下垫面变化条件下的黄土高原产汇流机制辨析研究

摘要

20世纪70年代以来，黄土高原地区水循环过程和水资源情势发生了显著改变。而黄土高原水文特征变化事关整个黄河流域的洪涝灾害防治、水资源配置及水生态保护等民生与环境问题。且随着水土保持措施的实施及“退田还林、封山绿化”等方针的落实，黄土高原大部分地区的植被覆盖变化十分显著。因此在植被覆盖、下垫面特征不断变化的条件下，黄土高原产汇流机制是否发生变化就成为了需要深入研究的问题。本文在“十三五”国家科技支撑计划项目“黄河流域水沙变化机理与趋势预测”(2016YFC040240203)的支撑下，选择有代表性的汾河上游静乐站控制流域及祖厉河流域为典型研究对象，对黄土高原地区场次洪水的产汇流模式进行辨析，并探索随着流域下垫面的不断变化，流域产汇流机制是否发生变化，为其它地区的相关研究提供参考。研究的主要内容及结论如下:　　(1)黄土高原下垫面条件变化特征分析　　在收集整理黄土高原地区水文气象数据、土地利用与人类活动相关数据的基础上，结合前人所做的研究对黄土高原下垫面条件变化特征进行总结分析。结果表明，近40年黄土高原地区下垫面变化明显，具体表现在植被、淤地坝、水库及梯田等方面。　　(2)典型流域下垫面及暴雨洪水特征分析　　选择汾河上游静乐站控制断面以上流域及祖厉河流域作为典型流域进行研究，首先根据典型流域不同时期遥感影像资料，解译分析流域下垫面变化特征，然后依据场次降雨洪水过程数据，计算暴雨洪水特征值并分析其特性。　　(3)典型流域产汇流机制分析　　在降雨径流特征分析的基础上，对场次降雨洪水产流模式及汇流特点进行辨识。研究发现静乐站控制流域场次洪水径流成分发生变化，且超渗产流发生的比例减小，混合及蓄满产流发生的比例增加。祖厉河流域仍以超渗产流为主要产流方式，结合以往研究及下垫面分析发现下垫面变化未导致祖厉河流域产汇流机制发生较大变化。　　(4)典型流域产汇流机制变化年份及其原因分析　　运用双累积曲线及产汇流特征值变化趋势分析发现1998年后静乐站控制流域产汇流机制变化明显，其中洪水产流量减少约43％，径流系数减小50％，洪峰流量减少约40％，洪峰滞时增大21.9％。分析发现森林覆盖度增加，导致流域地下水出流能力、地面下渗能力及流域蓄水能力增强，从而导致产汇流特征的变化。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 产流理论研究现状

1．2．2 汇流理论研究现状

1．2．3 黄土高原产汇流机制研究现状

1．2．4 存在的问题

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 研究方法及技术路线

2 黄土高原地区下垫面条件变化特征

2．1 林草植被变化

2．2 淤地坝变化

2．3 水库变化

2．4 梯田变化

2．5 建设用地变化

2．6 本章小结

3 产汇流机制基本理论

3．1 流域产流机制

3．2 流域产流模式

3．2．1 蓄满产流

3．2．2 超渗产流

3．2．3 混合产流

3．3 流域汇流机理

3．4 产汇流特征值提取方法

3．4．1 产流特征值提取方法

3．4．2 汇流特征值提取方法

3．5 本章小结

4 典型流域概况

4．1 自然地理及水文气象特征

4．1．1 静乐站控制流域

4．1．2 祖厉河流域

4．2 下垫面特征及土地利用变化

4．2．1 静乐站控制流域

4．2．2 祖厉河流域

4．3 梯田及淤地坝

4．4 数据资料

4．5 本章小结

5 典型流域产汇流机制辨析

5．1 降雨径流特征分析

5．1．1 年降雨径流特征

5．1．2 暴雨洪水特征

5．1．3 降雨径流相关关系

5．2 产流机制辨析

5．2．1 静乐站控制流域

5．2．2 祖厉河流域

5．3 汇流机制辨析

5．3．1 静乐站控制流域

5．3．2 祖厉河流域

5．4 典型洪水分析

5．4．1 静乐站控制流域

5．4．2 祖厉河流域

5．5 产汇流机制变化年份分析

5．6 产汇流机制变化原因分析

5．6．1 降雨影响

5．6．2 森林覆盖度影响

5．6．3 梯田及淤地坝影响

5．7 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