【摘要】：湖泊是陸地水圈的重要組成部分。湖泊不僅具有供水、通航、防洪和維持區(qū)域乃至全球生態(tài)穩(wěn)定性和多樣性的功能,而且也是人類(lèi)重要的聚居和活動(dòng)場(chǎng)所,在全球經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展中扮演重要角色。自人類(lèi)世以來(lái),湖泊作為地球表層極其脆弱的地貌體系,在氣候變化和高強(qiáng)度人類(lèi)活動(dòng)的影響下,世界大部分湖泊出現(xiàn)衰亡狀態(tài)。因此,湖泊的地貌演化特別是與湖泊演化直接相關(guān)的湖泊水沙變化過(guò)程受到世界各國(guó)政府及社會(huì)的關(guān)注。洞庭湖作為長(zhǎng)江中游僅存的兩個(gè)通江湖泊之一,是目前中國(guó)僅次于鄱陽(yáng)湖的第二大淡水湖泊。它既受到來(lái)自湖泊流域主要河流的補(bǔ)給、也經(jīng)受長(zhǎng)江水沙匯入,是長(zhǎng)江中下游最重要的水沙緩沖器。鑒于其特殊的地理位置、巨大的調(diào)蓄容量和復(fù)雜的江湖關(guān)系,洞庭湖不僅維持其流域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定,同時(shí)還是長(zhǎng)江中下游流域防洪體系中不可替代的一環(huán)。故,分析洞庭湖入、出湖水沙通量變化并判別其影響因素,對(duì)理解洞庭湖演變規(guī)律、科學(xué)認(rèn)識(shí)江湖關(guān)系及對(duì)長(zhǎng)江中下游沉積地貌演化都具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文基于洞庭湖水系1951～2014年10余個(gè)代表性水文控制站的實(shí)測(cè)水文資料,利用Mann-Kendall趨勢(shì)/突變檢驗(yàn)法、K-means聚類(lèi)法、小波分析、年內(nèi)變差系數(shù)等方法分析了洞庭湖入、出湖水沙年際和年內(nèi)變化特征。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合流域降水、地貌變化及水利工程等對(duì)洞庭湖水沙變化過(guò)程的影響因素及其機(jī)制進(jìn)行了研究。主要結(jié)論包括:洞庭湖1951～2014年的入、出湖徑流和懸浮泥沙的變化過(guò)程可劃分為1951～1970s、1970s～2000s和2000s～2014年三個(gè)階段。這三個(gè)階段的入、出湖年際水沙通量呈階梯形下降趨勢(shì),其中以洞庭湖入湖輸沙量的下降程度最為顯著。洞庭湖入、出湖徑流量與輸沙量呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性特征,其中徑流量洪季占比超過(guò)70%,入湖輸沙量洪季占比超過(guò)90%,出湖輸沙量洪季占比超過(guò)50%。徑流量與輸沙量的年內(nèi)季節(jié)性分配跟隨這三個(gè)階段呈現(xiàn)“洪季少洪,枯季更枯”的趨勢(shì)。洞庭湖與長(zhǎng)江的江湖水沙交換關(guān)系在研究尺度范圍內(nèi)產(chǎn)生鮮明轉(zhuǎn)變。其中衡量江湖水體交換的指數(shù)I在1951～1970s小于1,洞庭湖對(duì)長(zhǎng)江干流的調(diào)蓄作用占主導(dǎo)地位;1970s～2000s年I圍繞1上下波動(dòng),該階段的江湖水體交換作用相對(duì)穩(wěn)定;2000s～2014年I大于1,以洞庭湖向長(zhǎng)江補(bǔ)給為主。整體而言,洞庭湖洪季以調(diào)蓄長(zhǎng)江洪水為主,I小于1;洞庭湖枯季以補(bǔ)給長(zhǎng)江為主,I大于1。洞庭湖的泥沙收支也呈現(xiàn)出階段性變化趨勢(shì)。與1951～1970s年相比,洞庭湖洪季泥沙收支分別減少49.84%和96.26%,枯季泥沙收支分別減少45.06%和48.42%。洞庭湖由1951～1970s的年平均淤積泥沙16751×10~4 t轉(zhuǎn)為2000s～2014年的年平均侵蝕40.03×10~4 t。湖泊收支模式的改變表明,洞庭湖由前兩階段的淤積模式轉(zhuǎn)變?yōu)?000s～2014年的沖刷模式,形成由匯到源的轉(zhuǎn)變。洞庭湖入、出湖水沙變化及湖盆的沖淤變化主要受湖泊流域和長(zhǎng)江干流的影響。其中,來(lái)自湖泊流域的影響因子主要體現(xiàn)在流域地貌發(fā)育、降水等自然因素,以及水庫(kù)建設(shè)和土地利用變化等人類(lèi)活動(dòng);長(zhǎng)江干流對(duì)洞庭湖入、出湖水沙的影響主要體現(xiàn)在荊江裁彎工程、葛洲壩水庫(kù)和三峽工程三大水利工程建設(shè)。洞庭湖流域的面積高程積分值(HI指數(shù))為0.05～0.21,流域地貌發(fā)育處于老年階段,產(chǎn)沙能力弱,本質(zhì)上決定了洞庭湖流域入湖泥沙將持續(xù)減少。流域降水是四水入湖徑流量出現(xiàn)年際變化和出湖輸沙量出現(xiàn)年內(nèi)分配不均的主要因素。1951～1970s,洞庭湖流域年均流失土壤2×10~8 t,該階段嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象是洞庭湖大量泥沙入湖的主要原因。1970s～2000s,洞庭湖的入湖水沙通量與1951～1970s相比分別減少了19.60%和47.75%,出湖水沙通量分別減少了19.42%和49.31%,這種變化的根本原因是1967～1972年下荊江裁彎工程的實(shí)施。同時(shí),該階段洞庭湖流域大量水庫(kù)的快速建設(shè)和水土流失現(xiàn)象的緩解,加大了洞庭湖入湖水沙的下降幅度。2000s～2014年,洞庭湖入湖輸沙量大幅下降和江湖水沙關(guān)系的轉(zhuǎn)變與三峽工程的運(yùn)行息息相關(guān)。三峽工程運(yùn)行后,庫(kù)區(qū)內(nèi)年均淤積泥沙139×10~6 t,高泥沙淤積率與低排沙比是造成2000s～2014年洞庭湖多年平均入湖輸沙量大幅下降以及洞庭湖沖淤模式轉(zhuǎn)變的根本所在;同時(shí),三峽工程運(yùn)行引發(fā)水庫(kù)下游清水下泄,荊江河段河床沖刷嚴(yán)重,江湖比降增大,洞庭湖出湖水沙通量在2007年之后有所增加。此外,洞庭湖湖盆砂石在2006年被大規(guī)模采挖,在高峰年份旺季的采砂量高達(dá)9.3×10~8 t,大規(guī)模的采砂活動(dòng)加快了洞庭湖湖盆由淤積到?jīng)_刷的轉(zhuǎn)變模式。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：P333
【圖文】：

