本文關(guān)鍵詞：東南沿海晉江西溪流域洪水徑流演變與模擬分析

  更多相關(guān)文章： 洪水 暴雨空間變化 土地利用/覆被變化 HEC-HMS模型 晉江西溪流域

【摘要】：變化環(huán)境下的水循環(huán)演變規(guī)律研究是目前水文水資源學(xué)的研究熱點和難點。變化環(huán)境主要是指氣候變化和人類活動引起的下墊面變化。一方面,人類活動導(dǎo)致土地利用／覆被變化(Land Use and Land Cover Change, LUCC)劇烈,研究LUCC對洪峰流量和洪水頻率的影響,對流域土地利用管理和生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要價值。另一方面,氣候變化導(dǎo)致暴雨時空分布更加不均勻,揭示暴雨時空特征對洪峰流量和洪水頻率的影響,不僅可以加深對水循環(huán)機理的認識,同時對流域洪水預(yù)警預(yù)報、水利工程建設(shè)都具有重要意義。本研究以晉江西溪流域為研究區(qū),開展了5個方面的研究。分析了研究區(qū)1985-2010年土地利用／覆被變化情況；基于1955-2011年歷年最大一場暴雨洪水實測數(shù)據(jù),采用累積距平、Mann-Kendall突變檢驗等時間序列分析方法揭示了研究區(qū)洪水徑流演變趨勢；通過對HEC-HMS模型參數(shù)初損率定方法的改進,以及基于植被指數(shù)NDVI計算CN (Curve Number)方法的探討,建立了流域高精度分布式洪水模型；通過土地利用情景和暴雨空間變化情景的建立,分別定量模擬分析了LUCC和暴雨空間變化對洪水過程和洪水頻率的影響。研究結(jié)果表明：1)1985-2010年,土地利用/覆被變化特征主要表現(xiàn)為園地和建設(shè)用地面積的顯著增加,以及林地、耕地面積的顯著減少。2)1955-2011年研究區(qū)歷年最大洪峰流量和洪量均呈現(xiàn)減小的趨勢,但下降趨勢不顯著。3)可以用實測可得的起漲流量反映初損率或初損的變化,初損率或初損與起漲流量之間的關(guān)系可以用冪函數(shù)來擬合。起漲流量越小,表明流域土壤含水量越小,初損或初損率就越大,且隨著起漲流量增加,初損或初損率快速減小,逐漸趨于不變。兩種初損率定方法均可以得到較高的模擬精度,但通過率定初損率推求初損的方法,部分考慮了下墊面特征要素,使得初損的空間差異得到體現(xiàn),更符合理論實際。4)NDVI年內(nèi)變化呈分段變化,6-10月NDVI基本不變?yōu)楦咧祬^(qū)。基于TIMESAT3種重建算法,對晉江西溪流域2002-2010年全流域NDVI平均值進行重建,結(jié)果表明SG算法的保真性最好,AG算法和DL算法保真性相當(dāng)；NDVI年內(nèi)變化呈分段變化,1-3月NDVI基本不變?yōu)榈椭祬^(qū),6-10月基本不變?yōu)楦咧祬^(qū)。5)基于植被指數(shù)NDVI估算HEC-HMS模型參數(shù)CN的方法是可行的�？傮w上看,基于NDVI計算的CN值與遙感解譯土地利用計算的CN值在空間上差異不大。HEC-HMS模型的模擬結(jié)果也表明,基于NDVI_CN和解譯CN的模擬結(jié)果基本一致。初步表明基于植被指數(shù)NDVI估算HEC-HMS模型參數(shù)CN的方法是可行的,而NDVI的提取較為簡便,運用該方法計算CN,可大大提高構(gòu)建HEC-HMS模型的效率與降低成本。6)1985-2010年的LUCC導(dǎo)致洪峰流量和洪量顯著增加,多年平均洪峰流量相應(yīng)增大,且洪水量級越大,LUCC對洪峰流量的影響也越大；各子流域洪水響應(yīng)程度存在明顯差異。7)若不考慮業(yè)已發(fā)生的土地利用/覆被變化,而以實際發(fā)生洪水進行頻率計算,所得結(jié)果偏小,不利于工程安全。將1955-2011年洪水頻率計算結(jié)果,與其他條件不變、只變化土地利用/覆被為2010年情景來模擬洪水響應(yīng),進而進行頻率分析的結(jié)果相比較,得到實際發(fā)生的百年一遇洪水,只相當(dāng)于2010年土地利用條件下的73年一遇。表明若不考慮業(yè)已發(fā)生的土地利用／覆被變化,而以實際洪水進行頻率計算,所得結(jié)果已有一定程度偏小,將不利于工程安全。8)暴雨空間變差系數(shù)Cv和暴雨中心變化對洪峰流量、洪量和峰現(xiàn)時間都具有顯著影響。暴雨空間變差系數(shù)Cv越大,洪峰流量與洪量就越大。在相同的Cv下,對于研究區(qū)晉江西溪流域而言,暴雨中心位于流域中游時,洪峰流量與洪量最大；暴雨越不均勻,暴雨中心變化對洪峰流量和洪量的影響越顯著。相同的DSV等級下,不同暴雨中心位置,晉江西溪流域峰現(xiàn)時差為1小時左右；相同的暴雨中心位置下,暴雨空間分布越不均勻,峰現(xiàn)時間越靠前。9)洪水的計算與預(yù)警預(yù)報工作有必要考慮暴雨中心變化的影響。其他條件不變,只變化暴雨中心于不利暴雨中心情景(流域中游)時,可使實際發(fā)生的百年一遇洪水,只相當(dāng)于65年一遇,相差較大。因此,從更準(zhǔn)確的反映洪水規(guī)律出發(fā),洪水的計算與預(yù)警預(yù)報工作有必要考慮暴雨中心變化的影響。
【關(guān)鍵詞】：洪水 暴雨空間變化 土地利用/覆被變化 HEC-HMS模型 晉江西溪流域
【學(xué)位授予單位】：福建師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P333.2
【目錄】：

