无定河流域水沙变化及侵蚀能量空间分布研究

发布时间：2020-08-21 05:19

【摘要】：近年来黄河水沙显著减少,目前已不足历史均值的20%,引起了国内外学者的普遍关注,一般认为黄河水沙减少是气候变化及人类活动共同作用的结果,特别是黄土高原地区大规模的水土保持措施建设剧烈地改变了下垫面条件,导致区域水文循环发生了变化。本研究选取黄河一级支流无定河流域为研究区域,分析了无定河流域的水沙特点,并定量区分了气候变化和人类活动对流域水沙减少的贡献率;引入径流侵蚀功率的概念,将其推广至年尺度,并分析了其优越性;在对无定河流域SWAT模型的适用性进行评价的基础上,应用SWAT模型模拟分析了无定河流域的水沙过程及径流侵蚀功率的空间分布特征,并计算了径流侵蚀功率的空间阈值;进而应用SWAT模型设置不同情景,定量分析了不同情境下淤地坝建设及坡耕地退耕还林还草等人类活动对无定河流域水沙及径流侵蚀功率的影响。本文的主要研究成果如下:(1)分析了 1963～2005年无定河流域的降水、径流及泥沙序列的年内及年际变化特征。无定河流域降水、径流及输沙的年内分配不均,主要集中在汛期(6～9月);无定河流域的降水与径流序列的年际变化较为平缓,而泥沙序列的年际变化剧烈。趋势检验及突变检验结果表明:1963～2005年无定河流域降水序列无显著趋势变化且无突变点;径流序列(除青阳岔站)及泥沙序列(除绥德站)外均呈现显著下降趋势,且各站均有显著突变点。气候变化对无定河流域径流及输沙减少的贡献率分别为25%、11%,而人类活动的贡献率分别为75%、89%,因此人类活动是无定河流域水沙减少的主要原因。(2)利用无定河流域空间数据、气象数据及水文数据,验证了 SWAT模型在无定河流域的适用性,结果表明:在率定期与验证期,SWAT模型的百分比偏差、纳什系数和决定系数均满足精度要求。因此,SWAT模型适用于无定河流域,能较好地模拟流域真实的水文情势。(3)相比于传统的水沙关系方程,径流侵蚀功率与流域输沙之间的相关性更高,说明径流侵蚀功率可以更全面地反映枯水、中水及丰水时的输沙情况,证明了径流侵蚀功率作为一个综合因子在描述流域侵蚀产沙能力方面相较于其他侵蚀指标的优越性。无定河流域的径流、输沙及径流侵蚀功率均呈现“下游大,上游小;东部大,西部小;南部大,北部小”的空间分布特征。以子流域出口断面控制面积为空间尺度因子,无定河流域南部的河源梁涧区和黄土丘陵沟壑区的径流侵蚀功率与空间尺度因子之间呈幂函数关系,空间尺度效应的阈值为306km2;流域北部的风沙区径流侵蚀功率普遍较小且不受控制面积等因素的影响。(4)坡耕地退耕还林(草)措施及淤地坝建设使无定河流域水沙显著减少。坡耕地退耕还林(草)措施在全流域范围内产生了作用,使原来侵蚀严重地区(流域东南部的黄土丘陵沟壑区,包括大理河、淮宁河及无定河下游干流地区)的径流输沙大幅度减小,且减沙效果大于减水效果;淤地坝建设仅会导致淤地坝坝址下游区的水沙产生相同幅度的减小。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P333
【图文】：

路线图,路线图,淤地坝,无定河流域

第一章绪论点，并在 SWAT 模型中建立不同坡度坡地退耕还林（草）及去除无淤地坝等不同情分析无定河流域水沙及能量变化对坡地治理措施及淤地坝建设的响应。

分布图,无定河流域,气象水文,站点

2.1 研究区概况2.1.1 地理位置无定河，为黄河干流右岸一级支流，古称生水、朔水、奢延水。自唐代以后，流域内植被退化，侵蚀严重，河水清浊无常，流量不定，一日之内可涨落5~6次【106】，遂称无定河。无定河地处黄土高原与毛乌素沙漠的过渡带，发源于定边县的白于山，在靖边县新桥以上称为红柳河，以下改称无定河，经过鄂尔多斯部分县（旗）及榆林、延安两市，由西向东于清涧县河口村汇入黄河。流域地理位置处于37°02′ ~ 39°00′ N，107°47′~ 110°34′E，海拔600~ 1800m，是黄河中游河口-龙门区间最大的支流。流域面积30261km2，河道全长491km，河道平均比降1.8‰。2.1.2 地形地貌无定河流域横跨陕西与内蒙古两省区，位于毛乌素沙地和千沟万壑的黄土高原过渡带（见图 2-1），区内地势高低起伏，整体呈现由西北向东南倾斜的趋势，海拔最高点位于西南部的白于山。

示意图,水文循环,模型,SWAT模型

第四章基于 SWAT 模型的无定河流域水沙模拟射、日气温、日风速、以及日相对湿度的值作为输入数据。SWAT模型通过型估算地下径流量；通过动态存储模型（kinematic storage model）【159】模拟壤

【参考文献】