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考虑水土治理影响的黄土高原分布式降水径流模型研究

张升堂  
【摘要】:黄土高原丘陵沟壑区是一个干旱缺水且水土流失严重的地区,生态环境极为脆弱,人类活动会引起本地区水分转化与循环的强烈响应,研究本地区各种人类活动的水文效应已成为改善本地区生态环境的前提,尤其是对近年来大规模进行的各类水土治理活动所引发的降水径流过程的变化研究更是指导流域科学治理,缓解地区水资源危机,防治洪涝、水土流失灾害,实现地区水资源可持续发展的理论依据。  由于水土治理活动所引起的流域面地理因子或水文要素的变化具有高度空间变异性,而分布式水文模型可以对研究域进行离散,对各要素的空间变异性进行定量分析,所以本论文用建立分布式水文模型的方法为水土治理影响下的流域水文过程研究提供了一种工具。  本文所建模型对流域进行二级离散,即按自然水系将流域离散为若干个子流域,然后将每一子流域栅格化,在栅格单元范围内如坡长、糙率、植被类型、覆盖度等因子无剧烈变化认为其是均一不变的,利用集总式水文模型方式模拟栅格内大气降水的植被层截留、地表入渗等水分转化与循环过程。然后,在栅格单元之间和子流域之间模拟径流汇流过程。随水土治理活动的开展与时间持续,模型可以根据下垫面变化状况通过更新栅格单元内坡度、坡长、糙率、植被类型、覆盖度等因素,考虑水土治理对流域水分转化和循环的影响作用。  论文在总结以往分布式水文模型模拟降水分布所用的空间插值方法的基础上,认为空间插值法不能模拟降水中心及降水中心降水量,而且空间插值法在模拟降水分布时会形成人为间断,不符合降水连续分布的物理现实。因此,本文建立了一种能模拟降水分布中心和中心降水量的降水分布数学模型。模型符合降水量在流域面上连续分布的特点,勿需进行繁琐的距离计算,与其它已有降水分布模型相比更简单,更易于实际操作与应用。  在栅格单元范围内的植被截留和入渗模拟中,论文采用的模型参数均具有明确的物理意义,使模型参数易于确定。模型研究域经二级离散后,具有较高分辨率,因而对降水的植被截留和入渗模拟具有较高精度。模拟过程中如果植被类型、覆盖度、坡度等对植被截留和入渗有显著影响的因子在栅格单元内具有明显空间变异时,本论文首次提出对这种情况明确的处理方法。  栅格范围内净雨形成后在向下游栅格单元汇集过程中,径流将在栅格单元之间分配,以往分布式水文模型对栅格单元之间的径流分配采用单流向或多流向等多种方法进


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