大理河流域降雨及土地利用对水沙变化的影响研究

论文摘要

近年来,由于气候变化剧烈及人类活动影响,流域径流泥沙时空分布特征发生了巨大变化。大理河流域是无定河的重要支流,近年来流域水沙变化剧烈,分析大理河流域不同时间尺度下降雨及土地利用对水沙变化的影响,为流域合理配置流域水沙资源、水土流失治理及土地利用规划等工作提供科学依据。基于此,本文以大理河流域实测降雨洪水泥沙资料,以及土地利用数据、流域DEM数据等,在流域年降雨、径流及泥沙变化趋势分析和突变点识别及流域土地利用类型数量变化、转移速度、转移类型变化分析的基础上,定量评估年尺度上以及场次洪水尺度上降雨及土地利用变化对水沙变化的影响。主要研究内容及成果如下:（1）系统分析了大理河流域雨水沙时空变化特征。根据研究区实测雨水沙资料,采用线性回归、Mann-Kendall趋势突变检验法、距平累积曲线法、小波分析对流域降雨、径流及输沙进行分析,结果表明:大理河流域年降雨量变化趋势不显著,年径流量、年输沙量呈显著减少趋势,突变年份为1971年。流域年降雨量、年径流量、年输沙量变化主周期分别为17a、13a、18a。多年汛期平均降雨量在空间上总体呈现为中部偏低,东、西部较高的分布趋势。相比于1980-1990年,2006-2015年次降雨量、降雨历时平均值增加,洪峰流量、径流深减少、输沙量、含沙量减少。1980-1990年流域次平均降雨量空间分布为东高西低,2006-2015年流域次平均降雨量总体分布为中部较多,东西部较少。（2）分析了大理河流域土地利用演变。根据研究区5期土地利用数据,进行土地利用的数量变化、转移速度、转移类型等分析,了解研究区近年来土地利用变化过程及变化特征。结果表明:1990-2010年大理河流域主要土地利用变化为耕地和草地减少主要转化成为林地。总体上,林地面积变化较大。（3）构建了大理河流域HEC-HMS水文模型。根据实测雨洪资料、土地利用及土壤数据,利用HEC-HMS模型对大理河流域不同土地利用时期洪水进行模拟,率定并验证模型参数的合理性。结果表明:两个时期模型模拟预报精度等级均为乙级,构建的HEC-HMS模型适用于大理河流域。（4）定量评估了年尺度上降雨及人类活动对水沙变化的影响。以突变年份划定基准期及变化期,采用双累积曲线法定量评估降雨及人类活动对变化期年径流量、年输沙量变化的贡献率。结果表明,人类活动对大理河流域径流泥沙变化的影响作用越来越大,相比于降雨,人类活动对流域变化期径流泥沙减少的影响占主导地位。（5）定量评估了场次尺度上降雨及土地利用对径流变化的影响。根据构建的大理河流域HEC-HMS模型,分析场次尺度上不同情景下降雨及土地利用对径流变化的影响。结果表明:在1980-2015年期间,大理河流域场次洪水平均降雨量增加和耕地、草地减少及林地增加共同变化引起洪峰流量、径流深平均减少30.85%、18.49%。（6）定量评估了场次尺度上降雨及土地利用对泥沙变化的影响。根据大理河流域土地利用数据及实测降雨泥沙资料,采用多元线性统计模型分析方法定量评估不同降雨及土地利用情景下泥沙变化情况及对泥沙变化的贡献率。结果表明:在1980-2015年期间,场次洪水平均降雨量增加和耕地、草地减少及林地增加共同变化引起输沙量、含沙量平均减少50.98%、42.56%。

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摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景、目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 气候变化和土地利用变化对水沙变化影响的研究进展

1.2.2 降雨、土地利用与水沙关系的研究进展

1.2.3 分布式水文模型研究进展

1.3 目前存在的问题

1.4 研究内容与技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

2 研究区概况

2.1 自然地理概况

2.2 气候与水文特征

2.3 水系

2.4 地质地貌

2.5 水土保持措施

2.6 近期洪水灾害

3 研究区降雨、水沙及土地利用变化特征分析

3.1 研究方法

3.1.1 数据来源

3.1.2 趋势分析方法

3.1.3 Mann-Kendall突变分析方法

3.1.4 小波分析法

3.2 流域年降雨及水沙变化特征

3.2.1 年降雨变化过程及趋势突变分析

3.2.2 年径流变化过程及趋势突变分析

3.2.3 年输沙变化过程及趋势突变分析

3.2.4 汛期降雨量时空变化分析

3.2.5 年降雨、径流、输沙周期分析

3.3 流域场次降雨、水沙特征分析

3.3.1 不同时期降雨水沙特征变化分析

3.3.2 不同时期年最大洪峰流量、含沙量变化趋势分析

3.3.3 不同时期场次尺度降雨水沙变化分析

3.3.4 不同时期场次降雨量空间分布变化分析

3.4 土地利用/覆被变化过程分析

3.4.1 土地利用数量变化分析

3.4.2 土地利用变化速度分析

3.4.3 土地利用类型转移分析

3.5 小结

4 大理河流域HEC-HMS模型构建

4.1 HEC-HMS模型简介

4.2 模型前期数据处理

4.3 HEC-HMS模型建立及参数率定

4.3.1 流域模块建立

4.3.2 气象模块建立

4.3.3 洪水模拟误差评价及精度评定

4.4 HEC-HMS模型率定与验证

4.5 大理河流域HEC-HMS模型模拟结果及误差分析

4.5.1 洪峰流量模拟误差分析

4.5.2 径流深模拟误差分类

4.5.3 峰现时间误差分析

4.5.4 模拟精度分析

4.6 小结

5 大理河流域降雨及土地利用对水沙的影响分析

5.1 年尺度上降雨及土地利用对径流泥沙变化的影响分析

5.1.1 年降雨与径流泥沙关系分析

5.1.2 降雨、人类活动对径流泥沙变化影响的定量分析

5.2 场次尺度上降雨及土地利用对径流的影响

5.2.1 场次降雨洪水关系分析

5.2.2 情景设置

5.2.3 情景模拟结果分析

5.3 场次尺度上降雨及土地利用对泥沙的影响

5.3.1 降雨及土地利用与泥沙统计模型构建

5.3.2 降雨及土地利用对泥沙变化的影响分析

5.4 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 主要创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

个人简历、攻读硕士期间发表学术论文与研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈真

导师: 马细霞

关键词: 大理河流域,土地利用变化,水沙变化,模型

来源: 郑州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 郑州大学

分类号: P333

总页数: 105

文件大小: 4906K

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大理河流域降雨及土地利用对水沙变化的影响研究

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