基于DEM的黄土丘陵区分布式小流域产流产沙模型的研究

论文摘要

长期以来,水资源短缺、水土流失严重、区域生态环境破坏等都是制约我国经济可持续发展的问题。我国流域产流产沙模型的研究主要集中在集总式模型和概念性模型上,落后于世界发达国家。随着我国经济建设的不断发展,传统的集总式及概念性模型无法满足发展需求,需要探索和研究更为先进的流域产流产沙分布式模型。分布式流域产流产沙模型不仅可以帮助人们更加深入地了解区域水文循环及产流产沙在不同时间和空间尺度上的变化过程和规律,而且可为综合解决实践中各种和水文循环及土壤侵蚀相关的问题提供更加有效的框架和平台,也为解决水资源、水污染、水环境、水生态以及水土流失等问题提供重要的评价手段和有效技术支持。本文通过流域实地考察,基于DEM地形参数提取,根据坡面产流产沙机理及流域水流流向算法建立了基于DEM的黄土高原丘陵区分布式流域产流产沙模型。主要研究内容如下:1)对研究流域进行实地查勘,初步了解流域的地形地貌、土壤特性、植被类型、土地利用及水土流失现状等情况,为建立模型提供感性认识。2)根据前人已有的流域坡面产流产沙模型,基于D8算法和马斯京根法原理,利用各栅格单元的参数独立及产流产沙过程之间的耦合关系,建立基于DEM的分布式流域产流产沙模型。3)利用岔巴沟流域1959-1969年月平均降雨、径流和输沙量资料对分布式流域产流产沙模型的参数进行率定,并利用流域1970-1989年月平均降雨、径流和产沙量数据资料对模型进行验证,结果令人满意。4)将分布式模型计算结果与原流域单元模型进行对比分析,栅格单元精度更高;并提取时段流域产流产沙的空间分布,得到产流和产沙的空间分布十分相似。并利用工程措施的减水减沙效果对基于栅格单元的分布式流域产流产沙模型进行修正,对修正后的模型进行验证,得到的模拟过程更加吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 流域水文模型发展现状
• 1.2.2 流域产沙模型发展现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 研究工作重点和难点
• 1.5 研究的技术路线
• 第2章 流域实地考察及实测数据分析
• 2.1 流域实地考察
• 2.1.1 流域考察的主要目的
• 2.1.2 考察的主要内容
• 2.1.3 考察报告小结
• 2.2 流域实测数据分析
• 2.2.1 适线法分析
• 2.2.2 图表分析法
• 2.2.3 双累积线法
• 2.2.4 数据成果分析
• 2.2.5 结论
• 第3章 分布式流域产流产沙模型的基本原理
• 3.1 模型结构（The structures of model）
• 3.1.1 产流模型
• 3.1.2 产沙模型
• 3.1.3 水流流向及累积量模型
• 3.1.4 水保措施计算模块
• 3.2 分布式水文模型（Distributed hydrological model）
• 3.2.1 产流模块
• 3.2.2 河道汇流
• 3.3 分布式产沙模型（Distributed Erosion Model）
• 3.3.1 坡面侵蚀力
• 3.3.2 单一坡面的土壤侵蚀公式
• 3.3.3 栅格单元坡面的土壤侵蚀公式
• 3.3.4 流域产沙量计算
• 3.4 流域流向及累积量模型（Direction and Accumulation model）
• 3.4.1 流域流向模型（Direction Model）
• 3.4.2 流域产流产沙累积量模型（Accumulation model）
• 3.5 水保措施计算
• 3.5.1 坡面措施减水减沙计算
• 3.5.2 淤地坝措施减水减沙计算
• 第4章 基于 ArcGIS 分布式模型参数提取
• 4.1 ArcGIS 在流域水文分析中的应用
• 4.1.1 水文模块主要功能
• 4.2 基于DEM 的岔巴沟流域地形数据提取
• 4.2.1 岔巴沟流域DEM 数据的提取
• 4.2.2 栅格数据采样及数据提取
• 4.3 本章小结
• 第5章 分布式模型的建立及率定
• 5.1 流域基本概况及工程建设
• 5.1.1 流域基本概况和水沙特点
• 5.1.2 流域工程建设及使用情况
• 5.2 岔巴沟流域信息提取及资料插值分布
• 5.2.1 流域地形信息提取
• 5.2.2 资料空间插值
• 5.3 模型参数率定
• 5.3.1 待定参数的确定
• 5.3.2 参数率定方法
• 5.3.3 模型参数率定结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 模型的验证及应用
• 6.1 模型验证
• 6.2 模型的对比分析及其应用
• 6.2.1 模型的对比分析
• 6.2.2 流域栅格单元的模拟计算
• 6.2.3 流域产流产沙累积量计算
• 6.3 模型对减水减沙效益的定量评估
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 研究的不足
• 7.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间发表的论著及参与的科研项目
• 1 攻读硕士期间发表的论文
• 2 攻读硕士期间参与的科研项目