• 中文摘要2-4
• Abstract4-7
• 中文文摘7-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 問題的提出14-16
• 1.1.1 研究背景14-15
• 1.1.2 研究意義15-16
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究進展16-25
• 1.2.1 土地利用/覆被變化的洪水響應(yīng)16-17
• 1.2.2 降雨空間變化的洪水響應(yīng)17-20
• 1.2.3 流域洪水模型20-25
• 1.3 研究內(nèi)容與技術(shù)路線25-28
• 1.3.1 研究內(nèi)容25-27
• 1.3.2 技術(shù)路線27-28
• 第二章 研究區(qū)概況與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫28-44
• 2.1 研究區(qū)概況28-33
• 2.1.1 地質(zhì)地貌29
• 2.1.2 植被與土壤29-30
• 2.1.3 氣候30
• 2.1.4 河道水系30-32
• 2.1.5 暴雨洪水32-33
• 2.2 流域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫33-44
• 2.2.1 地圖投影33-34
• 2.2.2 數(shù)字高程模型(DEM)34-35
• 2.2.3 土地利用數(shù)據(jù)35
• 2.2.4 土壤數(shù)據(jù)35-38
• 2.2.5 MODIS_NDVI數(shù)據(jù)38-39
• 2.2.6 水文氣象數(shù)據(jù)39-42
• 2.2.7 數(shù)字流域提取42-44
• 第三章 土地利用/覆被變化與暴雨洪水特征分析44-60
• 3.1 土地利用/覆被變化44-48
• 3.1.1 全流域土地利用/覆被變化特征44-47
• 3.1.2 子流域土地利用/覆被變化特征47-48
• 3.2 暴雨時空變化48-54
• 3.2.1 時間序列分析方法48-49
• 3.2.2 暴雨時空特征指標(biāo)49-50
• 3.2.3 結(jié)果與分析50-54
• 3.3 洪水年際變化54-58
• 3.3.1 時序變化54-56
• 3.3.2 頻率分析56-58
• 3.4 小結(jié)58-60
• 第四章 初損、CN等參數(shù)的確定與HEC-HMS模型的建立60-88
• 4.1 HEC-HMS模型的結(jié)構(gòu)與原理60-65
• 4.1.1 降雨數(shù)據(jù)的空間插值61-62
• 4.1.2 產(chǎn)流模型62-63
• 4.1.3 坡面匯流模型63-64
• 4.1.4 地下徑流模型64
• 4.1.5 河道匯流演算模型64-65
• 4.2 基于遙感解譯土地利用數(shù)據(jù)的HEC-HMS模型65-70
• 4.2.1 主要參數(shù)65-66
• 4.2.2 初損與起漲流量關(guān)系66-67
• 4.2.3 率定與驗證結(jié)果67-70
• 4.3 初損率定的兩種方法比較70-75
• 4.3.1 初損與初損率70
• 4.3.2 初損率定方法70-71
• 4.3.3 結(jié)果與討論71-75
• 4.4 基于植被指數(shù)NDVI估算CN的HEC-HMS模型75-87
• 4.4.1 基于TIMESAT 3種時間序列NDVI數(shù)據(jù)重建方法結(jié)果的比較76-80
• 4.4.2 晉江西溪流域NDVI年內(nèi)變化規(guī)律80
• 4.4.3 基于植被指數(shù)NDVI估算CN方法80-87
• 4.5 小結(jié)87-88
• 第五章 土地利用/覆被變化對洪水過程和洪水頻率影響的模擬分析88-100
• 5.1 土地利用/覆被變化的洪水響應(yīng)88-93
• 5.1.1 全流域土地利用/覆被變化的洪水響應(yīng)88-91
• 5.1.2 子流域土地利用/覆被變化的洪水響應(yīng)91-93
• 5.2 土地利用/覆被變化對洪水頻率影響的模擬分析93-98
• 5.2.1 不同土地利用情景下模擬洪水的頻率特征93-96
• 5.2.2 不同洪水量級的LUCC響應(yīng)特征96-98
• 5.3 小結(jié)98-100
• 第六章 暴雨空間變化對洪水過程和洪水頻率影響的模擬分析100-117
• 6.1 研究方法100-104
• 6.1.1 典型暴雨洪水事件101
• 6.1.2 DSV等級法101-103
• 6.1.3 暴雨中心位置情景設(shè)置103-104
• 6.2 暴雨空間變化對洪水過程影響的模擬分析104-112
• 6.2.1 暴雨空間變化對洪峰流量的影響104-110
• 6.2.2 暴雨空間變化對洪量的影響110-111
• 6.2.3 暴雨空間變化對峰現(xiàn)時間的影響111-112
• 6.3 暴雨中心變化對洪水頻率影響的模擬分析112-116
• 6.4 小結(jié)116-117
• 第七章 結(jié)論與展望117-121
• 7.1 主要結(jié)論117-119
• 7.2 主要創(chuàng)新點與特色119
• 7.3 不足之處與展望119-121
• 參考文獻121-137
• 攻讀學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果137-138
• 致謝138-140
• 個人簡歷140-144

