黄河中游陕西境内多沙粗沙区水沙变化研究

发布时间：2020-04-01 20:20

【摘要】：伴随着人类社会的快速发展,生态文明建设的重要性渐渐被人们所意识到,自20世纪70年代开始我国进行了一系列大规模的流域综合治理措施,尤其是黄河流域中游区间,大规模的水保措施的实施使流域植被恢复取得显著的效果。本文以黄河中游多沙粗沙区5流域为研究对象,分析流域水文气象要素的变化规律以及土地利用类型的变化特征,窥探5流域不同时段水沙关系及变化特征,进一步定量评价降水和人类活动对流域水沙变化的影响率;最后利用SWAT水文模型作流域水沙模拟研究,评价SWAT模型在该地区的适用性,对流域的综合治理提供一些科学性建议,主要研究内容和成果如下:(1)根据多种数理统计分析方法,分析了 5个流域的水文三要素(降水、径流、泥沙)的变化特征。结果显示:多年平均降雨量无明显的变化趋势,多年平均径流量和输沙量均呈显著的减少趋势,输沙量的减少速率最大,降水量、径流量和输沙量主要集中在汛期,应用Mann-Kendall法作突变分析,5流域水沙量发生突变的时间主要在上世纪70年代末。(2)利用土地利用转移矩阵分析多沙粗沙区5个流域23年来土地利用类型的变化特征,结果表明:陕西境内多沙粗沙区5个流域土地利用方式主要以草地和耕地为主,水域的减少面积最大,达到51.83%。耕地、草地及林地之间的转换频率更加频繁,水域主要转化为居民点及城建用地,未利用主要转化为草地,1986～1995年与1995～2008年土地利用方式的内部转移趋势相近。(3)作5流域水沙关系分析,结果表明:窟野河流域的累积曲线的斜率变化最大,输沙量减少幅度最大;无定河流域累积曲线的斜率变化最小。年内水沙关系表明5个流域多年平均月径流和月输沙相关曲线呈相同走势,总体上呈现顺时针的绳套曲线;汛期水沙关系表明各流域在3个时段的水沙关系系数基本上呈现一个递减的趋势(基准期验证期水沙急剧减少期),验证期各流域的水沙关系较好,能达到90%以上。年际水沙关系表明5流域年径流量和年输沙量呈正相关关系,其中皇甫川、孤山川和窟野河流域的水沙相关系数达到90%以上,秃尾河和无定河流域水沙相关系数80%以上,相关性较好。(4)基于“水文法”量化降水和人类活动对水沙量减少的影响。随着社会经济的发展,降水对流域水沙减少的影响量越来越小,人类活动的影响则变大,到21世纪,流域水沙量减少的主导因素是人类活动的影响。人类活动对5个流域的影响率均超过600%,特别是对秃尾河流域和无定河流域,人类活动的影响率均超过900%,人类活动主要表现形式为退耕还林(草)、淤地坝、灌区引水、煤矿开采、水库等形式。(5)利用SWAT模型模拟无定河流域水沙演变过程,将无定河流域划分为25个子流域,对无定河流域白家川水文站的月水沙参数进行了校准和验证,模拟结果显示率定期水沙的模拟过程较好。其中径流的Nash效率系数Ens和相关系数R~2均在0.8以上,相对误差Re为9.86;泥沙的Ens和R~2也都在0.8以上,相对误差Re为-13.72,小于200%,泥沙模拟值较实测值偏小。验证期径流的Ens为0.79,R~2为0.81,Re为11.34,泥沙的Ens为0.75、R~2为0.8,Re为-16.67,小于200%,泥沙模拟值较实测值偏小。流域水沙模拟研究率定期模拟效果优于验证期,径流的模拟效果好于泥沙的模拟效果,SWAT模型在无定河流域的模拟效果较好。
【图文】：

陕西府谷,流域概况,达拉特旗,准格尔旗

研究区概况、资料收集及主要方法研究、资料收集及主要研究方法况区间是我国乃至世界上和河流泥沙重灾区，该区间面积仅占黄入黄河的泥沙量占三门峡以上总输沙量的 90%以上[48]，河龙区半干旱半湿润气候，多年平均气温在 6～14℃间，多年平均降水平均潜在蒸发量在 1500～2000mm 间。降雨主要发生在 6-9 月。植被从东南向西北，由森林草原向荒漠草原过渡。土层深厚抗冲刷力差，水土流失严重。考虑水土流失严重程度，本研究、秃尾河和无定河 5 个典型流域进行研究。如图 2-1 所示：5 流石崖、温家川、高家川和白家川。

示意图,模型结构,水文

西安理工大学专业硕士学位论文WAT 模型结构与原理模型采用了模块化设计思路，，共开发了气象（weather）、水文（hydrology）、土壤温度（soil temperature）、作物生长（crop growth）、营养物（nutrien（pesticides）以及农业管理（agriculture management）共 8 个功能模块，其的功能模块，其他模块是水文模块的应用与扩展[55]。SWAT 模型的模拟过第一部分将流域分为若干个子流域；第二部分将每个子流域划分为多个水部分就是产流产沙量的计算，从水文响应单元级别到子流域级别，最后汇[56]。SWAT 模型结构示意图如图 6-1 所示。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P333

【参考文献】