红碱淖流域土地利用与土地覆被变化对地下水补给的影响

论文摘要

地表是连接地下过程和大气过程的重要界面,受到人类改造的强烈影响。在全球尺度上,地表正经历着有史以来最为剧烈与复杂的环境变化,人类活动正越来越深刻地介入到地球系统过程尤其是水文过程中。地表变化最为典型的是土地利用与土地覆被变化（Land use and land cover change,LUCC）,正确认识LUCC对于地下水文过程的影响,对区域地下水资源评价、土地资源合理开发利用及人类活动对水文循环的影响研究具有重要意义。红碱淖流域地处半干旱气候区,地下水资源在该地经济社会发展过程中具有重要的支撑作用。本文以红碱淖流域为例,采用原位监测与数值模拟相结合,点上精研与区域研究相结合,集中参数模型与分布参数模型相结合,野外调查与室内分析相结合的方法,研究LUCC对流域地下水补给的影响,取得以下研究成果:（1）采用变化幅度法分析了不同年代区内土地利用与土地覆被特征。2005至2017年,研究区变化最为剧烈的用地类型是不透水面,反映出近年来城镇建设的显著影响;此时段内耕地、草地面积大幅增长,湿地退化严重,水域面积持续减小;驱动力分析表明公共政策、经济发展、气温和降水是LUCC主要的驱动力。（2）基于原位监测资料和数值模型探讨了LUCC对地下水补给的影响。基于Hydrus-1D软件,建立了一维入渗补给模型,经过识别和验证,获取了剖面水力学参数;模型计算结果表明裸地→草地转化后地下水补给量将减小15%。（3）通过准稳态下的土壤、植物、大气之间的水与能量传输模型（WetSpass）—地下水流数值模拟模型耦合的方法实现了WetSpass均衡单元与地下水流数值模拟单元的统一,获取了区内水力学参数的空间分布。此耦合模型计算结果表明,2005年草地、裸地和耕地地下水补给量占地下水总补给量分别为61.61%、19.77%、14.21%,地下水平均补给强度为160.7mm,平均降水入渗补给系数为0.60;2018年草地、耕地地下水补给量占地下水总补给量分别为75.46%、20.27%,地下水平均补给强度为225.4mm,平均降水入渗补给系数为0.46。（4）利用WetSpass—地下水流数值模拟耦合模型,预测了三种用地情景下LUCC对地下水补给的影响。以2018年土地利用与土地覆盖状况为基准,利用WetSpass—地下水流数值模拟耦合模型,对裸地→草地（情景Ⅰ）、裸地→林地（情景Ⅱ）和不透水面线性增长（情景Ⅲ）三种用地情景下2028年地下水补给量进行预测。预测结果表明,研究区地表覆被度的提高将导致地下水位降低与地下水补给量减小。到2028年,三种用地情景下地下水补给量将比2018年分别减小1.30%、1.36%、10.30%,局部地区水位降深分别可达3m、1m和10m。这些后果对红碱淖流域生态环境均会产生显著影响。上述研究成果可为红碱淖等西北半干旱区内陆湖流域地下水资源评价、土地资源合理开发利用、生态工程及自然保护区建设提供示范价值和科学依据。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究目的与研究意义
•   1.2 国内外研究现状及存在问题
•     1.2.1 入渗补给的理论研究
•     1.2.2 LUCC对地下水资源影响研究
•     1.2.3 红碱淖流域LUCC与地下水研究进展
•   1.3 研究内容、研究方法与技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 研究方法与技术路线
• 第二章 研究区概况
•   2.1 地理位置
•   2.2 地形地貌
•   2.3 气象与水文
•   2.4 地质概况
•     2.4.1 岩性与构造
•     2.4.2 新构造运动
•   2.5 水文地质条件
•     2.5.1 含水层埋藏及富水性
•     2.5.2 地下水补给、径流与排泄特征
•     2.5.3 地下水动态特征
•   2.6 环境与生态
•     2.6.1 植被与土壤
•     2.6.2 环境地学问题
• 第三章 研究区土地利用与土地覆被变化
•   3.1 土地利用与土地覆被数据获取与处理
•     3.1.1 数据获取
•     3.1.2 数据处理
•   3.2 红碱淖流域土地利用与土地覆被时空变化分析
•     3.2.1 2005年土地利用与土地覆被状况
•     3.2.2 2017年土地利用与土地覆被状况
•     3.2.3 2005-2017年LUCC分析
•   3.3 红碱淖流域LUCC驱动力分析
•     3.3.1 LUCC驱动因素
•     3.3.2 驱动力分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 基于野外原位监测点的地下水补给变化研究
•   4.1 野外监测试验
•   4.2 基于HYDRUS-1D的地下水补给模型
•     4.2.1 模型建立
•     4.2.2 模型验证与参数获取
•     4.2.3 参数敏感性分析
•   4.3 原位监测点地下水补给对LUCC的响应
•     4.3.1 裸地水分循环
•     4.3.2 土地覆被变化后水分循环
•   4.4 本章小结
• 第五章 WETSPASS-MODFLOW耦合模型计算流域地下水补给对LUCC的响应
•   5.1 模型原理与结构
•     5.1.1 WetSpass模型原理
•     5.1.2 Modflow计算原理
•   5.2 模型的建立与验证
•     5.2.1 模型建立
•     5.2.2 模型参数
•     5.2.3 模型验证
•   5.3 历史时期红碱淖流域地下水补给对LUCC的响应
•   5.4 红碱淖流域LUCC对地下水补给与地下水系统的影响预测
•     5.4.1 用地情景模拟
•     5.4.2 地下水补给与水流变化
•     5.4.3 LUCC对红碱淖流域生态功能的影响
•     5.4.4 历史时期与情景模拟下LUCC对红碱淖流域地下水补给影响的异同
•   5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王锴

导师: 杨泽元

关键词: 耦合模型,一维入渗补给模型,地下水补给,土地利用与土地覆被变化,红碱淖流域

来源: 长安大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 长安大学

基金: 国家自然科学基金(41272247,41672250),中央高校基本科研业务费(300102298204)

分类号: P641

总页数: 95

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