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流域植被变化的水文响应模拟研究

作　者: 刘志勇
导　师: 赖格英
学　校: 江西师范大学
专　业: 人文地理
关键词: 流域源头分布式水文模型 SWAT模型 Topmodel模型植被变化水文模拟
分类号: P334.92
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

流域的源头是整个流域中的一个重要的生态功能区,流域的植被是不断变化的,植被是影响该流域内水文生态效应的重要因素。梅江是赣江的一级支流,梅江流域地处亚热带湿润气候区域,其植被、气候、径流有典型的代表性。由于人为因素的影响,梅江流域在过去的几十年内,地表的植被状态经过了一个剧烈变化的时期。目前生态环境问题日益成为一个影响人类健康生活,持续发展的问题,生态环境越来越成为人们关注、研究的对象。本文将梅江流域作为研究实验区,探讨在人类活动影响下造成的植被变化对流域水文特征的影响。借助两个分布式水文模型,SWAT和Topmodel模型,在地理信息系统的支持下,对梅江流域内近二十年的植被变化所造成的生态水文响应做出了模拟研究。模拟了植被的变化对整个流域汇流水量的影响和汇流过程的影响。本研究首先论述了这两个水文模型的应用范围,使用的实际例证,发现这两个水文模型非常适合于梅江流域的模拟研究,因为这里的地貌基本上以山地丘陵为主,气候是降水丰沛的亚热带气候区。然后对模型运行需要的数据进行了收集整理,利用地理信息系统软件和其它的一些软件处理了流域的基础地理信息数据和流域的气象数据,对地形数据进行精度的加密、气象数据进行估算等。在模型运行时把模型的参数多次调试,达到一个合理的水平,为后期设计的方案模拟作准备。使用SWAT模型模拟了植被的变化对流域年径流总量影响,使用Topmodel模型模拟了流域内植被的变化导致的洪水汇流过程的变化。根据两个模型不同的特点,设计了模拟的方案,对SWAT模型变换了其中的输入参量;对Topmodel模型固定了其中的五个输入参数,模拟得到的结果是:固定使用1987年的气象数据、排除气候因素的影响,使用2000年的土地利用数据,SWAT模型模拟出了梅江流域的年径流总量2000年比模拟的1987年的年径流量增加了14%;Topmodel模型模拟的洪水过程与SWAT模型模拟的洪水过程曲线有一定的规律,从1995年到2000年中选取的7次洪水过程模拟来看,流域植被的变化对洪峰的峰值流量和汇流的时间产生明显影响,两次洪水过程线均是涨洪陡、落洪缓。利用森林水文学的原理探讨了年径流总量增大和汇流速度变化、峰值径流出现时间延迟、峰值径流量减少的原因:年径流量增大,峰值径流出现时间延迟和峰值径流量减少是由于森林覆盖面积的增加,森林覆盖度的提高,植被指数增加;而草地面积相应分量的减少则导致了草地在延缓汇流速度上的巨大作用失效,从而导致了某些场次的峰值径流出现时间反常。文章最后探讨了植被变化影响水文效应的地域差异性,参数对模型输出结果的影响以及遥感数据的使用时出现的一些问题。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-9
第一章绪论  9-15
  1.1 选题依据  9
  1.2 研究背景  9-12
    1.2.1 研究的目的和意义  9-10
    1.2.2 国内流域源头关注的现状  10-12
    1.2.3 森林水文学和分布式水文模型的研究  12
  1.3 本研究的技术路线  12-13
  1.4 模拟思路的设计  13-15
第二章研究区域地理概况  15-21
  2.1 梅江流域自然地理环境  15-18
    2.1.1 河流水系  15
    2.1.2 地形地貌  15-16
    2.1.3 气候  16-17
    2.1.4 土壤  17
    2.1.5 植被  17-18
  2.2 流域内主要行政区及人文地理概况  18-21
第三章两个水文模型  21-28
  3.1 Topmodel 模型  21-23
    3.1.1 Topmodel 模型原理  21-22
    3.1.2 Topmodel 模型的主要应用特征  22-23
  3.2 SWAT 模型的原理  23-25
    3.2.1 水循环的陆面部分  23-25
    3.2.2 水循环的水面部分  25
  3.3 模型的主要应用进展  25-28
    3.3.1 国内的应用研究  25-26
    3.3.2 国外的应用研究  26-28
第四章数据处理过程  28-34
  4.1 两个模型需要的数据准备  28
    4.1.1 SWAT 模型运行需要的数据  28
    4.1.2 Topmodel 模型需要的数据  28
  4.2 SWAT 模型空间数据库和非空间数据库的建立  28-34
    4.2.1 地形数据库的建立  28-29
    4.2.2 水系和流域边界  29
    4.2.3 土壤数据库的建立  29-30
    4.2.4 土地利用数据库的建立  30-32
    4.2.5 水文气象数据库  32-33
    4.2.6 流域内相关站点的气候特征数据库  33-34
第五章模拟过程  34-40
  5.1 SWAT 模拟的步骤  34
  5.2 SWAT 模型率定和效率的检验  34-37
    5.2.1 SWAT 率定的思路及方法  34-35
    5.2.2 SWAT 模型率定和验证过程  35-37
  5.3 Topmodel 模型的模拟  37-40
    5.3.1 Topmodel 的运行步骤  37-38
    5.3.2 Topmodel 模拟以及模型参数的校正  38-40
第六章植被变化的水文响应模拟分析  40-50
  6.1 径流总量变化的分析  40-41
  6.2 汇流过程变化的分析  41-50
第七章结论和讨论  50-52
  7.1 主要结论  50
  7.2 探讨  50-52
参考文献  52-55
致谢  55-56
附图  56-58

流域植被变化的水文响应模拟研究

内容摘要

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