梯田措施对泾河流域水沙变化的影响研究

发布时间：2019-10-02 09:06

【摘要】：随着人口增加,人类活动加剧致使一些重要河流来水来沙减少明显,成为国家及社会严重关切的问题,其中黄河及支流渭河流域尤甚。梯田作为重要的水土保持措施分布广泛。但随着梯田面积增加,河道的径流锐减,使得人们对梯田的利弊提出了质疑。针对目前流域尺度内梯田措施对河道径流、生态基流和泥沙影响研究薄弱,本研究选取缺水、高含沙的泾河流域为研究对象,通过室内模拟试验和数学模型模拟相结合的方法,研究坡面梯田措施对降雨分配及坡面侵蚀的影响过程,并计算坡面径流曲线系数(CN)和基流衰减系数()为SWAT模型运行提供参数。在此基础上,基于泾河流域嵌入梯田模块的SWAT模型,定量分析水土保持典型措施——梯田对泾河流域河道径流、泥沙及保障生态基流的影响,得到以下主要结论:(1)梯田措施能有效调控降雨径流的转化,增加地下水补给,拦截坡面泥沙。利用已设计的室内降雨径流侵蚀产沙地下水模拟试验系统,选取裸坡、梯田及其秸秆覆盖措施,开展人工降雨试验,分析梯田对地表径流、土壤水、地下水及坡面产沙的影响。研究结果显示降雨过程中土壤储水增加量为梯田+秸秆覆盖梯田裸地;与裸坡相比,梯田和梯田+秸秆覆盖的平均降雨径流系数(α)分别减小了27.27%和89.40%。梯田和梯田+秸秆覆盖措施的减水效益分别为26.31%和89.65%,其相应的减沙效益分别为65.52%和94.13%。60mm/h雨强试验中,与裸坡相比,梯田及其秸秆覆盖措施平均地下水水位分别增加3.1%和15.1%;梯田和梯田+秸秆覆盖措施地下水平均流量分别为裸坡的1.29和1.62倍;降雨结束时梯田和梯田+秸秆覆盖地下水补给量分别是裸坡的1.25和2.29倍;试验结束后梯田和梯田+秸秆覆盖地下水补给量分别是裸坡的1.50倍和2.69倍。(2)通过试验模拟计算出了适用于泾河流域的SWAT模型参数。计算结果显示:裸坡径流曲线数(CN)为89.97,梯田径流曲线数(CN)为82.19,梯田+秸秆覆盖径流曲线数(CN)为54.18。裸坡坡面的基流衰减系数为0.21,梯田及其秸秆覆盖坡面的基流衰减系数均为0.36。将参数带入模型率定其他参数,月径流模拟的r2≥0.66,NS≥0.75,月泥沙模拟的r2≥0.75,NS≥0.71,表明嵌入梯田模块的SWAT模型所选参数的取值适用于泾河流域的月径流、泥沙模拟。(3)基于嵌入梯田模块的SWAT模型,分析梯田对泾河河道径流、泥沙及保障生态基流的影响,并利用Tennant法计算河段的生态基流,结果表明梯田能够滞洪补枯、保障生态基流、减小河道输沙量。杨家坪和景村河段的生态基流量为2.55和5.2 m3/s。平水年,杨家坪断面以上流域梯田面积每增加1%,可增加非汛期生态基流0.05 m3/s,提升该断面非汛期生态基流保障1.49%;该断面以上流域单位面积梯田河道减水量为1.60万m3/km2,该断面以上流域单位面积梯田河道补水量为0.84万m3/km2,该断面以上流域单位面积梯田减少河道输沙量0.32万t/km2。平水年,景村站断面以上流域梯田面积每增加1%,可增加非汛期生态基流0.04 m3/s,提升该断面非汛期生态基流保障3.48%;该断面以上流域单位面积梯田河道减水量为1.31万m3/km2,该断面以上单位面积梯田河道补水量为0.24万m3/km2,该断面以上流域单位面积梯田减少河道输沙量0.45万t/km2。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S157.31

【共引文献】