大理河流域水沙变化特征的模拟研究

发布时间：2020-11-07 16:41

　　 黄土高原是世界上水土流失最严重和生态环境最脆弱的地区之一,20世纪70年代以来,我国在黄河中游开展了大范围的水土流失治理措施和生态工程建设,这些措施使得流域的下垫面产生了很大变化,大量的研究结果表明黄河流域的径流、泥沙呈现显著的减少趋势,一般研究认为气候变化和人类活动的共同作用使得流域水沙发生改变,本文选取大理河流域作为研究对象,首先判断降水变化和人类活动对径流泥沙的贡献,分析流域出口站(绥德站)水沙的年内和年际变化特征,然后使用半分布半集总式水文模型SWAT在大理河流域建立符合流域实际情形的模型来定量的分析流域水沙变化的原因,分析主要包括不同降雨情景、不同土地利用情景以及淤地坝情景下水沙的变化情况,得出的主要研究结果如下:(1)通过对流域水文要素的分析可知:流域年内降雨量、径流量以及输沙量分配极不均,主要集中在6~9月,年际径流、输沙量呈显著的减少趋势,且显著性通过0.01检验,而降雨量呈增加趋势,但变化并不显著,绥德站(出口站)的径流量、输沙量在1971~1972年左右发生突变;使用双累积曲线法计算贡献时得出:降雨变化对径流和输沙量减少的贡献分别为23.21%和7.14%,人类活动对径流量、输沙量减少的贡献分别为76.79%、92.86%,由此可知,人类活动是导致1960~2015年间大理河流域径流、输沙量显著减少的主要原因。(2)以大理河流域的真实情况为参考,利用流域的已有的实测资料和数字资料构建能真实反映大理河流域实际情况的数据库,将1991~1993年作为模型的率定期,1994~2000年作为模型的验证期,使用半分布半集总式SWAT水文模型在大理河流域运行。通过SWAT-CUP对模型进行率定与验证,得出率定期(1991~1993)径流的决定系数R2和纳什系数NS分别为0.73和0.70,输沙的R2和NS分别为0.80和0.64,验证期(1994~2000)径流的R2和NS分别为0.84和0.82,输沙的R2和NS分别为0.83和0.82,本次模拟输出结果中的NS和R2均可以满足模型的精度的要求,因此使用SWAT模型得出大理河流域在时空尺度上的水沙值,可以较好的应用到实际分析过程中。(3)利用SWAT模型将大理河流域分成91个子流域,将91个子流域1991~2000年(10年)的输出结果作为基础数据,分析流域1991-2000年降雨、蒸发、地表径流的时空分布规律,分析径流量、输沙量和径流侵蚀功率在流域上的汇聚过程,以及整个流域上径流模数、输沙模数、径流侵蚀功率的时空分布规律,研究得出1991~2000年年均降雨量主要集中在流域的东南部和西部,蒸散发量也集中在大理河流域的东南部和西部,流域的地表径流主要集中在流域下游,径流模数、输沙模数、径流侵蚀功率从上游到下游整体上呈递增的趋势,支流的径流模数、输沙模数整体小于干流,但支流的径流侵蚀功率大于干流。(4)将大理河流域水沙变化的原因做定量的分析,利用SWAT模型具有的功能进行情景模拟,分析降水以及生态建设对流域径流、输沙的影响,分析得出:日降雨量每增加10%,流量、输沙量分别增加26.72%、25.39%,日降雨量每减少10%,流量、输沙量分别减少23.28%、21.77%;15°、25°以上均为林地、草地时流域的水沙值均会减沙,全流域均为耕地时流域出口的水沙会增加,流域全为林、草地时流域出口的水沙均表现为减少,林地的减水减沙效果要大于草地的减水减沙效果,淤地坝的存在会使流量、输沙量减少,且减沙效果优于减水效果。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV143
【部分图文】：

究区概括及数据选取研究区概况 研究区位置大理河地处黄土高原，发源于陕西省榆林市靖边县白于山东侧，其干流全长1面积为3 906km2，是黄河流域中无定河的最大一级支流，其坐标范围是109°14′E，37°30′~37°56′N[69]。大理河流域由西向东依次流经陕西省榆林市的靖县、子洲县，至绥德县附近注入无定河，整个流域设有4个水文站，由西向东的为青阳岔站、李家河站、曹坪站和绥德站，其控制面积分别为662 km2、807km2、1km2，其中绥德站为流域出口站，该流域主要支流有石桥沟、马义河、小理河、沟和岔巴沟等11条主要支流，河道平均比降为2.56‰。大理河流域位置及水文站如下：

第三章 大理河流域水文与气候要素变化特征阳克浪湾、高家沟、青阳岔、丁家沟、绥德、曹坪、杜家山、裴家湾、和民墕李家河、李孝河、马虎墕、桃园山、万家墕、砖庙、刘家峁）和 2 个气象站（）作为基础资料，依据已收集并整理后的资料，通过使用算数平均法对流域的面行计算，得到大理河流域的逐日降雨量和逐日气温的平均值。流域的 17 个雨量气象站在空间上的分布如下图所示（图 3-1）：

图 4-2 大理河流域 1995 年 LUCCFig. 4-2 LUCC of Dali River Basin in 19954.2.2 土壤数据库本研究所使用的分辨率为 1km 土壤类型图来自世界土壤数据库（HWSD），首先合国粮农组织网上下载中国土壤数据的栅格图，然后在 ARC-GIS 中使用大理河流域量边界将下载好的中国土壤数据的栅格图进行裁剪，裁剪之后得到大理河流域的 9 种类型，主要为：石灰性雏形土（CMc），潜育雏形土（CMg），饱和雏形土（CMe），性冲积土（FLc），石灰性砂性土（Arc），过渡性红砂土（Arb），各种土壤类型在大域上的空间分布情况如下图（图 4-3）所示：
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本文编号：2874211