[发明专利]一种考虑土地利用时空演变的径流变化归因识别方法

说明书

本发明公开了一种考虑土地利用时空演变的径流变化归因识别方法，包括如下步骤：根据径流突变点将研究时期划分天然期和变化期；根据土地利用演变特征将变化期分段；建立流域SWAT模型；率定模型参数；对流域径流变化逐段逐项滚动式归因定量计算。本发明根据土地利用的演变特征将变化期细致划分，以充分考虑土地利用演变情况，基于SWAT模型能够准确描述流域下垫面特征、有效模拟水文过程的特征，建立起流域分布式水文模型以描述水文过程，通过对流域研究时期径流变化逐段、逐项滚动式计算，获得的归因定量识别结果充分考虑了土地利用演变对径流的影响。

技术领域

本发明涉及水利工程领域中的流域径流变化归因识别技术，特别涉及一种考虑土地利用时空演变的径流变化归因识别方法。

背景技术

近百年来，受全球气候变暖影响，水文循环加剧，极端径流事件频度、强度均有一定程度的增加。社会经济活动的持续增强和高密度水利工程群的建设，形成了复杂的人类活动影响链，研究表明众多人类活动中，土地利用变化改变了下垫面条件，从而改变了产汇流条件，对径流变化起到了尤为明显的作用。而长期以来，流域水资源开发利用所依据的历史径流序列和供需关系主要基于水文序列的平稳性假定，普遍缺少对气候变化和人类活动影响及其带来的不确定性研究。变化环境造成径流时空演变规律发生显著变异，并影响区域社会经济发展的水资源供需关系，从而给复杂水利水电系统的安全、经济运行带来风险。

径流变化的归因识别技术旨在定性和定量揭示变化环境下径流时空变化的成因，为流域水资源系统适应性调度和管理提供依据，通过定性或定量分析的归因识别结果做出具有针对性、便于操作的径流适应性调控决策。径流变化的归因识别不是一件简单的工作，目前还没有一个完善的模型或方法，主要采用数理统计分析和水文模型模拟等方法，水文模型模拟方法经历了从集总式模型向分布式模型的发展。由于分布式水文模型能够描述流域空间信息，被广泛应用于径流变化归因识别研究，通常的做法是用一期的土地利用资料代替一整段时期建模，无法考虑土地利用的时空演变，尤其是在人类活动剧烈的变化期。

发明内容

发明目的：提供一种考虑土地利用时空演变的径流变化归因识别方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种考虑土地利用时空演变的径流变化归因识别方法，包括以下步骤：

步骤1，根据径流突变点将研究时期划分为天然期和变化期；

步骤2，根据土地利用演变特征将变化期分成M段；

步骤3，建立流域SWAT模型；

步骤4，根据天然期资料率定流域SWAT模型参数；

步骤5，对流域径流变化逐段逐项滚动式归因定量计算。

根据本发明的一个方面：所述步骤1中，采用Pettitt检验方法对流域径流时间序列进行突变检验，确定径流发生的变化高于预期值的时间，将整个研究时期划分为天然时期和变化时期，认定天然期受气候变化和人类活动的影响小于预期值，可反映该流域天然径流状况。

根据本发明的一个方面：所述步骤2中，统计不同时刻的各土地利用类型面积，反映各类型在数量上的变化，制作土地利用转移矩阵，反映不同土地类型在空间分布上的互相转换，根据土地利用的时空演变特征将变化期分成N段，分段归因以充分考虑不同阶段土地利用对径流的影响，N为自然数。

根据本发明的一个方面：通过ArcGIS平台下的ArcSWAT模块建立流域SWAT模型，需要基于流域DEM数据资料生成水系并进行子流域的划分，根据土地利用类型、土壤类型和坡度类型的空间分布情况生成水文响应单元，输入气象数据，运行模型。

根据本发明的一个方面：在进行参数敏感性分析后，排除众多参数中对模型结果影响低于预期值的参数，选取敏感性大于预定值的参数进行率定，具体的参数率定工作，利用SWAT-CUP软件工具完成，得到了参数率定值之后，再对率定的效果进行评价。