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黄土高原地区分布式水文模型的研究与应用

刘卓颖  
【摘要】: 黄土高原地区正在大力开展的水土保持建设在取得巨大效益的同时,存在着各种措施拦水拦沙效益计算结果不一致等问题,对正确认识水土保持建设的地位和作用产生了较大的影响。近年来,充分考虑水文变量空间变异性的分布式水文模型成为研究水土保持措施对流域水文响应影响的有效工具。但现有的分布式水文模型由于尺度、计算方法等方面的原因,很难对淤地坝等水土保持措施引起的水沙变化做出较好的模拟,需要建立新的模型。 本文的研究工作建立了与黄土高原地区干旱半干旱气候及水土保持特点相适应的分布式水文模型。模型以小尺度网格为计算单元,在垂向上将土壤离散化,采用数值计算方法求解Richards方程模拟土壤水分运动,同时实现了网格尺度上的水沙耦合计算。根据淤地坝的运行原理和运行方式,将淤地坝引入到模型中,实现对其拦水拦沙效益的模拟。模型在黄土高原岔巴沟小流域进行了连续8年的率定和验证计算,对径流和产沙量的模拟结果均较好,确定性系数达到0.70以上。对淤地坝建设影响下的河道水流泥沙运动模拟也取得了较高的精度。 模型以0.5h为计算时间步长,将土壤表层离散为数层,模拟计算了1960~1967年岔巴沟流域相对天然状态下干支流各水文测站的径流和输沙过程,计算结果和实测结果吻合较好,洪峰出现时间的误差在1h以内;模型根据小型淤地坝和中型淤地坝及骨干坝不同的运行方式,模拟计算了1979~1981年流域的径流和输沙过程,结果表明模型对淤地坝安全运行状态下的水沙模拟具有较高的精度;对淤地坝的建设情况做了不同的情景分析,模拟了淤地坝不同库容情况下的径流和输沙过程,用以计算分析淤地坝的拦水拦沙效益。 论文开发建立的分布式水文模型的各项研究及应用结果表明:模型可用于黄土高原地区天然小流域和治理小流域的水资源利用与管理、土地利用规划及管理、洪水预报等;模型对流域内产水产沙量的空间分析,可用于研究水土保持措施的拦水拦沙效益计算,为小流域坝系规划提供更好的科学依据。


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