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流域水文信息空间分布与人类影响研究

作　者: 史海匀
导　师: 王光谦
学　校: 清华大学
专　业: 水利工程
关键词: 数字流域模型蒸发能力降雨空间分布人类影响
分类号: TV12
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

流域模拟是研究水沙自然规律、解决水利工程问题和提高流域管理水平的主要手段，也是数字流域建设工作的核心和基础。分布式流域模型作为流域模拟的最有效工具之一，在研究人类活动对流域水沙过程的影响等热点和难点问题时发挥了重要作用，但仍需研究提高模拟精度的方法。本文围绕清华大学数字流域模型开展工作，着眼于蒸发能力和降雨这两个基本输入变量，建立了适用于地势陡峻、测站稀疏地区的流域水文信息空间分布计算方法；同时，定量研究了人类活动对流域水沙过程的影响。主要研究成果如下：本文建立了空间分布式蒸发能力计算方法，可为数字流域模型提供更准确的蒸发能力输入。该法由新的修正道尔顿模型和气象要素空间分布计算方法两部分组成：一是提出了用于计算单点蒸发能力的基于水-气温差和气温修正的道尔顿模型；二是考虑地形对气象要素的影响，结合距离权重反比法，建立了利用有限气象站数据计算气象要素空间分布的方法。该法可为计算地势陡峻、测站稀疏地区的蒸发能力空间分布提供参考方法。本文建立了空间分布式降雨计算方法，可为数字流域模型提供更准确的降雨输入。考虑地形对降雨的影响，提出了利用数字高程模型数据对卫星栅格数据进行空间降尺度的方法；考虑降雨的有效影响距离，结合距离权重反比法，提出了基于点（雨量站）面（卫星栅格）降雨数据融合技术的降雨空间分布计算方法。该法结合了不同来源不同空间尺度降雨数据各自的优点，可为计算地势陡峻、测站稀疏地区的降雨空间分布提供参考方法。经检验，上述流域水文信息空间分布计算方法能够在一定程度上提高流域模拟精度。然而，在某些土地利用变化可观的地区，淤地坝等水利水保工程的作用不容忽视。本文定量模拟了以淤地坝为代表的人类活动对流域水沙过程的影响：分析了流域水沙变化特征及其原因，归纳了不同类型的水沙年景；给出了淤地坝的数量及其空间分布，建立了淤地坝与数字河网的一一对应关系以及淤地坝之间的拓扑关系；考虑淤地坝上游来水被全部拦蓄的情形，给出了淤地坝的最大作用比例；分析了现有淤地坝建设情况与降雨空间分布之间的关系，可为今后的水利水保工程建设决策提供数据支持。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-21
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 研究现状  10-19
    1.2.1 分布式流域模型  10-11
    1.2.2 数字流域模型  11-13
    1.2.3 蒸发能力的空间分布  13-15
    1.2.4 降雨的空间分布  15-17
    1.2.5 人类活动对流域水沙过程的影响  17-19
  1.3 研究内容与方法  19-21
第2章空间分布式蒸发能力计算方法  21-42
  2.1 研究区域与数据资料  21-24
    2.1.1 研究区域  21-22
    2.1.2 数据资料  22-24
  2.2 空间分布式蒸发能力计算方法的建立  24-30
    2.2.1 气象要素相关性分析  25-26
    2.2.2 修正道尔顿模型  26-27
    2.2.3 高程对气象要素的影响  27-28
    2.2.4 气象要素整合方法  28-30
  2.3 空间分布式蒸发能力计算方法的率定和验证  30-36
    2.3.1 修正道尔顿模型的率定和验证  30-33
    2.3.2 气象要素整合相关参数的确定  33-34
    2.3.3 空间分布式蒸发能力计算方法的验证  34-36
  2.4 空间分布式蒸发能力计算方法的应用  36-40
    2.4.1 蒸发能力与高程之间的关系  36-38
    2.4.2 气象站使用情况对蒸发能力计算的影响  38-40
  2.5 本章小结  40-42
第3章空间分布式降雨计算方法  42-67
  3.1 研究区域与数据资料  42-45
    3.1.1 研究区域  42-44
    3.1.2 数据资料  44-45
  3.2 空间分布式降雨计算方法的建立  45-56
    3.2.1 降雨数据对比分析  46-53
    3.2.2 降雨数据融合技术  53-56
    3.2.3 空间插值方法  56
  3.3 空间分布式降雨计算方法的验证  56-60
    3.3.1 相关参数与公式的确定  56-58
    3.3.2 空间分布式降雨计算方法的验证  58-60
  3.4 空间分布式降雨计算方法的应用  60-65
    3.4.1 流域概况  60
    3.4.2 数据准备  60-61
    3.4.3 结果分析  61-65
  3.5 本章小结  65-67
第4章空间分布计算方法在清涧河流域的应用  67-81
  4.1 研究区域与数据资料  67-69
    4.1.1 研究区域  67
    4.1.2 数据资料  67-69
  4.2 基于雨量站降雨数据的次洪模拟  69-74
    4.2.1 次洪模拟结果  69-73
    4.2.2 结果分析  73-74
  4.3 基于融合降雨数据的次洪模拟  74-79
    4.3.1 融合降雨数据计算  74-76
    4.3.2 次洪模拟结果  76-79
    4.3.3 结果分析  79
  4.4 本章小结  79-81
第5章人类活动对流域水沙过程的影响研究  81-105
  5.1 研究区域与数据资料  81-83
    5.1.1 清涧河流域概况与数据资料  81-82
    5.1.2 皇甫川流域概况与数据资料  82-83
  5.2 流域水沙变化特征及其原因  83-90
    5.2.1 分析方法  83-84
    5.2.2 清涧河流域水沙变化特征及其原因  84-88
    5.2.3 皇甫川流域径流变化特征及其原因  88-90
  5.3 流域人类活动情况调研分析  90-94
    5.3.1 淤地坝数量及其空间分布  90-92
    5.3.2 非水利水保工程  92-94
  5.4 人类活动对流域水沙过程的影响模拟  94-104
    5.4.1 清涧河流域初步模拟  94-96
    5.4.2 皇甫川流域精确模拟  96-101
    5.4.3 降雨空间分布对淤地坝建设的影响分析  101-104
  5.5 本章小结  104-105
第6章结论与展望  105-108
  6.1 主要成果  105-106
  6.2 主要创新点  106
  6.3 研究展望  106-108
参考文献  108-118
致谢  118-120
附录  120-122
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  122-123

流域水文信息空间分布与人类影响研究

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