基本介紹
- 書名:人類活動與氣候變化的流域生態水文回響
- 出版社:科學出版社
- 頁數:260頁
- 開本:16
- 品牌:科學出版社
- 作者:余新曉 等
- 出版日期:2013年6月1日
- 語種:簡體中文
- 定價:78.00
基本介紹
內容簡介
作者簡介
圖書目錄
前言
第1章緒論
11人類活動和氣候變化對水文過程的影響
111人類活動對水文過程的影響
112氣候變化對水文過程的影響
113人類活動/氣候變化對水文水資源的時空動態影響
114生態水文研究存在的主要問題及發展趨勢
12研究區概況
121半城子流域概況
122紅門川流域概況
123土門流域概況
124懷河流域概況
125密雲水庫流域概況
13研究方法
131水文氣象數據趨勢性分析和突變點檢驗
132土地利用/植被動態變化過程
133模型模擬方法
第2章流域景觀格局分析
21流域土地利用/森林覆被動態演變分析
211流域不同時期土地利用類型構成
212流域土地利用/森林覆被類型的轉化
22流域景觀格局分析
221景觀指數的選取
222景觀級別上的景觀格局動態變化分析
223斑塊級別上的景觀格局動態變化分析
23流域未來土地利用變化預測
231土地利用變化預測方法
232土地利用變化預測結果
第3章流域氣候因子變化分析
31流域降水趨勢性變化及突變點檢驗
311潮白河流域降水趨勢性變化及突變點檢驗
312半城子流域降水趨勢性變化及突變點檢驗
313紅門川流域降水趨勢性變化及突變點檢驗
32流域氣溫趨勢性變化及突變點檢驗
321氣溫年內變化規律
322氣溫年際變化規律
323氣溫突變檢測
33流域潛在蒸散發趨勢性變化及突變點檢驗
331潛在蒸散發年內變化規律
332潛在蒸散發年際變化規律
333潛在蒸散發突變檢測
34氣候因子預測
第4章氣候變化和土地利用/森林覆被變化對水文過程的影響
41水文過程趨勢性變化及突變分析
411潮白河流域水文過程趨勢性變化及突變分析
412半城子流域水文過程趨勢性變化及突變分析
413紅門川流域水文過程趨勢性變化及突變分析
42水文過程對氣候變化和土地利用/森林覆被變化的回響
421潮白河流域氣候變化和土地利用的水文回響
422半城子流域土地利用/森林覆被變化的水文回響
423紅門川流域土地利用/森林覆被變化的水文回響
·vi·第5章大尺度流域生態水文過程模擬分析
51SWAT資料庫的建立
511基於GIS建立流域數字高程模型
512土地利用/覆被變化資料庫
513土壤資料庫
514屬性資料庫
52基於DEM的水文參數的提取
521流域河網生成
522子流域劃分
523水文回響單元劃分
53參數靈敏度分析
531方法簡介
532結果分析
54參數率定及校核驗證
541參數適用性評價方法
542流域水文校核期參數率定
543套用SWAT進行模型模擬
55徑流泥沙變化成因分析
551溝道庫壩工程對潮白河流域徑流的影響評價
552溝道庫壩工程對潮白河流域泥沙的影響評價
553土地利用對潮白河徑流變化的貢獻率
554土地利用對潮白河泥沙變化的貢獻率
55520世紀80年代人類活動/氣候變化對潮白河流域徑流泥沙的貢獻率
第6章小尺度流域生態水文過程模擬分析
61WetSpa Extension模型資料庫的建立
611基於地理信息系統建立的流域DEM
612土壤資料庫
613土地利用/覆被變化資料庫
614氣象和水文資料庫
62空間分布參數的提取
621基於DEM的河網提取及子流域劃分
622基於土壤類型的空間分布參數提取
623基於土地利用類型的空間分布參數提取
624產流係數和窪蓄容量的空間分布
625匯流參數的提取
63WetSpa Extension模型的參數率定與驗證
631WetSpa Extension模型模擬效果的評價標準
632流域水文參數率定結果
633模型徑流模擬與驗證的結果分析
64WetSpa Extension模型與數字濾波法基流分割結果比較
