基于水动力学模型的扎龙湿地水文情势模拟

摘要

水文情势是湿地生态系统中重要的环境因素之一，其变化会直接影响到湿地生态系统的结构格局、生态功能。在人类活动干扰和气候变化的影响下，湿地水资源短缺日益突出，已严重影响并破坏到湿地生态系统的结构和功能。为了保护日益稀缺的湿地资源，为野生动植物提供适宜的生境，湿地保护区开展了人工补水工作，但目前补水量的多少及补水时间均缺乏定量化的依据。这主要是由于湿地水深的动态变化数据往往难以获取，无法有效模拟出上游流域不同来水条件下，下游湿地的淹水过程及其对生境的影响。 因此，为了定量化的模拟不同的来水条件下流域下游湿地的水文情势的变化，制定科学有效的湿地补水策略，本文利用扎龙湿地的野外实测数据（龙安桥，特勒，吐木柯及克尔台水文站的实测水位数据）、气候气象数据（降水量，蒸发量以及风速）、土地利用数据、DEM高程数据和雷达影像等数据，构建了MIKE21水动力模型，模拟湿地的水位变化。采用不同时间段的水位计及水文站测量的水深数据对水动力学模型进行率定和验证，以科学评价水动力学模型在湿地水文过程模拟中的实用性。 模型的率定期为2014年5月份，率定的结果表明确定性系数R2介于0.95-0.97，纳希效率系数Ens变化范围为0.86-0.96;模型验证期是7-8月份和9-10月份，验证结果确定性系数R2介于0.85-0.96，纳希效率系数Ens变化范围为0.81-0.95，其相对误差RE均小于士3‰取得令人满意的验证结果，说明MIKE21水动力模型可以有效模拟沼泽湿地的水位变化。将模拟的结果同雷达遥感图像提取的湿地淹水范围进行对比，发现扎龙湿地淹水范围的模拟结果与Radarsat-2影像提取的淹水范围基本一致，表明模型的模拟结果效果较好。 本文选取2014年7月15日至8月15时间段，将不同水文参数下的水位模拟结果与实测数据进行对比，通过模型的敏感性分析来验证水文参数对湿地水位模拟结果的影响。结果表明与土地覆被类型有关的曼宁系数对模型的影响很大，曼宁系数的微小变化也会对湿地水位的模拟结果产生显著影响，因此有必要考虑到曼宁系数在空间上的差异，更精确的对该参数进行率定。对扎龙湿地的水位模拟结果表明8月份扎龙湿地的平均水位最高，淹水范围最大，而4、5月份是扎龙湿地的低水位时期，同时也是珍稀水禽的繁殖期，在该季节补水更为合理。综上所述，湿地补水应同时考虑到补水时间和补水后的湿地水文情势的变化，本文的研究结果不仅可为湿地补水策略提供科学的依据，也可为气候变化与人为干扰影响下的湿地的生态水文过程的研究提供数据基础。

目录

摘要

1．1选题背景与研究意义

1．2国内外研究进展

1．2．1湿地水文情势的研究进展

1．2．2水动力模型的研究进展

1．3研究内容及技术路线

1．3．1研究内容与方法

1．3．3技术路线

第2章研究区概况及数据预处理

2．1研究区概况

2．1．1自然地理

2．1．2功能区划分

2．1．3社会经济现状

2．2数据获取及预处理

2．2．1野外实测数据及预处理

2．2．2气候气象数据及预处理

2．2．3土地利用数据及预处理

2．2．4 DEM高程数据及预处理

2．2．5雷达影像获取及预处理

2．3本章小结

第3章MIKE 21模型模拟湿地水文情势的变化

3．1 MIKE 21模型的原理

3．1．1 MIKE 21模型的简介

3．1．2基本方程

3．1．3方程组数值求解格式

3．2 MIKE 21模型的参数和建立

3．2．1水动力模型的参数

3．2．2水动力模型的建立

3．2．3初始条件和边界条件

3．3湿地水位和淹水范围的模拟

3．4本章小结

第4章MIKE21模型的率定和验证

4．1 MIKE21模型率定和验证的方法

4．1．1纳什效率系数法

4．1．2参数敏感性分析法

4．2 MIKE 21模型的率定和验证

4．2．1水动力模型的率定

4．2．2水动力模型的验证

4．3 MIKE21模型的敏感性分析

4．4本章小结

第5章结论与讨论

5．1结论

5．2讨论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