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 董小濤,李致家;HEC模型在洪水預(yù)報中的運用[J];東北水利水電;2004年11期

2 張士鋒,賈紹鳳;降水不均勻性對黃河天然徑流量的影響[J];地理科學(xué)進展;2001年04期

3 郝芳華,陳利群,劉昌明,張雪松;降雨的空間不均性對模擬產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量不確定的影響[J];地理科學(xué)進展;2003年05期

4 李仁東;土地利用變化對洪水調(diào)蓄能力的影響——以洞庭湖區(qū)為例[J];地理科學(xué)進展;2004年06期

5 范蘭;呂昌河;陳朝;;EPIC模型及其應(yīng)用[J];地理科學(xué)進展;2012年05期

6 王蕊;李虎;;2001-2010年蒙古國MODIS-NDVI時空變化監(jiān)測分析[J];地球信息科學(xué)學(xué)報;2011年05期

7 顧娟;李新;黃春林;;基于時序MODIS NDVI的黑河流域土地覆蓋分類研究[J];地球科學(xué)進展;2010年03期

8 陳曉宏;涂新軍;謝平;李艷;;水文要素變異的人類活動影響研究進展[J];地球科學(xué)進展;2010年08期

9 陳瑜;黃鋒華;孔次芬;;白盆珠水庫流域暴雨洪水特性研究[J];廣東水利水電;2011年05期

10 徐曉;林盛吉;張徐杰;張慶慶;許月萍;;氣候變化對衢州水文站洪水頻率分析的影響[J];河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年06期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 崔曉臨;秦嶺地區(qū)土地利用/覆被變化及水熱環(huán)境響應(yīng)[D];西北大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 徐慧;基于SPOT VEGETATION數(shù)據(jù)的長江流域植被覆蓋變化特征分析[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

，

本文編號：992231