黄河中游大理河流域洪水模拟及其变化机理研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 吕锦心 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 刘昌明 ; 梁康 |
| 关键词 | 洪水 HIMS 模型 淤地坝 梯田 土地利用/覆被 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 变化环境下的极端水文响应研究是当前水文科学的热点研究方向，也是积极 解决现今洪涝灾害与应对未来洪灾风险的现实需求。黄河中游地区沟壑纵横、地 形复杂多变，降水集中且多以暴雨形式为主，是我国洪水灾害发生较为频繁的地 区之一。在全球变暖、人类活动频繁的背景下，黄河中游洪水变化机理更加复杂， 防洪形势依然严峻。例如，黄河中游大理河流域于 2017 年 7 月 25-26 日遭遇局 部特大暴雨，发生了自 1960 年以来的历史最大洪水，导致绥德县 10.47 万人受 灾，死亡 4 人。因此，复杂变化环境下的暴雨洪水变化过程及其机理研究是黄河 流域实际防洪减灾工作中迫切需要解决的难题。然而当前黄河中游洪水的相关研 究主要存在两点不足：（1）对洪水变化的过程解析和归因分析不够深入，以统计 分析为主，而在机理性和定量化方面较为薄弱；（2）研究主要集中在分离气候变 化和总的人类活动影响或分析某个单因子人类活动影响方面，而在进一步定量解 析各项强人类活动因子的影响方面仍显不足。 基于此，本文选择大理河流域作为典型研究区，通过统计分析法、水文模型 法，厘清大理河流域洪水及下垫面变化特征，定量分离气象因子以及多个强人类 活动因子（土地利用、梯田、淤地坝）对大理河流域洪水的产汇流过程变化的影 响贡献，以期为复杂变化环境下黄河中游流域防洪减灾、水土保持治黄实践和水 利工程设计等实际问题提供科学参考。主要研究内容及结果如下： （1）分析了近 60 年来大理河流域年降雨、径流、最大一日降雨量、最大洪 峰流量以及场次暴雨、洪水变化特征及演变阶段。1960-2019 年，大理河流域年 平均降水量未呈现明显的变化趋势，而流域出口年径流量呈显著下降趋势，在1971 和 1996 年附近发生突变变化。流域年平均最大一日降水量呈微弱上升趋势， 而最大洪峰流量呈现显著减少的趋势，并在 1971 年附近存在一个突变点。场次 暴雨洪水演变主要可划分为三个时期，分别为 1960-1971 年（基准期）、1972-1989年（变化期Ⅰ）、2008-2018 年（变化期Ⅱ），3 个时期的平均次洪量、径流系数依 次减少，平均次雨量和洪水时长依次增加。 （2）分析了大理河流域下垫面特征的时空演变。耕地和草地是大理河流域 最主要的土地利用类型，在 2000 年后流域开始出现较大的土地利用类型转移现象，尤其在 2010 年后转移剧烈，以耕地转为林、草地，草地转为林地为主要特 征，此外，1998-2019 年，流域植被覆盖呈显著增加趋势。自 1979 以来，流域内 梯田面积不断增加，在 2018 年流域平均梯田比达到 0.39，流域梯田比主要呈由 西南到东北增加的趋势，空间差异较大。1954-2011 年，大理河流域共建造骨干 坝 279 座，主要位于流域中下游，骨干坝建造主要经历 3 个时期，分别为 1954- 1969 年、1970-1979 年、1980-2011 年，其中 1970-1979 年为建设高峰期。 （3）构建了考虑多个典型强人类活动因子的大理河流域 HIMS 暴雨洪水模 型。在原有 HIMS 模型的结构之上，在下渗模块增加了土地利用因子，在地表产 流模块增加了参考水箱模型的梯田模块，在模型汇流模块中增加了淤地坝因子， 实现了在 HIMS 模型中定量刻画这些典型强人类活动因子对流域产汇流过程的 影响。利用基准期（1960-1971 年）的代表性洪水集合率定了一套适用性较强的 参数，率定期和验证期的平均纳什效率系数都在 0.67 及以上，平均次洪量误差 都在 16.1%以内，平均洪峰误差都在 9.7%以内，平均峰现时间差在 2 小时以内。 （4）利用改进版 HIMS 暴雨洪水模型，定量评估并分离了大理河流域不同 时期的气象因子、多项强人类活动因子对洪水特征变化的影响。相对于基准期 （1960-1971 年）而言，在两个变化期（1972-1989 年、2008-2018 年），总人类活 动因子对洪水变化的贡献率略大于气象因子，并且人类活动因子的贡献率在逐期 增大。气象因子的作用以增加场次洪水的次洪量、洪峰流量为主，而人类活动以 减小次洪量与洪峰流量为主，其中土地利用、梯田因子对次洪量与洪峰流量起有 削减作用，淤地坝因子对增加洪水汇流时间、减少洪峰流量以及延后峰现时间等 具有重要作用。此外，不同时期的主导性强人类活动因子有所不同。在 1972-1989 年，淤地坝、梯田是最主要的人类活动因子，淤地坝平均削减洪峰流量约为 37.6%， 梯田平均削减次洪量、洪峰流量约为 50.6%、21.2%；在 2008-2018 年，土地利用 是最主要的人类活动因子，平均削减次洪量、洪峰流量约为 32.9%、31.3%，梯 田次之，平均削减次洪量、洪峰流量约为 21.4%、14.2%，淤地坝最小，平均削减 洪峰流量约 12.2%。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 73 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/184489]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吕锦心. 黄河中游大理河流域洪水模拟及其变化机理研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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