| 题名 | 嘉陵江丘陵区小流域产流产沙模型研究 |
| 作者 | 肖飞鹏 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009 |
| 授予单位 | 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所 |
| 授予地点 | 成都 |
| 导师 | 程根伟 |
| 关键词 | 嘉陵江丘陵区 小流域 产流产沙模型 泥沙库 泥沙库容量 土地利用 气候变化 水文泥沙效应 魏城河 李子溪 |
| 其他题名 | Study of Runoff and Sediment Models of Small Watershed in Jialingjiang Hilly Areas |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 嘉陵江丘陵区是我国重要的农耕区和人口分布较密集的区域，嘉陵江丘陵区侵蚀，是长江主要沙源之一。丘陵区是介于山地和平原之间的一种地貌类型，地貌较山地平缓，土地利用类型多样化，有其自身特殊的水文泥沙规律。最近二十年来，国家经济发展迅速的同时也带来生态环境和地表面貌的改变，伴随着城镇化的进程和国家提倡的退耕还林政策的实施，土地利用方式发生改变，原来的农耕用地可能转变为林地或城镇、交通用地，给嘉陵江丘陵区的产流产沙也带来新的变化。 流域产流产沙模型是研究流域产流与侵蚀产沙问题的有效工具，本论文依托水利部公益性专项支持(项目编号：2007SHZ1-34)，针对嘉陵江丘陵区的水文泥沙特点，利用地理信息系统技术，建立了反映嘉陵江丘陵区特点的分布式产流产沙模型。通过对嘉陵江丘陵区两个典型小流域的模拟和检验，取得了很好的效果。利用该模型同时分析了气候变化及退耕还林、城镇化等土地利用变化对研究区水文泥沙过程的影响，为嘉陵江丘陵区的生态环境和工程建设提供科学参考。概括起来，本论文的研究主要取得了以下成果： (1)构建了嘉陵江丘陵区小流域产流产沙模型。 嘉陵江丘陵区小流域产流产沙模型包括两个主要的模块：降水径流模块和侵蚀产沙模块。该模块具有较强物理机制，对丘陵区小流域降水-径流中的主要水文过程进行了模拟。 侵蚀产沙模块则首先根据嘉陵江丘陵区实际情况确定USLE公式中的各因子计算方法得到流域各单元侵蚀量及流域总侵蚀量，在探讨侵蚀物质的输移中考虑了流域沟道塘库的作用，结合河道径流模拟泥沙输移，建立了基于流域泥沙库容量的泥沙计算公式，计算流域出口泥沙量。 (2)提出了基于流域泥沙库的概念性输沙公式。 淤积于流域沟道塘库的泥沙是影响流域产沙的重要因素，模型将这些沟道和塘库综合成为一个单一的流域泥沙库，用流域泥沙库的库容的变动来模拟泥沙的沉积和再启动过程，探讨流域侵蚀物质的输移。在建立的基于流域泥沙库的概念性输沙公式中，径流和泥沙库容量是流域出口产沙的两个卡口，流域出口泥沙量与出口流量成及泥沙库容量均成正相关，通过典型小流域检验表明，模拟公式具有一定物理基础，模拟结果精度较好。 (3)利用流域泥沙库容量过程线分析了嘉陵江丘陵区典型小流域沟道塘库的冲淤规律。 通过模拟泥沙库的研究揭示了嘉陵江丘陵区典型小流域沟道塘库的两个基本冲淤规律：一、全年而言，嘉陵江于丘陵区小流域在丰水年一般表现为冲刷，而平水年和枯水年主要表现为泥沙淤积；二、一年中一两次最大的洪水往往带走全年大部分的泥沙，造成流域沟道塘库的强烈冲刷，导致流域泥沙库容量的急遽下降，汛期其他时段则大多发生侵蚀物质沉积于沟道塘库，流域泥沙库容量的上升。 (4)嘉陵江丘陵区产流产沙模型得到嘉陵江丘陵区两个典型小流域的检验。 利用嘉陵江丘陵区的两个大小不等的典型小流域魏城河流域和李子溪流域的资料对建立的嘉陵江丘陵区产流产沙模型的参数进行率定和检验，评估模型模拟效果，进行了结果分析，并对存在的问题进行了分析。 从选取的两个嘉陵江丘陵区小流域模拟和检验的结果看，径流和泥沙的模拟都获得了比较好的效果，资料年份内模型确定性系数都在0.5以上，满足模型丙等以上精度要求，年经流量与年产沙量模的模拟值与实测值相对误差全部在20%以内，模拟的产流产沙过程基本能反映实际过程。 从模型的中间水文、泥沙要素来看，年内水分基本平衡，嘉陵江丘陵区水分损耗主要发生在流域蒸散发，未平衡的水量反映土壤水分的变动，径流年内分配极端不均，湿季(5～10月)径流占全年总经流80%以上，径流成分中以地表径流为主。土壤侵蚀模拟基本能符合实际情况，泥沙库的变动反映流域沟道塘库内泥沙的沉积与冲刷，一年中一两次较大的洪水往往造成流域沟道塘库的强烈冲刷，导致流域泥沙库容量的急遽降低。 (5)通过模型探讨了退耕还林、城镇化等土地利用变化对嘉陵江典型丘陵区的水文泥沙效应。 研究中通过设定不同的退耕还林和城镇化情景利用模型模拟了不同情景下研究区水文泥沙过程，结果表明，退耕可减少流域年总径流量，但其中地下水径流成分稍有增加，从年内过程来看，退耕还林可降低湿季经流量，增加旱季径流，退耕还有减少蒸散发量和降低洪峰的水文效应。