本文關鍵詞：新疆中天山地帶草原植被覆蓋變化對徑流的影響研究　出處：《新疆大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：在不同國家和地區(qū),社會經濟發(fā)展和人類的生產生活受到洪水災害帶來的巨大威脅。從20世紀中葉至今,受氣候變化及人類活動的影響,洪澇災害頻發(fā)。洪水過程由于受流域下墊面條件、天氣系統(tǒng)等多方面因素的影響,具有高度的隨機性和復雜性,但又表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。為了更好的控制與管理洪水,這就需要將影響洪水過程的相關機制進行研究。植被覆蓋狀況對洪峰的調節(jié)作用在不同地區(qū)會因土壤、植被覆蓋率及植被結構等不同而出現(xiàn)一定的差異,植被覆蓋狀況與枯水徑流的關系同樣如此。天山是新疆重要的水資源蘊含區(qū),開展研究天山山區(qū)植被覆蓋變化對徑流過程的影響具有一定意義。本文選取位于中天山地帶巴音布魯克盆地開都河上游流域的集水區(qū)域,從實測數(shù)據(jù)(徑流和降雨)和氣象與水文耦合兩個角度,預報并分析洪峰流量和枯水徑流的特征,揭示山區(qū)植被覆蓋對極端徑流事件的預報影響。主要結論如下:NDVI值與植被覆蓋度呈對應關系,能夠用于定量分析某區(qū)域植被覆蓋變化狀況。從時間變化上分析,巴音布魯克盆地NDVI年際變化有著逐年平穩(wěn)上升的趨勢,同時又有著階段性變化的特征,分布于0.21至0.26之間。從巴音布魯克盆地的NDVI值空間分布特征上分析,盆地地表植被覆蓋呈現(xiàn)出盆地西部優(yōu)于盆地東部的特征。此外,沿開都河流域的河岸帶及位于盆地中部的濕地植被覆蓋均較為密集。從1982至2013年巴音布魯克盆地的區(qū)域NDVI均值年際變化趨勢上分析,盆地植被覆蓋改善的區(qū)域大于植被退化的區(qū)域。從1982至2013年巴音布魯克盆地的區(qū)域NDVI均值變化可持續(xù)性來看,植被覆蓋將保持現(xiàn)有的穩(wěn)定趨勢,持續(xù)退化的區(qū)域和未來變化趨勢無法確定的區(qū)域的植被的變化狀況需要研究人員繼續(xù)關注。通過分析徑流量變化與NDVI之間的關系發(fā)現(xiàn),NDVI與洪峰流量大都呈現(xiàn)負相關關系,在較高植被覆蓋率區(qū)域,對洪峰的作用表現(xiàn)為一定程度的削減。同時,NDVI與枯水徑流呈現(xiàn)出正相關關系,植被覆蓋度的增加,顯著提升的枯水期徑流。針對巴音布魯克盆地的氣象要素模擬,WRF中不同參數(shù)化方案組合對各氣象要素模擬的敏感性各不相同。研究選取了16組參數(shù)化方案組合進行模擬選優(yōu),用于模擬降雨量的最優(yōu)參數(shù)化方案組合為:邊界層方案ysu,積云動力kain-freitsch方案,云微物理wdm6方案,長波輻射dudhia方案和短波輻射rrtm方案。用于模擬氣溫的最優(yōu)參數(shù)化方案組合為:邊界層ysu方案,積云動力kain-freitsch方案,云微物理thompson方案,長波輻射dudhia方案和短波輻射rrtm方案。用于模擬風速的最優(yōu)參數(shù)化方案組合為:邊界層qnse方案,積云動力kain-freitsch方案,云微物理thompson方案,長波輻射dudhia方案和短波輻射rrtm方案。這些物理方案是對巴音布魯克盆地的降雨等天氣過程機理性研究是非常有價值的。通過對強降雨事件2013j18p的數(shù)值模擬及方案選優(yōu)工作,并統(tǒng)計分析了各方案組合引起的模擬結果的差異。分析表明:模式模擬的結果偏差并不能隨著各參數(shù)化方案的更換而大幅度的降低,這也意味著,模式模擬結果精度的提高與驅動模式數(shù)值模擬的背景場緊密相關。若提高相關氣象要素的預報準確度,需要對背景場進一步的處理,例如將實地觀測資料同化進背景場,對背景場進行糾正作用。另一方面,需要結合高寒山區(qū)盆地特點,將模式中相關物理過程進行完善。為模擬地表植被覆蓋度對徑流過程的影響,根據(jù)盆地豐水期、枯水期時植被覆蓋度的不同對水文過程進行情景模擬。研究采用分布式水文模型dhsvm進行模擬,并從日徑流變化、小時徑流變化兩個角度綜合驗證和評價了分布式水文模型dhsvm在該研究的適用性。模擬結果表明:模擬的徑流過程均與實測過程基本吻合,趨勢基本一致。確定性系數(shù)在0.85至0.92之間,日徑流量的模擬誤差(實測值與模擬值之差)均在34.50%以內,平均絕對誤差約10.27%。小時徑流量的模擬誤差(實測值與模擬值之差)均在15.00%以內,平均絕對誤差約7.07%。確定性系數(shù)在0.90至0.91之間。這也為今后水文模擬時考慮植被覆蓋度的參數(shù)設置提供了科學依據(jù)。從兩種植被覆蓋度情景下可以得出,當植被覆蓋度相對較少時,強降雨誘發(fā)的洪水的峰值時間短及變化幅度劇烈。徑流模擬的中后期的徑流量高于實際徑流量�？赡茉蚴怯捎趯嶋H降雨補給的缺乏,土壤水分持續(xù)降低,故后期降雨滲入并補充土壤水分的量相對增多,故在實際狀況下產生地表徑流較前期減少。當?shù)乇碇脖桓采w度密集時,洪峰流量有所削弱,其中退水過程呈緩慢減小的現(xiàn)象�？赡茉蚴堑乇碇脖粚咏亓裟芰^強,故實際的徑流高于模擬的徑流量。將數(shù)值氣象預報模式WRF與分布式水文模型DHSVM二者進行了耦合,在植被覆蓋度密集的場景,對強降雨引發(fā)的洪水進行預報。預報的徑流過程與實際觀測基本吻合(R2=0.8019,RMSE=2.16,E=0.8955),說明DHSVM適用于高寒盆地徑流預報,并能夠用于模擬強降雨誘發(fā)的洪水過程。但由于WRF的降雨模擬的誤差,故導致DHSVM模型模擬的徑流過程存在著誤差。漲水過程的模擬結果前期存在高估現(xiàn)象,最大誤差約2.69m3·s-1(絕對誤差5.8%),后期模擬結果存在低估現(xiàn)象,最大誤差約5.8 m3·s-1(絕對誤差9.8%)。但二者耦合模擬的結果能夠有效地實現(xiàn)強降雨型洪水預警預報。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：新疆大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q948

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本文編號：1424657