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《清华大学》 2011年
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人类活动影响下海河流域典型区水循环变化分析

马欢  
【摘要】:海河流域人口密集,水资源供需关系紧张。近年来,在人工取水、下垫面变化和农业灌溉等人类活动影响下,流域水循环发生了显著变化。人类活动对海河流域山区和平原灌区水循环的影响方式和机制有所不同,论文分别选取流域内的典型山区与平原灌区,探讨了人类活动影响下山区径流、平原区地下水位及水质的变化特征。 论文以密云水库上游流域为研究对象,分析人类活动影响下海河流域典型山区的水循环变化特征。分析表明在1956~2005年期间,流域年径流明显减少,降雨和平均气温分别呈显著下降和升高趋势,人工取水量明显增加,人类活动和气候变化是引起径流减少的主要原因。论文将研究期划分为1956~1983和1984~2005年两个时段,以两时段内年平均径流的变化来评价流域径流的减少量,并采用数据分析与水文模型相结合的综合分析方法,定量评价了人工取用水、气候变化以及下垫面变化对径流减少的贡献。结果表明,人类活动对径流减少的贡献略小于气候变化的贡献。 论文以位山引黄灌区为研究对象,探讨人类活动影响下海河流域典型平原灌区的水循环变化特征。对1974~2007年位山灌区地下水位变化的分析表明,灌区地下水位总体保持在较高水平,但一干渠末端附近的地下水位出现较明显的下降。灌区地下水位在空间分布上沿干渠上游至下游逐渐下降,灌区内地下水位高于灌区外,表明引黄灌溉是维持位山灌区现状地下水位的主要原因。在位山灌区典型田间的水循环综合观测数据基础上,结合田间水循环模型,分析了农田水分运移规律及水量平衡特征。在黄河水资源供需矛盾日益突出的背景下,位山灌区未来引黄水量可能有所减少,论文以1984~2007年的气象和引黄流量数据为基础,采用田间水循环模型分析了不同灌溉水平下,灌区地下水位及蒸散发的变化特征。 对于位山灌区,人类活动对水环境也有明显影响。灌溉导致地下水位抬升,带来土壤盐渍化风险;灌溉和施肥影响农田的氮素平衡,硝态氮淋溶可能造成地下水污染。论文在2010年5~11月期间,对灌区典型农田的土壤水与地下水进行了分层连续采样,检测了样本的盐分与氮素含量,检测数据显示:土壤水与地下水中,盐分浓度在120cm附近出现峰值,硝态氮浓度总体随埋深的增加而降低;铵态氮含量很低,表明土壤的硝化能力很强。论文采用田间盐分运移模型,探讨了灌排不平衡时的盐渍化风险;建立了对饱和-非饱和带耦合模拟的农田氮素迁移转化模型,探讨了农田氮素平衡特征,并对根层硝态氮的淋溶损失进行了评估。
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