新疆中天山地带草原植被覆盖变化对径流的影响研究

发布时间：2018-01-14 17:45

  本文关键词：新疆中天山地带草原植被覆盖变化对径流的影响研究　出处：《新疆大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： NDVI 枯水径流 丰水径流 大气水文模式耦合 径流模拟

【摘要】：在不同国家和地区,社会经济发展和人类的生产生活受到洪水灾害带来的巨大威胁。从20世纪中叶至今,受气候变化及人类活动的影响,洪涝灾害频发。洪水过程由于受流域下垫面条件、天气系统等多方面因素的影响,具有高度的随机性和复杂性,但又表现出一定的规律性。为了更好的控制与管理洪水,这就需要将影响洪水过程的相关机制进行研究。植被覆盖状况对洪峰的调节作用在不同地区会因土壤、植被覆盖率及植被结构等不同而出现一定的差异,植被覆盖状况与枯水径流的关系同样如此。天山是新疆重要的水资源蕴含区,开展研究天山山区植被覆盖变化对径流过程的影响具有一定意义。本文选取位于中天山地带巴音布鲁克盆地开都河上游流域的集水区域,从实测数据(径流和降雨)和气象与水文耦合两个角度,预报并分析洪峰流量和枯水径流的特征,揭示山区植被覆盖对极端径流事件的预报影响。主要结论如下:NDVI值与植被覆盖度呈对应关系,能够用于定量分析某区域植被覆盖变化状况。从时间变化上分析,巴音布鲁克盆地NDVI年际变化有着逐年平稳上升的趋势,同时又有着阶段性变化的特征,分布于0.21至0.26之间。从巴音布鲁克盆地的NDVI值空间分布特征上分析,盆地地表植被覆盖呈现出盆地西部优于盆地东部的特征。此外,沿开都河流域的河岸带及位于盆地中部的湿地植被覆盖均较为密集。从1982至2013年巴音布鲁克盆地的区域NDVI均值年际变化趋势上分析,盆地植被覆盖改善的区域大于植被退化的区域。从1982至2013年巴音布鲁克盆地的区域NDVI均值变化可持续性来看,植被覆盖将保持现有的稳定趋势,持续退化的区域和未来变化趋势无法确定的区域的植被的变化状况需要研究人员继续关注。通过分析径流量变化与NDVI之间的关系发现,NDVI与洪峰流量大都呈现负相关关系,在较高植被覆盖率区域,对洪峰的作用表现为一定程度的削减。同时,NDVI与枯水径流呈现出正相关关系,植被覆盖度的增加,显著提升的枯水期径流。针对巴音布鲁克盆地的气象要素模拟,WRF中不同参数化方案组合对各气象要素模拟的敏感性各不相同。研究选取了16组参数化方案组合进行模拟选优,用于模拟降雨量的最优参数化方案组合为:边界层方案ysu,积云动力kain-freitsch方案,云微物理wdm6方案,长波辐射dudhia方案和短波辐射rrtm方案。用于模拟气温的最优参数化方案组合为:边界层ysu方案,积云动力kain-freitsch方案,云微物理thompson方案,长波辐射dudhia方案和短波辐射rrtm方案。用于模拟风速的最优参数化方案组合为:边界层qnse方案,积云动力kain-freitsch方案,云微物理thompson方案,长波辐射dudhia方案和短波辐射rrtm方案。这些物理方案是对巴音布鲁克盆地的降雨等天气过程机理性研究是非常有价值的。通过对强降雨事件2013j18p的数值模拟及方案选优工作,并统计分析了各方案组合引起的模拟结果的差异。分析表明:模式模拟的结果偏差并不能随着各参数化方案的更换而大幅度的降低,这也意味着,模式模拟结果精度的提高与驱动模式数值模拟的背景场紧密相关。若提高相关气象要素的预报准确度,需要对背景场进一步的处理,例如将实地观测资料同化进背景场,对背景场进行纠正作用。另一方面,需要结合高寒山区盆地特点,将模式中相关物理过程进行完善。为模拟地表植被覆盖度对径流过程的影响,根据盆地丰水期、枯水期时植被覆盖度的不同对水文过程进行情景模拟。研究采用分布式水文模型dhsvm进行模拟,并从日径流变化、小时径流变化两个角度综合验证和评价了分布式水文模型dhsvm在该研究的适用性。模拟结果表明:模拟的径流过程均与实测过程基本吻合,趋势基本一致。确定性系数在0.85至0.92之间,日径流量的模拟误差(实测值与模拟值之差)均在34.50%以内,平均绝对误差约10.27%。小时径流量的模拟误差(实测值与模拟值之差)均在15.00%以内,平均绝对误差约7.07%。确定性系数在0.90至0.91之间。这也为今后水文模拟时考虑植被覆盖度的参数设置提供了科学依据。从两种植被覆盖度情景下可以得出,当植被覆盖度相对较少时,强降雨诱发的洪水的峰值时间短及变化幅度剧烈。径流模拟的中后期的径流量高于实际径流量。可能原因是由于实际降雨补给的缺乏,土壤水分持续降低,故后期降雨渗入并补充土壤水分的量相对增多,故在实际状况下产生地表径流较前期减少。当地表植被覆盖度密集时,洪峰流量有所削弱,其中退水过程呈缓慢减小的现象。可能原因是地表植被层截留能力较强,故实际的径流高于模拟的径流量。将数值气象预报模式WRF与分布式水文模型DHSVM二者进行了耦合,在植被覆盖度密集的场景,对强降雨引发的洪水进行预报。预报的径流过程与实际观测基本吻合(R2=0.8019,RMSE=2.16,E=0.8955),说明DHSVM适用于高寒盆地径流预报,并能够用于模拟强降雨诱发的洪水过程。但由于WRF的降雨模拟的误差,故导致DHSVM模型模拟的径流过程存在着误差。涨水过程的模拟结果前期存在高估现象,最大误差约2.69m3·s-1(绝对误差5.8%),后期模拟结果存在低估现象,最大误差约5.8 m3·s-1(绝对误差9.8%)。但二者耦合模拟的结果能够有效地实现强降雨型洪水预警预报。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q948

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本文编号：1424657