变化环境下河流水沙通量模拟与河口潮滩响应研究

发布时间：2020-10-10 20:36

　　 水资源是连接自然环境与人类社会的关键纽带,在气候变化和人类活动构成的变化环境背景下,水文非一致性(non-stationarity)问题突显,采用历史资料和传统水文模型率定的参数也已失去代表性,如何模拟变化的水文系统是现代水文学亟待解决的重要问题。近二十年来广西境内以人工桉树林为主导的森林转型正从根本上改变着土地利用的时空分布特征,强干扰的人工桉树种植活动直接影响了河流水沙通量,对脆弱且复杂的河口生态系统产生深刻影响。基于气候变化和区域森林转型的变化环境,本文以广西南部典型的桉树种植区——茅尾海沿海流域为研究对象,通过分析研究区上游的陆屋站水文监测数据,利用遥感手段监测研究区的扰动时空格局并建立SWAT分布式水文模型探讨变化环境下水文模型的适用性,推算入海水沙通量,结合潮位和海量遥感数据监测河口潮滩变化,主要有以下4点研究结果。(1)通过分析陆屋站1957—2016年的水文观测资料可知,降雨和径流序列检验结果分别为上升不显著和下降不显著,降雨和径流1957—2005的水文丰枯周期变化基本一致,径流的震荡变化幅度大于降雨,2010—2016径流的上升趋势放缓,降雨呈持续上升趋势,故从2010年起降雨和径流趋势变化不同步。非汛期降雨增长速率为24.03mm/10a,汛期以7.7mm/10a的速度缓慢增加;非汛期径流量以8.70×106m3/10a的速率增加,汛期31.61×106m3/10a的速率减小,降雨和径流的变化不同步主要集中于汛期。输沙率和含沙量均呈显著下降趋势,分别于2001和2004年出现突变点。基于复小波分析可知,年降水的第一主周期是23a,震荡周期呈上升趋势,随着时间的推移降水一个周期的时间在变长;年平均输沙率的第一主周期是22a,在2000年以前周期性显著,1987年后周期性减弱,2000年以后减弱更显著。(2)通过分析陆屋水文控制流域内1987年和2015年的土地利用变化可知,流域内增加了207.68km~2的人工桉树种植面积,占流域总面积的14.82%。2015年林地(含桉树)面积同比增长了5.57%,陆屋水文站控制范围内总林地面积增加并不显著。陆屋水文站控制范围内植被的上升趋势的贡献量主要来自流域内人工桉树的大面积种植,增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index,EVI)和叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)呈上升趋势。通过LandTrendr(Landsat-based detection of Trends in Disturbance and Recovery)算法获取流域内逐年扰动面积,陆屋水文站控制范围整体扰动面积呈明显下降趋势,由于广西2000年大面积引种桉树,2000—2004年陆屋水文站控制范围森林扰动占比上升至70%,其余年份森林扰动占比在35%~50%波动。(3)依据小波分析结果评价径流量和输沙量的模拟精度,丰水周期模拟效果整体优于枯水周期。1981—1988的径流量模拟NS可达0.90,验证期2013—2016时段的径流量模拟纳西效率系数(Nash–Sutcliffe Efficiency,NS)较低,重新率定土壤水和地下水等相关的参数后,NS从0.67提高至0.78。1981—1988年的输沙量模拟NS可达0.80,但2001年输沙率突变下降后的时段NS降至负值。SWAT参数不再适用于突变年份后一时段的流域状态,变化环境下SWAT参数时变性表现显著,当流域系统发生明显变化后应考虑重新率定模型参数。将SWAT进行空间拓展推测无观测数据的茅尾海沿海流域入海水沙通量,结果显示入海水沙通量呈下降趋势。(4)基于Google Earth Enginee提取茅尾海河口潮滩面积,并使用环境星(环境与灾害监测预报小卫星,HJ-1)进行数据插补,结果显示2013—2018年潮滩面积数据波动形态发生明显改变,茅岭江河口淤泥滩的冲刷受到河流来沙减少影响,钦江河口淤泥滩的冲刷形态主要来源于人为清淤工程。上游陆屋站的水文监测数据显示,径流呈弱下降趋势,2001年输沙率出现显著下降突变点,说明河口潮滩响应具有滞后性。
【学位单位】：南宁师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P333;TV148
【部分图文】：

变化环境下河流水沙通量模拟与河口潮滩响应研究图1.1 研究思路示意图1.2 国内外研究进展关于森林覆被变化水文响应的研究可以追溯至 1967 年，Hibbert 总结了 39 个对比实验得出了森林减少会增加产水量，重新造林会减少产水量的初步结论[18]，随后不断涌现的森林水文响应综述性文章的观点与 Hibbert 结论一致，通过总结全球 504 个造林与径流关系的案例，研究显示所有年龄段草原，灌木丛或农田的植树造林使流量减少 180mm/a，径流平均减少 38％，更重要的是 504 个案例中有 13％的径流完全干涸至少 1 年[19]。传统小流域的森林观测实验中

干、支流共长 583km，注入钦州湾茅尾海。图 2.1 研究区位置示意图2.1.2 地质地貌茅尾海沿海流域所在的钦州-防城地区有 3 组主要断裂带：灵山-防城断裂、南屏-新棠8

桐中-小董断裂。桐中-小董断裂以北的广大地区发生地槽型褶皱，形成加里南的钦州一带没有发生褶皱运动，上下古生界连续沉积，称钦州残余海槽[50槽为三级构造单元，分布于桂东南玉林、钦州、防城港一带，呈北东向展布东期裂谷带的残余海槽。根据隆起和拗陷程度，沉积作用和岩浆活动等特点分为博白断陷、六万大山隆起、钦州坳陷和十万大山断陷盆地等 4 个四级构造防城断裂带是贯穿整个北部湾经济区的区域性深大断裂，西南端起自越南德先钦州至灵山至平南的大安，总长度约 350km，中国境内长度约 300 km，宽 5 ~ NE-NEE 走向。 该断裂带夹持于钦州坳陷和六万大山隆起之间， 由一系组成，断裂控制沉积作用明显。灵山-防城断裂带以奥陶系地层为中心，两侧称出露，地层之间接触关系多为断层接触，断裂带外围为花岗岩岩体[51-52]裂属于区域性深断裂，为西大明山-大瑶山加里东褶皱隆起带与钦州拗陷的分州拗陷北西侧，北东端起于灵山县石塘镇西部，与灵山-藤县断裂相接，向南钦州市新棠镇、贵台镇，上思县公正乡，至南屏瑶族乡一带尖灭，走向北东0 km。
【参考文献】

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本文编号：2835557