气候与土地利用变化对石羊河流域水资源影响研究

Impacts of climate change and land use change on hydrology and water resources were one of the hot and front issues for global change. Based on theory and method of impacts of climate change and land use Change on water resources at home and abroad, applied statistical analyses method, spatial analyses method, remote sensing and GIS method and model analyses method, land use change were researched, and spatial-temporal variation characteristic and law of land use change were quantitatively analyzed in different period in Shiyang river basin. The variation characteristic of hydrology and meteorology were analyzed and studied, and long term variation trend of system evolution of water resources were researched, which spatial-temporal variation law of hydrology and meteorology were revealed in Shiyang river basin. Using SWAT model, distributed hydrological model of impacts of climate change and land use Change were built in Shiyang river basin. The impacts of climate change and land use Change and its variation scenario on water resources were simulated, and impact mechanism of climate change and land use Change on hydrology and water resources were revealed. The contribution rate and influence degree of impacts of climate change and land use change on runoff volume were quantitatively evaluated in Shiyang river basin, the action mechanism, collocation model,spatial distribution pattern and variation process of water resource were clarified, which would develop hydrology theory in arid area river basin and offered theoretically basis for with reason collocation and optimal use of water resource in arid area.

气候变化与土地利用变化对水文水资源的影响是全球变化研究热点和前沿问题之一。基于国内外气候变化与土地利用变化对水资源影响研究理论与方法，借助统计分析法、空间分析法、遥感和GIS技术方法以及模型分析法，以石羊河流域为研究区，开展流域土地利用变化特征研究，定量分析流域不同时期土地利用时空变化特征和变异规律；分析研究流域内各水文气象时空变化特征，揭示流域水文气象时空变化规律；利用SWAT 模型，建立基于气候变化和土地利用变化的石羊河流域分布式水文模型，模拟气候与土地利用变化及其变化情景对流域水资源影响，揭示气候变化与土地利用变化对流域水文水资源的影响机制，定量评估流域尺度上气候变化与土地利用变化对径流量的影响程度及贡献率，阐述气候变化和土地利用变化下流域水资源变化过程、空间分布格局、配置方式和作用机制，发展干旱区流域水文学理论，为干旱区水资源合理配置和优化利用提供理论依据。

针对石羊河流域水资源危机，开展流域气候变化与土地利用变化对水资源影响研究，定量分析不同时期土地利用时空变化特征与流域水文气象时空变化规律，揭示气候变化和土地利用变化与流域水资源相互影响的互馈机制，从而对推动流域水文学研究有着重要理论意义。主要研究内容及取得成果如下：.（1）运用Erdas 8.5和 ArcGIS 9.2 技术，建立了流域 1980、1995、2000、2006和2012年土地利用空间数据库，定量分析了石羊河流域土地利用类型结构变化和不同土地利用类型转化过程与规律，总体上耕地、城乡工矿居民用地、林地和水域呈现增加趋势，未利用地和草地呈现减少趋势。.（2）石羊河流域不同土地利用类型具有空间分形特征，1980年、1995年、2000年、2006年、2012年石羊河流域整体土地利用分形维值和空间结构稳定性指数分别为1.5296、1.5025、1.5445、1.5631、1.5676和0.1083、0.0997、0.1228、0.1167、0.1186。.（3）基于元胞自动机模型与马尔科夫模型，采用转换规则、驱动因素与生成空间分布、适宜性图集、起始时间点和迭代次数等过程，对石羊河流域2020年土地利用进行了预测。.（4）采用线性回归、累积距平和滑动平均等方法，揭示了石羊河流域气温、降水、径流的年变化、年代际变化、季节变化和空间变化特征与规律。流域气温、降水和径流呈现不同变化趋势与变化特征。.（5）根据流域特征，结合流域水文、气象等数据，建立流域空间数据库、属性数据库，结合SWAT模型，以数字高程模型为基础，提取分布式水文模型参数，构建了基于SWAT模型的石羊河流域分布式水文模型。.（6）基于SWAT模型，模拟了在不同气候与土地利用变化情景下径流量的变化情况。在未来气温升高+1℃，降水量不变，林地、草地增加10%的情景下，黄羊河径流量从1.3086亿m3分别减少到1.2795亿m3、1.2138亿m3、1.2134亿m3，而南营河从1.2201亿m3分别减少到1.1227亿m3、1.0922亿m3、1.0857亿m3；在未来气温升高+1℃，降水量增加10%的情境下，黄羊河径流量从1.3086亿m3分别增加到1.5712亿m3、1.5055亿m3、1.5051亿m3，南营河从1.2201亿m3分别增加到1.4574亿m3、1.4269亿m3、1.4204亿m3。