641數字濾波法的介紹
642數字濾波法進行流域徑流分割
643兩種徑流分割結果對比
65森林植被變化對徑流組分的影響
651流域不同徑流組分的變化
652流域森林植被變化對徑流組分的影響
第7章流域水文情景模擬
71潮白河流域水文情景模擬
711景觀格局情景建立
712氣候情景建立
72半城子和紅門川流域水文情景模擬
721流域土地利用/森林覆被變化的情景設定
722流域不同土地利用結構的水文回響
·vii·723流域不同情景森林植被類型的水文回響
724流域不同情景森林覆被率的水文回響
參考文獻
文摘
1土地利用變化驅動力分析及預測
生態環境和社會經濟過程的相互作用是導致土地利用/覆蓋格局時空變化的根本動力。馬爾可夫(Markov)模型在土地利用變化建模中有廣泛套用。鄭江坤等(2010a,2010b)利用時空馬爾可夫模型分別對潮白河流域各土地利用類型和林地類型進行了預測。但傳統馬爾可夫模型難以預測土地利用的空間格局變化,而元胞自動機(CA)模型則具有強大的空間運算能力,可以有效地模擬系統的空間變化,並取得了很好的研究成果(侯西勇等,2004)。單純的元胞自動機模型主要著眼於元胞的局部相互作用,因此存在明顯的局限性。CAMarkov模型綜合了CA模型模擬複雜系統空間變化的能力和Markov模型長期預測的優勢,既提高了土地利用類型轉化的預測精度,又可以有效地模擬土地利用格局的空間變化,具有較好的科學性與實用性。土地利用變化驅動力分析一直是相關研究的難點和熱點。余新曉等(2009)指出自然和社會經濟因素共同驅動黃土高原典型流域土地利用轉變;夏兵(2009)採用主成分分析方法對懷柔水庫流域和潮白河流域的土地利用驅動因子進行了篩選,得出國民生產總量和用電總量與土地利用變化的相關性較大;王彥閣(2010)研究了密雲水庫流域土地利用的時空變化,指出國家巨觀政策是土地利用變化的主要驅動力。土地利用受到國家政策、人類活動、自然災害、氣候變化等多重影響,其複雜性和難預測性明顯,因此對其驅動力分析及預測須進行深入探討。
2土地利用/覆被變化對水文過程的影響
在中國,退耕還林和坡改梯工程被認為是使流域上游徑流減少的主要驅動力(Sun et al,2006)。一些學者利用統計對比的方法研究了土地利用方式與結構和水文過程之間的聯繫,岳雋等(2006)套用統計分析和空間分析方法論證了深圳市內5個流域土地利用類型與河流水質關鍵指標間的相關關係。而很多學者則採用模擬手段評估土地覆被變化對流域水文過程的影響,Juana Paul Moiwo等利用WetSpass(water and energy transfer between soil,plants and atmosphere under quasisteady state)模型對吉林省西部半乾旱濕地生態系統徑流、蒸散發的土地利用變化回響進行了分析;高超等依託德國波茨坦氣候影響研究所(the Potsdam Institute for Climate Impact Research,PIK)HBVD模型建立了巢湖流域降水徑流關係,分析了流域土地覆被變化對徑流量影響;杜麗娟等(2010)將分散式水文模型SWAT(soil and water assessment tool)套用於水土保持生態補償標準的核算中,模擬了2種情景下的水土保持林草措施涵養水源和保持土壤量,然後引入效益分攤係數計算不同情景下潘家口水庫對上游地區的補償標準;於國強等(2010)利用野外模擬降雨試驗,提出植被對水沙調控作用從大到小依次為植物根系、整個坡面植被、坡面下部植被和坡面上部植被;以上研究大多注重土地利用/覆被變化對水文過程的單向作用,而對兩者之間的耦合反饋機制分析較少。自然界是複雜的,因此對要素間的相互作用的研究對探索自然科學規律具有重要意義。
3水庫、壩系及其溝道工程對水文過程的影響
