【摘要】：清江上游流域出露地層主要是三疊系大冶-嘉陵江組(T1j～T1d)、二疊系長(zhǎng)興組(P2c)、二疊系棲霞-茅口組(P1q-P1m)以及寒武-奧陶系((?)～O)。巖性以碳酸巖為主,地表巖溶洼地、漏斗、坡立谷、槽谷廣布,地下落水洞、溶洞、暗河極為發(fā)育。此外,本區(qū)降水充沛,且多暴雨,每年4-10月常有暴雨出現(xiàn),河水因而暴漲暴落,山溪性河流的特征非常明顯。因此對(duì)這樣一個(gè)典型的巖溶流域的水文過程特征、機(jī)理和影響因素進(jìn)行深入研究有著重要的科學(xué)意義。恩施市地處恩施盆地腹地,清江蜿蜒迂回穿城而過。然城區(qū)段河道平緩,防護(hù)設(shè)施薄弱,加之恩施上游無控制性蓄水工程,使得恩施城區(qū)防洪形勢(shì)嚴(yán)峻,防洪體系建設(shè)亟待提高。本次研究能夠?yàn)榱饔蛩Y源合理開發(fā)利用和城市防洪體系規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。本文以恩施斷面控制的清江流域?yàn)檠芯繉?duì)象,深入研究了清江恩施斷面以上巖溶流域徑流特征、變化規(guī)律及其影響因素,在此基礎(chǔ)上選擇合理的水文模型和預(yù)測(cè)方法進(jìn)行流域水文過程的科學(xué)預(yù)報(bào)。流域邊界是徑流特征分析和預(yù)測(cè)的基礎(chǔ),目前對(duì)巖溶流域邊界條件的研究較薄弱。巖溶流域一般地表巖溶洼地、漏斗、落水洞極為發(fā)育,巖溶流域邊界位置的確定往往比較困難,本文采用了地下水示蹤試驗(yàn)的方法對(duì)清江流域邊界進(jìn)行了深入研究,分別在流域西部、南部和北部開展了四次地下水示蹤試驗(yàn),得到確定了清江流域西部邊界是以德勝場(chǎng)巖溶槽谷東側(cè)齊岳山背斜核部為界；南部邊界是在花坪以南的地形分水嶺處；北部邊界是在蛤蟆口伏流以北的地形分水嶺處；東部白果壩巖溶地下暗河系統(tǒng)沒有受白果壩背斜控制沿構(gòu)造線向北東方向運(yùn)動(dòng)排泄于清江上游大龍?zhí)端畮?kù)庫(kù)區(qū),而是受恩施城南龍鱗宮地下暗河系統(tǒng)的襲奪匯入清江恩施斷面下游,不屬于清江恩施斷面的控制流域范圍。由此確定的恩施斷面以上的流域面積為2928km2。本次研究根據(jù)清江上游的恩施水站1960-2012年及利川水文站1978-2012年的水文資料逐日的水文資料,采用趨勢(shì)分析等水文統(tǒng)計(jì)分析法,分析研究清江上游的徑流變化特征及規(guī)律。得到如下結(jié)論：(1)近50年來,清江上游的年平均流量總體上呈下降趨勢(shì),在0.05的顯著性水平上下降趨勢(shì)顯著。但在不同的時(shí)期,變化趨勢(shì)并不完全相同,具有階段性變化的特點(diǎn)。1960-1984年清江上游流域的年平均流量變化比較平穩(wěn),在88.2m3/s上下波動(dòng)。1985-2012年恩施斷面的年平均流量呈下降趨勢(shì),平均流量從1985年的83.7 m3/s下降到了2012年的65.2 m3/s。(2)近50年來,清江上游枯水期的平均流量呈上升趨勢(shì),主要是12月、1月、2月徑流增加所致。平水期的平均流量總體上有下降趨勢(shì),主要是3月、9月、10月的平均流量減少所致。豐水期的平均流徑流總體上有下降趨勢(shì),主要是5月、6月、7月平均流量減小所致。(3)近50年來,清江上游流域的徑流系數(shù)、徑流模數(shù)及洪峰流量在0.05的顯著水平上顯著下降。徑流系數(shù)從1960年0.64減少到2012年0.55；年徑流模數(shù)從1960年0.0288m3/(km2·s)減少到2012年的0.0223 m3/(km2·s)；洪峰流量從1960年的2030m3/s減少到2012年的861m3/s。(4)近50年來,清江上游巖溶流域的基流變化大致可以分為三個(gè)階段。1960-1976年清江上游的基流呈下降趨勢(shì),從1960年的31.9 m3/s增加到1976年的23.6m3/s；1977-2000年基流呈增加趨勢(shì),基流流量從1976年的23.6m3/s增加2000年的35.7m3/s：2001-2012年基流的年平均流量呈下降趨勢(shì)。(5)近50年來,清江上游巖溶流域的基流指數(shù)變化大致可分為兩個(gè)階段。1960-1976年,基流指數(shù)呈下降趨勢(shì),基流指數(shù)從1960年0.38降低到1976年的0.33,平均值為0.32；1977-2012年基流指數(shù)呈上升趨勢(shì),基流指數(shù)從1976年的0.33增加到2012年的0.44。本次研究根據(jù)清江上游11個(gè)雨量站1960-2012年的逐日雨量資料及部分時(shí)段雨量資料,分析了不同時(shí)間尺度下的降水對(duì)徑流的影響。分析水利水電工程建設(shè)前后恩施斷面的水文過程,揭示水利水電工程對(duì)徑流的影響。采用遙感方法對(duì)清江上游土地利用,特別是對(duì)植被的變化進(jìn)行了分析研究,揭示了森林覆蓋率對(duì)徑流的影響。(1)降雨是清江上游徑流變化的主要因素,年降雨量的大小決定了徑流量的多少。