武水流域土地利用/覆被变化的洪水响应研究

摘要

武水流域位于湖南省衡阳县井头江境内，流域内山洪灾害频发，造成了较大的经济损失，本文选取武水流域井头江水文控制站以上区域为研究流域，采用监督分类法解译了研究区3期土地利用数据，并分析了这期间的土地利用转移情况;建立研究流域HEC-HMS水文模型，并利用洪峰流量相对误差、峰现时差、Nash-Suttcliffe效率系数这3个参数对模型的模拟结果进行综合评定。探究了各种土地利用类型对洪水要素的影响。论文的主要的研究内容及成果为: (1)基于ENVI5.0监督分类解译了研究区1992年、2000年及2011年的土地利用数据，并基于解译结果结合GIS生成土地利用转移矩阵，得到了3个时期内的土地利用/覆被变化转移趋势。流域内的土地利用类型主要是林地和耕地，1992-2000年研究区内主要是耕地向林地和建设用地转变，转出面积最大的是耕地，其次是林地、裸地、建设用地，水域面积转出和转入的量都较少，其中转换强度最大的类型是耕地转换成林地。2000-2011年各个土地利用类型之间的变化幅度较低，整体上林地增加了2.39km2。 (2)基于遥感解译成果、GIS技术提取流域下垫面地形、土地利用/土地覆被等信息，使用HEC-HMS降雨-径流模型，分别采用SCS径流曲线法进行产流计算，使用SCS单位线法计算直接径流，应用马斯京根法进行河道汇流演进，运用指数退水模型模拟流域基流，对流域内总计20场洪水进行洪峰流量和峰现时间等洪水特征参数的模拟预报。结果表明:该模型在武水流域暴雨洪水模拟中适应性良好，且单峰洪水的模拟效果较多峰洪水的要好。不变化其他参数的情况下，用15min和60min的时间步长进行模拟，结果表明:时间步长对模拟效果有一些影响，随着模拟时间步长的减小，洪峰流量有所增大，峰现时间变化不规则，大部分暴雨洪水的模拟效率获得了提升，平均Nash效率系数从0.808提升到了0.813。 (3)应用创建好的流域HEC-HMS模型，选择了3场典型洪水过程，剖析流域1992-2000-2011年的土地利用/覆被转变对暴雨洪水过程的影响。结果表明:较1992年的土地利用/覆被情景而言，2000年情景下的模拟结果中洪峰流量有所减小，3场典型暴雨洪水（050610号洪水、080903号洪水、120610号洪水）的洪峰流量分别减小了10.3m3/s、4.4m3/s、20.92m3/s，减幅为7.89％、10.04％、3.89％;2011年情景下的模拟洪水洪峰流量减幅加大，3场典型暴雨洪水的洪峰流量分别减少了13.1m3/s、5.7m3/s、29.22m3/s，减幅分别为10.04％、13.01％、5.44％。峰现时候变化得不明显。对全流域而言，流域产流减少，洪峰流量减少，而不同子流域的产流有增也有减，产流增加的部分主要集中在流域南部中上游。 (4)假设极端土地利用情景，模拟各情景下暴雨洪水过程，剖析不同土地利用类型对不同暴雨洪水的影响。结果表明:对同场洪水来说，建设用地的增长对暴雨洪水过程产生明显影响，不但使洪峰流量大大增长，峰现时间提早，还改变了洪峰形态，形成“瘦”而“尖”的洪峰;而林地则有助于坦化洪水波峰，使得流域暴雨洪水过程得到缓解。对不同量级的暴雨洪水而言，各土地利用类型对小洪水的影响相比对大洪水的影响要更为显著。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究目的及意义

1．2国内外研究进展

1．2．1土地利用／覆被变化的水文效应研究进展

1．2．2流域水文模型的研究进展

1．3主要研究内容及技术路线

1．3．1主要研究内容

1．3．2技术路线

第二章流域概况及基础数据处理

2．1流域概况

2．1．1地理位置及水文站点

2．1．2地形地貌、地质特征

2．1．3土壤、植被特征

2．1．4气候特征

2．2基于DEM的数字流域提取

2．3土壤数据

2．4土地利用／覆被数据

2．5水文气象数据

2．5．1雨量数据库

2．5．2流量数据库

第三章武水流域土地利用／覆被变化分析

3．1遥感数字图像处理

3．1．1波段优选

3．1．2遥感图像增强处理

3．2土地利用／覆被分类

3．3流域土地利用／覆被动态分析

3．3．1土地利用／覆被结构及其变化

3．3．2土地利用转移分析

第四章武水流域HEC-HMS模型的建立及验证

4．1．1产流模型

4．1．2直接径流模型

4．1．3河道汇流演算

4．1．4基流模型

4．2模型参数率定

4．3模型验证

4．4时间步长对次洪模拟的影响

4．5小结

第五章武水流域土地利用／覆被变化的洪水响应模拟

5．1土地利用／覆被变化对典型洪水过程的影响

5．2土地利用／覆被变化洪水响应的空间差异

5．3不同洪水量级的洪水响应

5．4流域极端土地利用情景的洪水响应

5．4．1土地利用／覆被变化情景的设计

5．4．2极端土地利用情景下典型洪水过程响应

5．5小结

第六章结论与展望

6．1基本结论

6．2不足与展望

参考文献

致谢

附录