土地利用與土壤侵蝕動(dòng)態(tài)研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

10 任宗萍;區(qū)域土壤侵蝕動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2009年

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本文編號(hào)：561763