基于SWAT模型的气候变化及人类活动对水资源影响的贡献分析
摘 要
本文以辽宁省碧流河流域为样本研究区，基于 SWAT将空间数据和水文气象数据结合起来，建立了水文模型。同时，分别用GAS法和OAT法分析了模型参数的灵敏度，运用SWAT-CUP程序，分别用确定了CN2、Alpha_Bf、Esco等7个参数为敏感参数。分别运用SUFI2、GLUE和ParaSol算法求出敏感参数的参考最佳取值范围和参考最佳值，并表达了模拟结果。然后通过数值模拟， 计算出1984-2000年由气候变化和人类活动产生的径流变化量为0.20亿m3。其中，由气候因素造成的径流损失为0.06亿m3，由人类活动造成的径流损为0.15亿m3，两者对径流的影响贡献分别为29.2%和70.8%。2001-2005年由气候变化和人类活动产生的径流变化量为1.98亿m3。其中，由气候因素造成的径流损失为0.76亿m3，由人类活动造成的径流损失为1.22亿m3。两者对径流的影响贡献分别为38.5%和61.5%。
关键词 SWAT；贡献分析；气候变化；人类活动
A Study of the Impacts of Climate Changes and Human Activities on Water Resources Based on SWAT Model
Abstract
In this paper, the river basin of Biliu in Liaoning province is the sample research area. Based on the SWAT, the hydrological model is established with the spatial data and the hydrological meteorological data being combined. At the same time, the sensitivity analysis of the model parameters is analyzed by GAS and OAT. Using SWAT-CUP program, 7 parameters, such as CN2, Alpha_Bf and Esco, were determined as the sensitive parameters. SUFI2, GLUE and ParaSol are used to find referenced optimal range and the best reference value of sensitivity parameters. By numerical simulation, the runoff variation contributed by the climate change and human activity was calculated as 0.20 billion m3 from 1984 to 2000 and 1.98 billion m3 from 2001 to 2005. The runoff loss caused is 0.06 billion m3 by the climate factor and 0.15 billion m3 by human activities from 1984 to 2000 ,and the impact is 29.2% and 70.8% respectively. The runoff loss caused is 0.76 billion m3 by the climate factor and 1.22 billion m3 by human activities from 2001 to 2005 ,and the impact is 38.5% and 61.5% respectively.
Key words: SWAT; Contribution analysis; climate change; human activity.
目 录
摘 要 1
Abstract 1
第一章 绪 论 4
第一节 选题背景及研究意义 4
第二节 国内外研究进展 6
一、气候变化对水资源的影响分析研究进展 6
二、人类活动对水资源的影响分析研究进展 7
第三节 主要研究内容 9
第二章 样本流域概况及基本资料 11
第一节 流域概况 11
一、自然地理特征 11
二、水文气象条件 12
三、水利工程概况 12
第二节 样本流域的多源信息 13
一、空间信息数据 13
二、水文气象数据 16
三、社会统计数据 20
第三章 SWAT模型本地化构建 22
第一节 SWAT模型简介 22
第二节 样本流域SWAT模型的建立 24
一、构建基本模型 24
二、设定模拟情景 26
第三节 样本流域模型参数灵敏度分析 28
第四节 样本流域模型参数率定 30
第五节 样本流域模型评价及模拟结果 32
一、SWAT模型评价指标 32
二、样本流域模拟结果 33
第四章 气候变化及人类活动对径流影响的贡献分析 36
第一节 气候变化及人类活动对径流量影响的分析方法 36
第二节 气候变化及人类流动对流域径流量的贡献分析结果 38
结 论 41
参考文献 43
致 谢 46
第一章 绪 论
第一节 选题背景及研究意义
水资源是基础自然资源，系生态环境的控制性要素；同时又是战略性经济资源，为综合国力的有机组成部分。联合国《世界水资源综合评估报告》指出：水问题将严重制约21世纪全球经济与社会发展。探讨21世纪水资源的国家战略及其相关科学问题，是各国政府的重点议题之一[1]。
我国水资源具有本国鲜明的特点。总的来说，我国水资源总量丰富，居世界第六，但是也存在人均占有量低、时空分布变异性大、与土地资源的匹配状况不理想、生态环境相对脆弱等问题。具体而言，按联合国可持续发展委员会等7个有关组织对全世界153个国家和地区所做的统计，我国人均水资源量排在第121位[2]。同时，我国水资源有80.4%分布在长江流域及其以南地区，仅有14.7%分布在长江以北，内陆河片土地面积占全国的35%，水资源量仅占全国总量的4.9%[1]。此外，受季风影响，我国降水量年内分配极不均匀，我国水资源中有2/3左右是洪水径流。降水量和径流量的年际剧烈变化和年内高度集中，是造成水旱灾害频繁的主要原因。因此，提高水的利用效率和管理水平，评价水资源开发利用现状，分析水资源未来演变趋势是面向可持续发展的水资源战略研究的重要内容。
从70年代开始，一系列与气候有关的灾害——撒赫乐和埃塞尔比亚的干旱、印度季风区连年少雨、巴西大洪水等，证实了这样的可能性，即气候可以而且确实在迅速地变化着，并且在很在程度上影响到全球水资源的活动。也就是说，降水分布有小的变动就可以有大范围的和破坏性的灾害发生[3]。同时，在相当长的时间内，科学家在研究人类活动对水资源的影响时，把注意力放在人类活动引起的小气候和区域气候的变化上，再考虑气候对水资源的影响[4]。事实上，人类活动可以通过改变地面植被状况、建设水利设施等直接影响水资源的循环。
随着气候变化和人类活动的推进，如旱涝灾害、拦河筑坝和大规模开垦，流域水资源状况发生了一系列深刻的变化。其演变过程受气候、地貌、土壤和植被等自然条件以及人类活动的耦合作用，既表现出确定性规律，同时也具有有强烈的随机性[5]。因此分析流域径流在气候和人类活动下的演化规律和趋势，能够有助于深入了解水资源循环与平衡的关系，为流域的水资源合理规划利用提供理论基础。
长期以来，我国对水文现象的研究仅仅停滞在基于统计方法的径流序列变化规律的研究。随着计算机技术和“3G”技术的的发展，水文模型的开发取得了长足的进步。分布式水文模型，如SWAT、PQP2等，能够拟合土地利用类型、气温、降水等变量在一定变动范围内的水文过程，为研究水文现象提供了新方法[6]。
基于以上背景，本文选择辽宁省碧流河流域的径流数据，基于SWAT模型，研究了气候变化和人类活动对水资源的影响，为区域水资源配置和合理规划、水资源调度和管理提供依据，促进区域经济社会可持续发展。
