基于地貌特征的流域水—沙—污染物耦合模型及其应用

发布时间：2020-06-09 02:00

【摘要】： 水环境恶化是全球共同面临的问题,非点源污染是水体污染的重要来源,也是当前研究的热点和难点。采用水、沙、污染物耦合的流域水文模型进行非点源污染模拟,对深化流域水文循环、泥沙和污染物产生及输移转化过程的认识,提高流域水资源与水环境的综合管理水平有重要意义。流域水沙运动及其承载的污染物运移与地形地貌和生态之间是相互作用、相互影响的,论文基于地貌特征划分水文响应单元,在GBHM水文过程模型基础上,耦合泥沙和污染物的运动过程,建立了流域水-沙-污染物耦合机理模型GBHM-CWSP,对流域水文过程、土壤侵蚀和泥沙输移以及污染物迁移转化过程采用物理性的方程进行描述,可体现地貌特征对流域水文、泥沙和污染物运移过程的控制性作用,在保持机理性和模拟精度的前提下减少计算量。分析了张家坟水文站多年径流泥沙资料,认为土石山区土壤侵蚀产沙受“侵蚀能力”和“可侵蚀量”双重控制,在土壤侵蚀和河道冲淤动力学模型中增加“可侵蚀量”作为实际土壤侵蚀量和河道冲刷量的阈值,改进了流域泥沙运动的模拟。根据土壤溶质向坡面径流中的输出及其在土壤中运移的不同机制,构造了降雨径流与土壤水的交换函数,建立径流层、混合层和土壤层的水分溶质耦合运移方程,将土壤中污染物垂向运动与流域地表径流中沿坡向运移结合,建立了机理性流域坡面单元污染物运移模型。论文以潮白河流域为研究对象,建立了水-沙-污染物耦合模型,并利用下会、张家坟两个水文站的径流和水质实测数据进行模型的率定和验证。应用GBHM-CWSP模型,采用情景模拟方法分析了潮白河流域1980-2005年的径流、泥沙和污染负荷变化趋势及其与土地利用、气象要素变化之间的关系。研究表明,气象要素变化是引起径流、泥沙和氮磷污染负荷变化的主要原因,其贡献率分别为92%、95%、51%和70%。论文还应用GBHM-CWSP模型,对IPCC提供的两种未来气候情景模式下潮白河流域径流、泥沙和氮磷负荷量进行了预测。
【图文】：

汇流区,坡面,概化,单元

流域的面积方程 ( )A x是一定的。图2-1 汇流区间－坡面单元概化由于同一汇流区间内的下垫面条件（土壤类型、土地利用及植被等）不一定相同，模型中依据土地利用和土壤类型，将汇流区间内的坡面也相

教研组,水力学,清华大学,取值

37图2-10 参数K、m的取值（清华大学水力学教研组，1980）考虑河道的沿程冲淤，采用窦国仁（1963）提出的一维非恒定不平衡输沙方程（王光谦，胡春红，，2006），并考虑旁侧坡面单元的泥沙输入，建立如下方程：sslslssBCCqCxQCtCA= + + ()()()*α ω（2-28）式中，Cs为断面泥沙浓度（kg /m3）；Q 为河道流量（m3/s）；α为常系数，反映入、出断面的水沙对河段的贡献比例，又称为恢复饱和系数；ω为泥沙沉降速度（m/s）；B 为断面宽度（m）；C*为水流挟沙能力（kg/m3）；ql是坡面入流量（m2/s）；Csl是坡面入流中的含沙量（kg/m3）。恢复饱和系数采用韩其为等（1972）提出的经验系数
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X52

【引证文献】