主要技術(shù)路線框架圖

華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，利用 ArcGIS 軟件對(duì)空間分辨率為 90 m 的洞庭湖流域高程本研究主要利用軟件中 Spatial analyst 工具中的水文模塊對(duì) 、流量統(tǒng)計(jì)、河網(wǎng)生成等分析，并最終提取主要入湖河流及 HI指數(shù)的計(jì)算 (圖 2-2)。主要公式為 (李高聰?shù)? 2016)： = ( )/( ) 域內(nèi)高程平均值，hmin為流域內(nèi)高程最小值，hmax為流域內(nèi)

圖 3-1 洞庭湖入、出湖年均徑流量變化Figure 3-1 Variations of annual water discharge at the inflow and outfolw in Dongting Lake通過(guò)小波分析法對(duì)洞庭湖的徑流周期性特征進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，洞庭湖入湖徑流量主要存在 23 年、37 年和 42 年的周期變化，其中第一主周期為 23 年，其次為 37 年 (圖 3-2A)。在 23 年時(shí)間尺度內(nèi)，洞庭湖入湖徑流經(jīng)歷了四次完整的豐枯交替過(guò)程，在 37 年時(shí)間尺度上經(jīng)歷了兩次完整的豐枯交替過(guò)程，周期表現(xiàn)具有全局性，但周期穩(wěn)定性表現(xiàn)為由強(qiáng)轉(zhuǎn)弱的趨勢(shì)。徑流豐枯表現(xiàn)受主周期的共同控制，當(dāng)主周期的小波系數(shù)小于 0 時(shí)，表現(xiàn)為枯水階段，小波系數(shù)大于 0 則表現(xiàn)為豐水階段�；诖�，20世紀(jì) 50年代初，洞庭湖入湖徑流序列的小波系數(shù)為正，表現(xiàn)為豐水階段，與之相應(yīng)的是洞庭湖入湖年均徑流量在該階段處于較高水平。洞庭湖出湖徑流量也存在豐枯交替的周期性特征，且其周期表現(xiàn)與入湖徑流量具有同步性，分別在 24 年、37 年和 42 年等時(shí)間尺度上存在周期振蕩

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鄭帥;趙曉東;;基于距離函數(shù)的改進(jìn)k-means算法[J];電腦知識(shí)與技術(shù);2015年34期

2 李高聰;高抒;戴晨;;海南島主要入海河流流域地貌演化[J];第四紀(jì)研究;2016年01期

3 郭彥;侯素珍;王平;景林艷;;基于小波分析的黃河上游水沙多時(shí)間尺度特征[J];干旱區(qū)研究;2015年06期

4 常直楊;王建;白世彪;張志剛;;面積高程積分值計(jì)算方法的比較[J];干旱區(qū)資源與環(huán)境;2015年03期

5 孫占東;黃群;姜加虎;賴(lài)錫軍;;洞庭湖近年干旱與三峽蓄水影響分析[J];長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境;2015年02期

6 張?zhí)扃?王振;張曉明;胡勝;呂紅華;鄭祥民;;北天山烏魯木齊河流域面積-高程積分及其地貌意義[J];第四紀(jì)研究;2015年01期

7 劉曉瓊;劉彥隨;李同f;孟歡歡;于正松;芮e

本文編號(hào)：2803178