退耕对研究区的侵蚀产沙影响主要表现在退耕可有效减少土壤侵蚀和流域出口泥沙量并降低次洪泥沙峰值，泥沙库容量变化过程线显示，退耕减少河道塘库的淤积。 城镇化明显减少研究区蒸散发量，径流量增加显著，对次洪有明显洪水放大作用。城镇化地面硬化降低了土壤的可侵蚀性，模拟显示，城镇化可减少流域土壤侵蚀和泥沙量，在次洪消落阶段泥沙量明显降低，同时使河道塘库冲刷加大，淤积减少。 (6)通过模型模拟并探讨了气候变化对嘉陵江典型丘陵区的水文泥沙效应。 根据IPCC的研究，模型中建立了3种气候变化情景来代表到本世纪末的气候变化，利用模型模拟并分析探讨各气候变化情景下的流域水文泥沙效应。结果表明，气温上升及降雨增加的情况可明显增加研究区蒸散发量和径流量，受降水增加的影响，总径流中的地表径流和壤中流均显著增加，而地下径流成分则无明显变化，设定的气候变化情景对研究区7.18洪水径流过程和泥沙过程均有明显放大作用，模拟结果显示，设定的气候变化可同时增加土壤侵蚀量和泥沙量，这也使得流域泥沙库在气候变化的背景下显示出流域沉积及冲刷的不确定性，各气候变化情景下的模拟泥沙库变动曲线没有显示明显的变化趋势。 |
| 英文摘要 | Jialingjiang hilly areas is one of the important agricultural areas with intensive population distribution,China. Erosion of the hilly areas contributes to the main sediment source of the Yangtze River. Hilly areas is a kind of topography between mountains and plains. Jialingjiang hilly areas has its own special hydrology and erosion characteristics. Rapid economic development has been occured in the past two decades, which also brought about many ecological problems and geomorphology changes. Along with the process of urbanization or conversion of cropland to forest, more and more cropland is converted to forest or town,traffic land, which effects hilly areas’ hydrology and sediment yield. Watershed runoff and sediment yield model is an effective tool to study basin runoff and erosion. Small watershed runoff and sediment yield model of Jialingjiang hilly areas is constituted in the thesis.The model is tested successfully by two small typical basins of Jialingjiang hilly areas—Weichenghe basin and Lizixi basin. At the same time, impacts of conversion of cropland to forest, climate change and urbanization are simulated by the model. |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 水文地质学 |
| 公开日期 | 2010-10-13 |
| 分类号 | S15;TV1 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/2163]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_成都山地所知识仓储（2009年以前） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 肖飞鹏. 嘉陵江丘陵区小流域产流产沙模型研究[D]. 成都. 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所. 2009. |
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