分离气候和土地利用变化对径流影响的方法及径流预估方法技术

一种分离气候和土地利用变化对径流影响的方法及径流预估方法，属于水文研究领域。分离气候和土地利用变化对径流影响的方法包括：评价第一影响因素对径流的影响贡献时，考虑第二影响因素在基准期和评价期对径流的影响贡献，将所述基准期的输出值和所述评价期的输出值计算获得的算数平均值作为所述第一影响因素对径流的单独影响贡献值，其中，所述第一影响因素包括气候变化，所述第二影响因素包括土地利用变化。本发明专利技术提供的分离方法可以使得气候和土地利用对流域水文过程的作用方式认识更加深刻，从而可以更好地指导人类活动。

【技术实现步骤摘要】
分离气候和土地利用变化对径流影响的方法及径流预估方法
本专利技术涉及水文研究领域，具体而言，涉及一种分离气候和土地利用变化对径流影响的方法及径流预估方法。
技术介绍
自然演进和人类活动共同驱动全球变化。全球变化背景下，流域水文循环和区域水资源演变的过程规律正在发生深刻变化。气候变化(气温、降水等要素的改变)可致流域产汇流过程和河川径流量发生变化；人类活动则通过对陆地表面的改造，影响水文循环；上述过程可能发生在各种时空尺度，且因二者之间相互交叠而显得异常复杂。一般而言，土地利用/覆被变化的程度间接反映了人类活动的强弱，通过分布式水文模型分别模拟气候输入不变，土地利用发生变化和土地利用不变，气候输入变化两种情景，有助于定量区分气候变化和人类活动对水文过程的各自影响。已知的气候变化和人类活动对流域水文过程的影响是建立在两者相互独立的假说之上的。然而驱动水文过程的气候因子的波动又受人类活动影响，哪部分是人类活动导致的，哪部分是气候本身的波动，很难区分。另外，人类活动对水文过程的影响十分复杂，既包括对下垫面的直接改造，也包括通过改变社会经济结构等对水文过程的间接影响。上述因素紧密耦合，无法一一区分量化。气候变化和人类活动对水文过程影响的甄别，或者说，如何从水文响应中区分两者的驱动贡献，依然是流域水文研究面临的难题。
技术实现思路
有鉴于现有技术中的不足，本专利技术提出了一种分离气候和土地利用变化对径流影响的方法，通过将两者影响因素对径流的影响进行分离，可以获得对径流影响因素——气候和土地利用——作用方式更深刻的认识，为实现流域可持续发展和水资源管理提供理论依据，以便对人类活动进行可预见性的控制，使得流域水资源和生态环境的和谐共生。另外，根据以上方法还可对人类活动对径流的影响预估方法，以指导实现实际生产工作。本专利技术是这样实现的：在本专利技术的第一方面，提供了一种分离气候和土地利用变化对径流影响的方法。分离气候和土地利用变化对径流影响的方法利用水文模型计算分离气候和土地利用变化对径流影响贡献值。分离气候和土地利用变化对径流影响的方法包括：评价第一影响因素对径流的影响贡献时，考虑第二影响因素在基准期和评价期对径流的影响贡献，将基准期的输出值和评价期的输出值计算获得的算数平均值作为第一影响因素对径流的单独影响贡献值，其中，第一影响因素包括气候变化、土地利用变化中的一者，对应地第二影响因素包括气候变化、土地利用变化中的另一者。在本专利技术的第二方面，提供了一种径流预估方法。径流预估方法采用前述的分离气候和土地利用变化对径流影响的方法，对气候和土地利用对流域水文过程的作用方式进行识别。上述方案的有益效果：利用基于参数率定校准后的流域水文模型通过不同历史情境设置建立统计模型来分析气候与土地利用变化对径流影响的方法，基于水文模型输出的各情境径流序列，即在分离某一要素(如气候变化)对径流的影响时，兼顾基准期和评价期另一要素(土地利用)对应的径流响应，并以前后两期模型输出值的均值，作为该要素的单独影响，从而达到分离气候和土地利用变化对径流影响的目的，认识气候和土地利用对流域水文过程的作用方式，实现流域水土资源和谐开发利用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为气候与土地利用变化对水文过程影响分离示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术涉及气候和土地利用变化敏感区域水文过程响应分析。由于气候变化和人类活动对水文过程的影响相互交叠，水文过程对气候和土地利用变化的响应复杂，因此，在实践操作中通过过滤最新的基于分布式水文模型计算气候和土地利用变化对水文过程影响的研究，发现二者的单独贡献不能完全剥离，即土地利用与气候变化对水文过程的贡献率的和并不等于1。专利技术人实践发现，究其原因主要是在评价某一因素(如气候变化)对水文过程的影响的贡献时，假定另一要素(土地利用)从基准期到评价期不发生变化，整个期间，该要素对水文过程的贡献为0。然后，在实际上，就评价期和基准期而言，相对于考察要素，另一要素变化及其影响是存在的。如，进行气候变化对河川径流影响的贡献分离时，仅以评价期土地利用为输入，基准期土地利用的影响被忽略，由此导致各影响因素贡献率之和不为1的结果。在以上认识的基础上，专利技术人创设性地提出了一种分离气候和土地利用变化对流域径流影响的方法，使得独立地考察气候变化对流域径流影响，以及独立地考察土地利用变化对流域径流影响成分可能。本专利技术中的一些主要名词释义：参数率定：先假定一组参数,代入模型得到计算结果,然后把计算结果与实测数据进行比较。若计算值与实测值相差不大,则把此时的参数作为模型的参数；若计算值与实测值相差较大,则调整参数代入模型重新计算，再进行比较。通过重复以上过程，直到计算值与实测值的误差满足一定的范围。土地覆被：覆盖地表的自然营造物和人工营造物的综合体。土地利用：人类为追求一定的土地基本功能实现,而按一定的利用方式对土地施加作用与影响的行为。水文模型：用模拟方法将复杂的水文现象和过程经概化所给出的近似的科学模型。水文现象：自然水的运动变化和存在状态的现象。表现形式：降雨，入渗，径流，蒸发等。水文过程：水文要素在时间上持续变化或周期变化的动态过程。水文过程就是水圈内部水分状态的转化、运动过程。下垫面：大气与其下界的固态地面或液态水面的分界面，是大气的主要热源和水汽源，也是低层大气运动的边界面。或者，下垫面也可以是地球表面的特征，如海陆分布、地形起伏和地表粗糙度、植被、土壤湿度、雪被面积等等。下垫面的性质对大气物理状态与化学组成的影响很大。以下将对本专利技术提出的径流影响因素的分离方法进行更详细的阐述。分离气候和土地利用变化对径流影响的方法主要利用水文模型计算来分离气候和土地利用变化对径流影响贡献值。分离气候和土地利用变化对径流影响的方法包括：评价第一影响因素对径流的影响贡献时，考虑第二影响因素在基准期和评价期对径流的影响贡献，将基准期的输出值和评价期的输出值计算获得的算数平均值作为第一影响因素对径流的单独影响贡献值，其中，所述第一影响因素包括气候变化、土地利用变化中的一者，对应地包括气候变化、土地利用变化中的另一者。例如，第一影响因素是气候变化时，第二影响因素是土地利用变化；第二影响因素是气候变化时，第一影响因素是土地利用变化。在一些更详细的阐述中，本专利技术提出的分离气候和土地利用变化对径流影响的方法主要包括流域水文模型的选择、地面观测数据的选择、流域水文模型的建立及情景设置、统计分离方法、分离后验证。气候变化包括气温、降水等。通常地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分离气候和土地利用变化对径流影响的方法，其特征在于，所述方法利用水文模型计算、分离气候和土地利用变化对径流影响贡献值，所述方法包括：计算第一影响因素对径流的影响贡献时，考虑第二影响因素在基准期和评价期对径流的影响贡献，将所述基准期的输出值和所述评价期的输出值计算获得的算数平均值作为所述第一影响因素对径流的单独影响贡献值，其中，所述第一影响因素包括气候变化、土地利用变化中的一者，对应地第二影响因素包括气候变化、土地利用变化中的另一者。

