变化环境下河流水沙通量模拟与河口潮滩响应研究

论文摘要

水资源是连接自然环境与人类社会的关键纽带,在气候变化和人类活动构成的变化环境背景下,水文非一致性（non-stationarity）问题突显,采用历史资料和传统水文模型率定的参数也已失去代表性,如何模拟变化的水文系统是现代水文学亟待解决的重要问题。近二十年来广西境内以人工桉树林为主导的森林转型正从根本上改变着土地利用的时空分布特征,强干扰的人工桉树种植活动直接影响了河流水沙通量,对脆弱且复杂的河口生态系统产生深刻影响。基于气候变化和区域森林转型的变化环境,本文以广西南部典型的桉树种植区——茅尾海沿海流域为研究对象,通过分析研究区上游的陆屋站水文监测数据,利用遥感手段监测研究区的扰动时空格局并建立SWAT分布式水文模型探讨变化环境下水文模型的适用性,推算入海水沙通量,结合潮位和海量遥感数据监测河口潮滩变化,主要有以下4点研究结果。（1）通过分析陆屋站1957—2016年的水文观测资料可知,降雨和径流序列检验结果分别为上升不显著和下降不显著,降雨和径流1957—2005的水文丰枯周期变化基本一致,径流的震荡变化幅度大于降雨,2010—2016径流的上升趋势放缓,降雨呈持续上升趋势,故从2010年起降雨和径流趋势变化不同步。非汛期降雨增长速率为24.03mm/10a,汛期以7.7mm/10a的速度缓慢增加;非汛期径流量以8.70×106m3/10a的速率增加,汛期31.61×106m3/10a的速率减小,降雨和径流的变化不同步主要集中于汛期。输沙率和含沙量均呈显著下降趋势,分别于2001和2004年出现突变点。基于复小波分析可知,年降水的第一主周期是23a,震荡周期呈上升趋势,随着时间的推移降水一个周期的时间在变长;年平均输沙率的第一主周期是22a,在2000年以前周期性显著,1987年后周期性减弱,2000年以后减弱更显著。（2）通过分析陆屋水文控制流域内1987年和2015年的土地利用变化可知,流域内增加了207.68km2的人工桉树种植面积,占流域总面积的14.82%。2015年林地（含桉树）面积同比增长了5.57%,陆屋水文站控制范围内总林地面积增加并不显著。陆屋水文站控制范围内植被的上升趋势的贡献量主要来自流域内人工桉树的大面积种植,增强型植被指数（Enhanced Vegetation Index,EVI）和叶面积指数（Leaf Area Index,LAI）呈上升趋势。通过LandTrendr（Landsat-based detection of Trends in Disturbance and Recovery）算法获取流域内逐年扰动面积,陆屋水文站控制范围整体扰动面积呈明显下降趋势,由于广西2000年大面积引种桉树,2000—2004年陆屋水文站控制范围森林扰动占比上升至70%,其余年份森林扰动占比在35%50%波动。（3）依据小波分析结果评价径流量和输沙量的模拟精度,丰水周期模拟效果整体优于枯水周期。1981—1988的径流量模拟NS可达0.90,验证期2013—2016时段的径流量模拟纳西效率系数（Nash–Sutcliffe Efficiency,NS）较低,重新率定土壤水和地下水等相关的参数后,NS从0.67提高至0.78。1981—1988年的输沙量模拟NS可达0.80,但2001年输沙率突变下降后的时段NS降至负值。SWAT参数不再适用于突变年份后一时段的流域状态,变化环境下SWAT参数时变性表现显著,当流域系统发生明显变化后应考虑重新率定模型参数。将SWAT进行空间拓展推测无观测数据的茅尾海沿海流域入海水沙通量,结果显示入海水沙通量呈下降趋势。（4）基于Google Earth Enginee提取茅尾海河口潮滩面积,并使用环境星（环境与灾害监测预报小卫星,HJ-1）进行数据插补,结果显示2013—2018年潮滩面积数据波动形态发生明显改变,茅岭江河口淤泥滩的冲刷受到河流来沙减少影响,钦江河口淤泥滩的冲刷形态主要来源于人为清淤工程。上游陆屋站的水文监测数据显示,径流呈弱下降趋势,2001年输沙率出现显著下降突变点,说明河口潮滩响应具有滞后性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究进展
•   1.3 研究方案与技术路线
•   1.4 数据来源
• 第二章 研究区概况
•   2.1 陆域
•     2.1.1 地理位置
•     2.1.2 地质地貌
•     2.1.3 气候条件
•     2.1.4 土壤类型
•     2.1.5 社会经济与水利工程
•   2.2 海域
•     2.2.1 地理位置
•     2.2.2 海湾沉积环境
•     2.2.3 生态保护与经济产业
•     2.2.4 港口建设及清淤工程
• 第三章 陆屋水文观测资料非一致性分析
•   3.1 水文观测资料趋势变化
•     3.1.1 趋势变化方法
•     3.1.2 趋势变化结果分析
•   3.2 水文观测资料季节变化
•   3.3 水文观测资料周期分析
• 第四章 陆屋水文站控制范围下垫面变化分析
•   4.1 土地利用变化
•   4.2 植被变化
•     4.2.1 植被变化趋势
•     4.2.2 植被空间变化趋势与类型
•     4.2.3 植被变化结果分析
•   4.3 扰动识别
•     4.3.1 预处理及数据堆栈（LTSS）建立
•     4.3.2 LandsatLinkr输入与输出
•     4.3.3 基于LandTrendr的扰动分析
• 第五章 基于SWAT模型的水沙耦合分析
•   5.1 SWAT模型建立
•     5.1.1 产流计算
•     5.1.2 产沙计算
•     5.1.3 植被生长过程
•     5.1.4 评价指标
•   5.2 SWAT模型参数时间拓展
•     5.2.1 径流初率定敏感性分析
•     5.2.2 径流初率定结果
•     5.2.3 crop参数重率定
•     5.2.4 径流参数重率定
•     5.2.5 泥沙参数率定
•   5.3 SWAT参数空间拓展
• 第六章 河口地貌演变遥感监测
•   6.1 影像数据预处理
•     6.1.1 Google Earth Engine
•     6.1.2 环境星
•   6.2 潮滩面积提取
•     6.2.1 茅尾海研究范围界定
•     6.2.2 方法的对比与验证
•   6.3 河口潮滩面积时空变化
• 第七章 总结与展望
•   7.1 总结
•   7.2 创新点
•   7.3 不足与展望
• 参考文献
• 读硕期间发表的论文目录
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄萍

导师: 卢远

关键词: 变化环境,水沙通量,河口潮滩响应

来源: 南宁师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,地球物理学,水利水电工程,水利水电工程

单位: 南宁师范大学

分类号: P333;TV148

总页数: 77

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