基于SWAT模型的关中盆地地下水对气候变化的响应研究-地质工程专业论文.docxVIP

Groundwater response to climate change in Guanzhong basin based on SWAT A Thesis Submitted for the Degree of Master Candidate：Yin Yulong Supervisor：Prof. Wang Wenke Chang’an University, Xi’an, China     本论文得到国家自然科学基金青年基金“渭河流域地下水系统对气候 变化的响应研究”和国家自然科学基金重点项目“旱区地表 —地下水系统界面动力学与水循环研究”的支持，特致谢！  摘 要 水是生命之源，是人类生存和发展必不可少的资源，而我国人均淡水资源量远远低于世界的平 均水平，近些年来在全球气候变暖和人类活动影响下，水资源量急剧减少，河流流量减少甚至断流、 水环境开始恶化，直接威胁着人类的生存和发展。关中盆地是资源性缺水地区，气温、降水、蒸发、 径流、地下水位等水循环要素受气候变化的影响发生了明显的改变，水资源供需矛盾更加突出，水 资源安全形势更为严峻，因此研究关中盆地地下水对气候变化的响应显得尤为迫切和重要。 本论文以地下水对气候变化的响应为主线，研究了关中盆地近六十年的气温和降水量的变化特 征，运用 MK 趋势分析和 MK 突变检验分别对年平均气温、季平均气温、年降水量、季降水量序列 进行了分析，并用小波分析分析了年平均气温和年降水量的周期性变化；根据将近三十年的地下水 位长期观测资料，分析了关中盆地地下水位空间分布和动态变化特征；利用 DEM 数字高程数据、 土地利用类型数据、土壤属性数据、降水和气温资料，建立了 SWAT 水文分布模型，设定气候变化 情景模式，计算出气候变化情景下地下水的变化。最后得出如下结论： 1.关中盆地年降水量从 1960 年左右开始有减少的趋势，但减少的趋势不显著，1995 年以后，年 降水量才呈现显著的减少趋势。关中盆地不同地区年降水量的突变时间不同，武功、西安和华山的 突变时间分别为 1961 年、1966 年和 1986 年。关中盆地年降水量存在 3 年、5 年，20 年、35 年左右 的周期，其中 20 年和 35 年左右的周期最为显著。关中盆地秋季和春季近几年降水量减少趋势明显， 冬季和夏季变化不明显。 2.关中盆地年平均气温从 1990 年左右开始呈现上升趋势，到 2000 年后这种上升趋势开始更加 显著。宝鸡、西安和华山三个地区的年平均气温突变时间均在 1995 年左右，而武功的突变点在 1990 年。关中盆地年平均气温存在 15 年、30 年左右的周期，其中 30 年左右的周期最为显著。关中盆地 冬季和秋季气温从 1995 年开始显著升高，春季气温从 2003 年开始有显著的增加趋势，而夏季气温 变化不明显。 3.关中盆地地下水水位分布与地形等高线基本一致，地下水流由盆地两侧向盆地中心偏东方向 运动。关中盆地地下水水位在上世纪八十年代基本随着降水量变化处于波动阶段，进入九十年代， 地下水出现缓慢的下降趋势，到 1995 年，地下水位开始急剧的下降，直到 2000 年，地下水位下降 趋势才有所缓解，部分地区水位还出现回升。 4.利用数字高程数据，土地利用数据、土壤数据、气象数据等，建立关中盆地整个流域的 SWAT 水文模型。由模型计算地下水补给量随着降水量的增加而增加，当气温不变，降水量减少 10%时， 地下水补给量减少 29.83%，降水量增加 10%时，地下水补给量增加 34.52%。当降水量不变时，温 度增加对地下水补给量影响很小，温度增加一摄氏度时，地下水补给量减少 1.1%。 5.耦合 SWAT 模型和 MODFLOW 模型，计算气候变化情景模式下地下水位的变化。当降水量增 加或减少 10%时，地下水位也相应的增加或减少 0.6~1.5m，不同的地区水位变化幅度有所差异。气 温变化对地下水位影响很小。 关键词：关中盆地；气候变化；地下水；SWAT 模型 I Abstract Water is the source of life. It is essential to human survival and development of resources, while Chinas freshwater resources per capita is far lower than the average level in the world. In recent years, due to the impact of global warming and human activities in the water resou