灞河流域信息特征提取及水文水质模拟研究

摘要

近年来，快速的工业化、城市化加速了水环境恶化，加之人们治水理念的偏差及对水环境功能的认识不足，各类水环境问题愈演愈烈，城市河流更是面临严重问题。本课题选取典型城市河流灞河流域为研究对象，在把握研究区概况前提下，基于GIS平台以分辨率为90m的SRTM_ DEM数据为依托，提取流域地形和水系信息特征。利用ENVI软件，从分辨率为30m的TM影像中提取流域土地利用类型，结合相关资料获取流域土壤类型及降雨数据，建立流域CN值统计表，验证SCS水文模型对灞河流域的适用性。同时，以2014～2015年对灞河流域水质调查数据为基础，应用WASP模型，模拟流域富营养化水质指标氨氮(NH3-N)和溶解氧(DO)的变化，并基于水质现状模拟设定不同类型的情景模拟。最后，综合上述信息提取及水质模拟结果，明确灞河流域地形特征和水质污染分布特征，提出土地规划利用建议和水质改善意见。
　　灞河流域坡度小于25°的地区占流域总面积的87.12％;平坦地面占流域总面积的56.25％，东向坡面积最小，仅占8.43％。统计地形起伏度，小起伏山地占流域总面积的31.98％，且多分布于流域东南部;流域地表粗糙度变化范围为1～1.9。河流水系提取阈值确定为3000，依据河网分布特征将流域分别划分为42个集水区域和9个子流域，子流域面积误差范围为0.07％～0.95％，提取结果精度高。
　　经监督分类，灞河流域土地利用类型分为林地（占27.86％）、草地(占27.41％)、耕地（占24.21％）、城乡居民用地（占12.4％）及水域（占8.12％）5种类型。流域土壤以B类和C类为主。全流域平均水平条件（中等湿润状况）下CN值取值范围为68.88～88.16，结合年内降雨数据，应用SCS模型模拟灞河流域降雨径流，合格率高达80％。
　　将流域河流划分为14个河段进行NH3-N和DO水质模拟分析，各河段DO值全年均高于7.3mg/L，满足水质标准。河段NH3-N值变化各异，上游河段在丰水期无法满足Ⅱ类和Ⅲ类水水质指标;中游第10河段NH3-N值全年高于0.5mg/L，不达标;下游第12河段枯水期部分时段NH3-N值高达5.6mg/L。以灞河水质达标为目的，基于模拟结果，设定了污染负荷消减、边界条件改变和水文条件优化三种情景模拟。
　　综合上述研究结果，分析流域不同地形土地利用方向及不同河段污染特征，提出相应的建议和意见，为灞河流域水土资源管理提供依据，并为灞河流域水资源数字化管理方法的研究奠定基础。

目录

摘要

符号说明

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 流域信息特征提取研究现状

1．2．2 SCS模型研究现状

1．2．3 WASP模型研究现状

1．3 技术路线与研究内容

1．3．1 技术路线

1．3．2 研究内容

2 研究基础

2．1 灞河流域基本概况

2．2 灞河水文水质特征

2．3 研究方法

2．3．1 3S技术应用

2．3．2 水文预测方法

2．3．3 水质模拟方法

3 流域信息特征提取分析

3．1 流域地形信息提取分析

3．1．1 微观地形因子

3．1．2 宏观地形因子

3．2 流域水系信息提取分析

3．2．1 无洼地DEM生成

3．2．2 汇流累积量计算

3．2．3 水流长度计算

3．2．4 河网提取

3．2．5 流域分割

3．3 本章小结

4 流域水文模拟与分析

4．1 SCS模型建立

4．1．1 土壤湿润程度

4．1．2 土壤类型

4．1．3 土地利用类型

4．1．4 灞河各子流域CN值

4．2 水文模拟验证与分析

4．3 本章小结

5 流域水质模拟与分析

5．1 现状模拟与分析

5．1．1 条件假设

5．1．2 污染负荷分析

5．1．3 河流空间概化

5．1．4 现状监测

5．1．5 模型建立与运行

5．1．6 模拟结果输出与分析

5．2 情景模拟与分析

5．2．1 情景一 污染负荷消减

5．2．2 情景二 边界条件改变

5．2．3 情景三 水文条件优化

5．3 本章小结

6 结论、创新点与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

致谢

参考文献

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