【技术特征摘要】
1.一种分离气候和土地利用变化对径流影响的方法，其特征在于，所述方法利用水文模型计算、分离气候和土地利用变化对径流影响贡献值，所述方法包括：计算第一影响因素对径流的影响贡献时，考虑第二影响因素在基准期和评价期对径流的影响贡献，将所述基准期的输出值和所述评价期的输出值计算获得的算数平均值作为所述第一影响因素对径流的单独影响贡献值，其中，所述第一影响因素包括气候变化、土地利用变化中的一者，对应地第二影响因素包括气候变化、土地利用变化中的另一者。2.根据权利要求1所述的分离气候和土地利用变化对径流影响的方法，其特征在于，所述气候变化包括气温、降水，优选地，所述第二影响因素包括土地覆被。3.根据权利要求1所述的分离气候和土地利用变化对径流影响的方法，其特征在于，所述水文模型为水文数学模型，优选地，所述水文数学模型包括BASINS流域模型系统、SWIM水文模型、VIC水文模型、DHSVM水文模型、TOPMEDEL水文模型、LTHIA水文模型、SWAT水文模型、SWMM水文模型、HBV水文模型中的任一者。4.根据权利要求1所述的分离气候和土地利用变化对径流影响的方法，其特征在于，采用统计分离方法计算第一影响因素对径流的影响贡献；计算方法如下：第一影响因素为气候变化，在分离气候变化对径流的影响时，土地利用情景L1对应的气候变化为ΔC时的水文要素值为ΔQC1，土地利用情景L2对应的气候变化为ΔC时的水文要素值为ΔQC2，采用ΔQC1和ΔQC2的算术平均值作为气候变化对径流的影响值ΔQC，5.根据权利要求1或4所述的分离气候和土地利用变化对径流影响的方法，其特征在于，采用统计分离方法计算第一影响因素对径流的影响贡献；计算方法如下：第一影响因素为土地利用变化，在分离土地利用变化对径流的影响时，气候情景C1对应的土地利用变化为ΔL时的水文要素值为ΔQL1，气候情景C2对应的土地利用变化为ΔL时的水文要素值为ΔQL2，采用ΔQL1和ΔQL2的算术平均值为土地利用对径流的影响值ΔQL，6.根据权利要求1所述的分离气候和土地利用变化对径流影响的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、流域水文模型的选择：选择具有水文物理意义的分布式或者半分布式流域水文模型，且模型考虑了气候变化输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林山，冯起，司建华，尹振良，温小虎，刘文，
申请(专利权)人：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62