黄河中游陕西境内多沙粗沙区水沙变化研究

摘要

伴随着人类社会的快速发展，生态文明建设的重要性渐渐被人们所意识到，自20世纪70年代开始我国进行了一系列大规模的流域综合治理措施，尤其是黄河流域中游区间，大规模的水保措施的实施使流域植被恢复取得显著的效果。本文以黄河中游多沙粗沙区5流域为研究对象，分析流域水文气象要素的变化规律以及土地利用类型的变化特征，窥探5流域不同时段水沙关系及变化特征，进一步定量评价降水和人类活动对流域水沙变化的影响率；最后利用SWAT水文模型作流域水沙模拟研究，评价SWAT模型在该地区的适用性，对流域的综合治理提供一些科学性建议，主要研究内容和成果如下：
　　（1）根据多种数理统计分析方法，分析了5个流域的水文三要素（降水、径流、泥沙）的变化特征。结果显示：多年平均降雨量无明显的变化趋势，多年平均径流量和输沙量均呈显著的减少趋势，输沙量的减少速率最大，降水量、径流量和输沙量主要集中在讯期，应用Mann-Kendall法作突变分析，5流域水沙量发生突变的时间主要在上世纪70年代末。
　　（2）利用土地利用转移矩阵分析多沙粗沙区5个流域23年来土地利用类型的变化特征，结果表明：陕西境内多沙粗沙区5个流域土地利用方式主要以草地和耕地为主，水域的减少面积最大，达到51.83％。耕地、草地及林地之间的转换频率更加频繁，水域主要转化为居民点及城建用地，未利用主要转化为草地，1986～1995年与1995～2008年土地利用方式的内部转移趋势相近。
　　（3）作5流域水沙关系分析，结果表明：窟野河流域的累积曲线的斜率变化最大，输沙量减少幅度最大；无定河流域累积曲线的斜率变化最小。年内水沙关系表明5个流域多年平均月径流和月输沙相关曲线呈相同走势，总体上呈现顺时针的绳套曲线；汛期水沙关系表明各流域在3个时段的水沙关系系数基本上呈现一个递减的趋势（基准期＞验证期＞水沙急剧减少期），验证期各流域的水沙关系较好，能达到90%以上。年际水沙关系表明5流域年径流量和年输沙量呈正相关关系，其中皇甫川、孤山川和窟野河流域的水沙相关系数达到90%以上，秃尾河和无定河流域水沙相关系数80%以上，相关性较好。
　　（4）基于“水文法”量化降水和人类活动对水沙量减少的影响。随着社会经济的发展，降水对流域水沙减少的影响量越来越小，人类活动的影响则变大，到21世纪，流域水沙量减少的主导因素是人类活动的影响。人类活动对5个流域的影响率均超过60%，特别是对秃尾河流域和无定河流域，人类活动的影响率均超过90%，人类活动主要表现形式为退耕还林（草）、淤地坝、灌区引水、煤矿开采、水库等形式。
　　（5）利用SW AT模型模拟无定河流域水沙演变过程，将无定河流域划分为25个子流域，对无定河流域白家川水文站的月水沙参数进行了校准和验证，模拟结果显示率定期水沙的模拟过程较好。其中径流的Nash效率系数Ens和相关系数R2均在0.8以上，相对误差Re为9.86；泥沙的E r n和R2也都在0.8以上，相对误差R e为-13.72，小于20%，泥沙模拟值较实测值偏小。验证期径流的E n s为0.79， R2为0.81， R e为11.34，泥沙的E n s为0.75、R2为0.8，R e为-16.67，小于20%，泥沙模拟值较实测值偏小。流域水沙模拟研究率定期模拟效果优于验证期，径流的模拟效果好于泥沙的模拟效果，SWAT模型在无定河流域的模拟效果较好。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 主要研究内容及技术路线

2.1研究区概况

2.2 基础数据的收集

2.3 研究方法

2.4 SWAT模型介绍

3 多沙粗沙区5流域水文气象要素演变特征分析

3.1降雨变化特征分析

3.2 径流量和输沙量的演变特征

4多沙粗沙区5流域土地利用变化特征

4.1 流域不同土地利用类型构成

4.2 流域土地利用变化定量分析

4.3土地利用转移矩阵分析

4.4土地利用变化驱动力分析

5 多沙粗沙区5流域水沙关系分析

5.1 累积水沙量关系

5.2 年内水沙关系

5.3 汛期水沙关系

5.4 年际水沙关系

6 气候变化和人类活动对水沙变化的影响

6.1 皇甫川流域基于“水文法”的水沙变化影响定量分析

6.2 孤山川流域基于“水文法”的水沙变化影响定量分析

6.3 窟野河流域基于“水文法”的水沙变化影响定量分析

6.4 秃尾河流域基于“水文法”的水沙变化影响定量分析

6.5 无定河流域基于“水文法”的水沙变化影响定量分析

6.6 水沙变化驱动力分析

7 流域SWAT分布式水文模型的构建

7.1 SWAT模型数据库的建立

7.2 子流域的划分和HRU的生成

7.3 SWAT模型参数敏感性分析

7.4模型参数率定及验证

7.5模型模拟结果评价

8.1 主要结论

8.2 不足与展望

致谢

参考文献

附录