發(fā)布時間：2019-08-04 08:52

【摘要】：山坡是流域水文響應的基本單元，山坡降雨產(chǎn)流關系是流域降雨徑流模擬的重要前提�；谏狡鲁叨葮嫿ê暧^水文本構關系，以期構建尺度協(xié)調(diào)的流域水文模型，是解決當前物理性水文模型尺度不匹配這一瓶頸的重要思路。論文在系統(tǒng)總結山坡水文響應控制因素基礎上，構建了二維山坡水動力學數(shù)值模型，基于數(shù)值模擬揭示了山坡降雨產(chǎn)流關系的一般特征及發(fā)生機理，建立了山坡產(chǎn)流的本構關系方程，提出了山坡向小流域的產(chǎn)流升尺度規(guī)律，為尺度協(xié)調(diào)的流域水文模型構建提供了重要基礎。 通過耦合地表水流動的圣維南方程組和變飽和土壤水分運動的Richards方程，建立了適用于山坡水流模擬的二維水動力學數(shù)值模型THRM，模型中考慮基巖地形和基巖滲透性，改進了邊界條件設置，采用有限差分法，引入了選擇算法和并行計算方法，在實驗山坡的驗證表明模型可以很好地模擬實測壤中流過程。進一步，通過數(shù)值試驗揭示了邊界條件、網(wǎng)格大小、初始含水率等對山坡水動力學計算穩(wěn)定性和精度的影響規(guī)律。 系統(tǒng)篩選出12個能基本完整體現(xiàn)對山坡水文過程影響的地形地貌特性、土壤特性、基巖特性、外界氣象強迫特性和初始水分條件等因子及其取值范圍，據(jù)此利用THRM模型開展大量數(shù)值試驗，將土壤水分運動由微觀網(wǎng)格升尺度到宏觀山坡，探索山坡尺度降雨產(chǎn)流關系的宏觀特征。結果顯示，山坡尺度降雨產(chǎn)流關系普遍存在閾值-線性的兩階段規(guī)律，即降雨低于某閾值時不產(chǎn)流，大于該閾值后降雨量與產(chǎn)流量呈現(xiàn)線性關系。進一步，根據(jù)數(shù)值試驗結果分析得到山坡降雨產(chǎn)流的本構關系，包括降雨閾值和山坡產(chǎn)流系數(shù)兩個量化指標與山坡表征因子和降雨特性之間的統(tǒng)計關系，并揭示了山坡立面形狀、基巖地形和土層厚度分布等地形地貌因子對本構關系的定性影響規(guī)律，結果得到了文獻資料的驗證。 在位于華北土石山區(qū)的懷柔琉璃河實驗流域開展觀測實驗，系統(tǒng)分析小流域尺度徑流成分和響應時間。結果顯示，在源頭區(qū)小流域，，山坡產(chǎn)流響應時間遠大于相應河道匯流時間，利用山坡尺度本構關系分別計算小流域內(nèi)的各個山坡后，通過直接加總即可實現(xiàn)其升尺度應用。
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TV121.7

【參考文獻】

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本文編號：2522822