洪水径流对流域土地利用变化响应问题的研究

论文摘要

海河流域是我国七大江河流域之一,处于干旱和湿润气候的过渡地带,是东部沿海降水最少的地区。近年来,人们加快了对流域土地的开发和利用:兴修水库,挖河筑堤,植树造林等,加之不合理的土地利用方式,使土地利用格局在流域尺度上发生了显著变化。九十年代以来,海河流域产流量较五、六十年代显著减少,并且洪水次数、洪峰量级也均有不同程度地减少或降低,造成了多种流域水资源利用和生态环境问题。因此,探索和研究这种由于土地利用变化使流域洪水径流产生响应的问题具有重要的意义。本文选择海河流域大清河水系作为研究区域,建立了基于土地利用变化的产汇流模型,分析流域土地利用变化的特点,以实测降雨径流资料为基础,利用所建立模型模拟典型流域的洪水过程,并研究了洪峰和洪量的变化规律。为了定量分析不同的土地覆被情景下流域径流深、洪峰流量等的变化情况,本文构建了基于土地利用变化的产汇流模型。该模型利用中国科学院土地资源分类系统将流域分为5种不同的土地利用类型,在每一种土地利用面积上分别考虑蒸发和下渗要素的影响,运用超渗-蓄满耦合产流模式进行产流计算,将所得径流量在流域上汇总,并采用单位线汇流和线性水库模型演算至流域出口断面,从而得到流域的洪水过程。在模型率定和验证时,对大清河水系典型流域的洪水序列作频率分析,以不同重现期的洪水序列分别对模型进行率定和验证。从模拟结果来看,模型结构基本反映了流域产汇流的各个环节,模拟结果能够满足研究精度要求。模型的应用主要是在不同土地利用条件下模拟典型流域的洪水过程,并对比分析洪水要素的变化规律。对比大清河水系典型流域1980年和2000年的土地利用情况,分析由土地利用变化引起的模型参数变化;在不同时期模型参数条件下对典型流域进行模拟,重点研究洪峰流量和径流深的变化规律,定性与定量结合的方式分析了洪水径流对土地利用变化的响应。模拟结果表明,研究流域2000年土地利用条件下的洪峰流量和径流深比1980年土地利用条件下均有所减小,但减小幅度不大;重现期较大的洪水减小幅度小,重现期较小的洪水减小幅度大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景、目的、意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 产汇流理论发展概况
• 1.2.2 水文模型发展概况
• 1.2.3 洪水径流对流域土地利用变化响应问题研究概况
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.3.1 基于土地利用变化的产汇流模型的建立
• 1.3.2 洪水径流对流域土地利用变化的响应分析
• 1.4 技术路线
• 第二章 大清河流域概况
• 2.1 地质条件
• 2.2 水文气象
• 2.3 土壤植被
• 2.4 水系特征
• 2.5 洪水特征
• 第三章 基于土地利用变化的产汇流模型的建立
• 3.1 下垫面分类
• 3.2 模型建立
• 3.2.1 模型结构
• 3.2.2 蒸散发计算
• 3.2.3 产流计算
• 3.2.4 汇流计算
• 3.2.5 基于土地利用变化的产汇流模型
• 3.3 模型率定及验证
• 3.3.1 研究流域洪水序列频率分析
• 3.3.2 模型参数率定
• 3.3.3 模型验证及模拟结果分析
• 第四章 洪水径流对流域土地利用变化的响应分析
• 4.1 流域土地利用变化概况
• 4.2 土地利用变化引起的模型参数变化
• 4.2.1 流域土壤蓄水容量的变化分析
• 4.2.2 土地利用变化引起的模型参数变化分析
• 4.3 洪水径流对流域土地利用变化响应的水文模拟
• 4.4 洪水径流对流域土地利用变化响应分析
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科技情况说明
• 致谢