隨著經濟、社會發展,在河流上大規模築壩攔截河流水量(發電、灌溉、控制洪水等)是河流生態環境受人為影響最顯著、最廣泛、最嚴重的事件之一。鑒於水壩攔截造成河流、區域生態環境的改變,使它成為目前河流生態研究的重要領域之一。水電站或水庫、農業灌溉引水、城市取用水等水資源管理措施對河道水量過程影響非常敏感,不僅增加了水資源管理的複雜性,而且給水文模擬帶來了很大的不確定性。
我國在溝道綜合防治措施配置時,是從上游到下游,從溝頭到溝口,從支溝到主溝,從溝岸到溝底層層設防,分類施治。通過削、墊、築、淤等改造措施消除破爛溝坡、陷穴暗洞和活動塌方。修築的溝邊、溝頭防護埂,蓄水池,小水庫,淤地壩,排洪渠等形成了攔、蓄、排相結合的溝道防治體系。溝道里修建淤地壩,可以攔、蓄來自壩控小流域內坡溝系統的徑流泥沙,並實現對其調控作用。在蓄滯型水土保持溝道工程作用強的地區,水向土壤中的下滲能力要比非作用區高得多,更易於使地表徑流向壤中流和地下徑流轉化,產流形式有從超滲產流向蓄滿產流轉變的趨勢(丁琳霞,1999);方學敏等(1998)探討了淤地壩的淤積形態和攔沙機理,從單壩攔沙定額、小流域對比分析、河流泥沙變化、典型暴雨洪水等方面討論了淤地壩的攔沙作用;冉大川等對黃河中游黃土高原地區不同尺度水保坡面措施減輕溝蝕的作用進行了定量研究,得出黃河中游黃土高原地區流域水保坡面措施減輕溝蝕的作用大於坡面措施本身的減沙作用;張利平等(2010)研究提出未來氣候變化對南水北調中線工程水源區徑流變化影響不大,總體來看有利於南水北調中線工程的調水;目前大多數研究均停留在定性描述上,而對庫壩影響的過程模擬的研究則較少,如何有效地模擬這些水資源管理措施對水文過程的影響是水文模型亟待加強的環節(徐宗學和程磊,2010)。
4社會經濟因素對水文過程的影響
水資源作為國民經濟發展的先導資源,制約和影響區域社會經濟的可持續發展。城市化建設作為經濟發展的主要形式,通過加劇下墊面變化強烈影響水資源的數量和質量(徐光來等,2010)。工農業發展通過引水調水工程和地下水開採改變水資源的賦存狀態,從而影響水文水質過程,不同學者在不同區域內對其進行了研究。國內各學者就解決水量和水質問題展開了討論。李浩等(2010)以區域利益為視角,運用經濟學理論提出了跨界水資源衝突的主要動因並基於博弈理論,分三個階段、五個步驟開展了跨界水資源衝突協調和解決的研究;根據水資源的自然條件和開發利用現狀,水資源的開源潛力已經很小,且外流域大規模調水投資多、風險大、工程規劃期和施工期長;因此,依靠科技,科學調配和系統管理水資源,建立節水型的生產體系,建立與水資源承載力相應的產業結構布局是迎接水資源危機挑戰的主要對策之一。
112氣候變化對水文過程的影響
氣候變化是導致生態系統、社會經濟和人類福祉發生變化的重要驅動力之一,目前,它已經成為學術界、決策界和普通民眾共同關注的焦點問題之一。按照世界氣象組織(WMO)的意見,完整的氣候系統應包括五個物理組分:大氣圈、水圈、冰雪圈、陸地表面和生物圈。驅動全球氣候系統的基本過程是在太陽輻射對地氣系統的加熱和地面、大氣層向太空發射長波輻射的冷卻的共同作用下,低緯度獲得的熱量多,高緯度獲得的熱量少,從而形成緯度間的溫度梯度;同時,由於海陸的熱容量不同,形成了海陸之間的溫度梯度。緯度間和海陸間的溫度梯度推動了大氣環流,大氣環流形成了風系。海洋受盛行風、地球自轉作用、海岸和島嶼的分布和形狀、海水密度分布不均等的影響,形成了海洋環流。大氣環流和海洋環流把熱量從高溫地區輸到低溫地區,使各地區間的熱量處於動態平衡狀態,如偏離平衡狀態將使氣候發生變化。
1氣候變化及預測
目前人類最為關心的是十到百年尺度上的全球變化,因為它與當前人類社會面臨的問題和如何發展關係最密切。但人們還不能完全清晰地描述十到百年尺度上全球變化過程。就目前的認識水平來說,驅動全球氣候系統變化的主要過程有大氣化學成分的控制和調節(溫室氣體)、平流層過程(臭氧)、海洋物理過程、海洋生物化學過程(吸收碳)、陸面過程、生態系統和水的多種作用。