下垫面变化对农田排涝流量的影响研究

发布时间：2018-03-10 21:39

本文选题：排涝模数　切入点：除涝标准　出处：《武汉大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：涝灾是一种地域性广泛的自然灾害,影响各个行业,尤其对农业生产的影响巨大。而中国是世界上涝灾最为频繁而又严重的国家之一,涝灾对经济社会发展产生了巨大的负面影响。据统计,全国现有易涝耕地2450万hm2,从1978-2008年,我国平均每年洪涝灾害的受灾面积1277万hm2,成灾面积738万hm2。每年因此而造成的粮棉油减产量约占总产的5%,严重威胁我国粮食安全。随着全球气候变化、社会经济的快速发展、人口的不断增长以及城市化进程的加快,涝灾发生的频率越来越高,涝灾损失也将越来越大,对除涝提出了更高的要求,目前我国除涝工程主要建于上世纪七十年代,随着经济社会的快速发展以及下垫面条件的改变,除涝减灾的社会需求进一步提升,涝区的水文情势也发生了很大改变。因此,开展下垫面变化下的排涝流量的研究,对于合理确定排涝工程的规模、减少涝灾损失和保障粮食安全均具有十分重要的现实意义。本文结合国家“十二五”科技支撑计划“农田除涝减灾工程综合控制技术及工程模式研究”,以农田排涝为主题,对国内外有关农田除涝标准的确定准则、表达方式和控制指标、排涝模数的影响因素和计算方法、农田排区产汇流模拟以及下垫面改变对产汇流影响的研究现状进行了总结,在此基础上开展了下垫面改变对排涝模数的影响研究。以湖北省四湖流域的螺山排区作为研究区,从排涝模数计算方法的比较研究和影响因素分析、水文与水动力学耦合模型的构建以及下垫面改变对排涝模数的影响研究四个方面展开了研究。主要研究成果如下： 1.在介绍排区产汇流和排涝模数计算过程的基础上,总结了国内常用排涝模数计算方法的原理、特点和适用范围,并对各种方法进行了定性比较。选择四湖流域的螺山排区作为典型区,开展了农田排涝模数计算方法(平均排除法、经验公式法和水量平衡法)的定量比较研究,建立了经验公式法和平均排除法之间的对应关系,并对排涝工程的排涝能力进行了复核和排涝计算方法的选取进行了探讨。 2.在排涝模数计算方法比较的基础上,开展了排涝模数的影响因素研究。分别利用经验公式法和平均排除法分析了暴雨重现期和暴雨历时、水旱比、地面硬化率、水面率和灌溉方式改变对排涝模数的影响,并建立了排涝模数与水旱比、地面硬化率、水面率的定量关系。 3.在收集螺山排区的降雨、土地利用、土壤类型、河道断面、闸站水位流量等资料的基础上,利用SCS在产流计算方面的功能和MIKE11在汇流计算方面的功能,将二者进行耦合,构建了排区尺度的水文与水动力学耦合模型。并对水田和水面的产流、水闸和泵站的模拟进行了改进。利用建立的水文和水动力学的耦合模型对螺山排区1980年、1983年、1991年和1996年汛期的产汇流过程进行了模拟,并对模型中的CN值和糙率系数进行了率定和验证。在此基础上,对螺山排区的排涝能力进行了校核。此外,通过模拟不同设计暴雨和外江水位组合下的排涝模数,定量分析了外江水位对排涝的影响。 4.以1994年和2011年的下垫面为基础,利用建立的耦合模型定量分析了下垫面改变对排涝模数的影响。在分析1994年～2011年下垫面变化趋势的基础上,利用构建的水文与水动力学耦合模型分别模拟了1994年和2011年下垫面条件下不同重现期暴雨的径流量和洪峰流量,并采用4种方法(经验公式法、平均排除法、水量平衡法和水文与水动力学耦合模型)分别计算1994年和2011年下垫面下的排涝模数,分析了下垫面改变对排涝模数的影响规律。此外,利用建立的模型分析了水旱比、水面率和地面硬化率对排涝模数的影响,建立了排涝模数与三者的线性关系,并拟定了三者的组合方案,对不同的方案进行了模拟分析。
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【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S277;TV122

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