恩施斷面豐水期、平水期、枯水期降雨與徑流的相關(guān)系數(shù)分別為0.8414、0.7034、0.5422,表明枯平豐期降雨對(duì)徑流的影響程度為：豐水期平水期枯水期。主要原因是豐水期和平水期的降雨量相對(duì)較多,形成的徑流量大。相比之下,水利水電工程及其他人類活動(dòng)對(duì)徑流的影響程度要弱得多。而在枯水期,特別是12月和1月份降雨量極少,徑流主要依靠地下水來補(bǔ)給。此外,枯期大量徑流儲(chǔ)蓄上游水庫(kù),此時(shí)監(jiān)測(cè)面的流量大小主要取決于上游水庫(kù)的排水量。(2)對(duì)50mm/d、100mm/d、160mm/d的暴雨的流量研究發(fā)現(xiàn),各類型降雨下的流量過程線形狀類似,都呈現(xiàn)陡增緩降的形態(tài)。但隨著降雨量不同,流量過程線有著明顯的差異。160mm/d的降雨的流量過程線,增加快,下降也快,呈尖瘦形；50mm/d及l(fā)OOmm/d降雨的流量過程線增加和下降的速度明顯低于160mm/d降雨的流量過程線,屬于矮胖形。(3)160mm/d降雨的流量過程線從起漲點(diǎn)到最大洪峰量經(jīng)歷了約7h；50mm/d與100mm/d降雨的流量過程線起漲點(diǎn)到最大洪峰量為11-12h。同時(shí)流量過程線的起-漲-落的過程中大約都是80h。流量過程線這兩個(gè)特征時(shí)間,共同決定了流量過程線的總體形態(tài)。(4)對(duì)車壩河水庫(kù)建成前后的降雨與徑流進(jìn)行相關(guān)分析,發(fā)現(xiàn)水庫(kù)修建后年平均流量減少了13m3/s。說明水利水電工程的建設(shè)會(huì)減少流域內(nèi)的徑流量,主要是由水庫(kù)的修建引起的蒸發(fā)量增加以及水庫(kù)徑流調(diào)節(jié)所致。(5)對(duì)車壩河水庫(kù)與大龍?zhí)端畮?kù)建成前后,分別選取了降雨量在80mm/d兩次類似的降雨的流量過程線進(jìn)行研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)相同的降雨情況下,在水庫(kù)修建后洪峰的滯后時(shí)間明顯增加,同時(shí)洪峰流量也有所降低。通過對(duì)四次降雨的流量過程線進(jìn)行計(jì)算,分別得到四次降雨產(chǎn)生的徑流的總量分別為1.54×1O8m3(車壩河水庫(kù)建成前)、1.24×108m3(車壩河水庫(kù)建成后)、1.12×108m3(大龍?zhí)端畮?kù)建成前)、1.00×108m3(大龍?zhí)端畮?kù)建成后)。表明在相同的降雨條件下,徑流總量反而減少,主要原因是洪峰過程中部分徑流被水庫(kù)截留。(6)研究表明清江上游流域的森林覆蓋率是影響基流變化的重要原因,森林覆蓋率與基流及基流指數(shù)呈明顯的正向相關(guān)。因?yàn)樵谥脖患暗孛嫔峡葜β淙~具有滯水作用,增加了降雨入滲,導(dǎo)致基流的增大。在對(duì)清江上游巖溶流域徑流特征及影響因素分析的基礎(chǔ)上,采用流域水文模型的方法,構(gòu)建清江上游流域的半分布式水文預(yù)報(bào)模型(TOPMODEL)。根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查及降雨徑流過程的分析中獲得的水文特性參數(shù),采用短序列高分辨率的典型降雨-水文過程進(jìn)行模型識(shí)別,以及長(zhǎng)序列年降雨-水文過程進(jìn)行了模型校核,在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)了二百年一遇暴雨下的恩施斷面的洪峰過程。得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：(1)本次研究采用了50mm/d,80mm/d,100mm/d,160mm/d四次典型降雨-水文過程監(jiān)測(cè)資料對(duì)所構(gòu)建的TOPMODEL模型進(jìn)行了識(shí)別,模擬的洪峰出現(xiàn)的時(shí)間及峰值與實(shí)測(cè)值基本吻合。(2)論文采用2002年的全年降雨-流量過程線對(duì)模型進(jìn)行了校核,結(jié)果表明模擬值與實(shí)測(cè)值基本一致,年平均流量模擬值為70m3/s、實(shí)測(cè)值為83.5m3/s,誤差為16%,可以用于流域水文預(yù)報(bào)。(3)對(duì)0.5%頻率暴雨暴雨徑流過程預(yù)報(bào)表明,兩百年一遇暴雨下恩施斷面的最大洪峰流量為7300m3/s,洪峰滯后時(shí)間為16h。特色與創(chuàng)新點(diǎn)：本文通過采用地下水示蹤技術(shù)、水文濾波等新理論和新方法對(duì)清江恩施斷面控制流域的邊界條件、河川徑流特征進(jìn)行了較全面的分析和研究,揭示了自1960年以來流域徑流的變化規(guī)律及影響因素,并在此基礎(chǔ)上首次構(gòu)建了清江上游巖溶流域半分布式流域水文模型(TOPMODEL),運(yùn)用長(zhǎng)序列徑流實(shí)測(cè)資料和短序列典型降雨～水文過程資料對(duì)模型進(jìn)行了識(shí)別和檢驗(yàn),并預(yù)測(cè)得到了極端降雨條件下恩施斷面的洪峰過程,為當(dāng)?shù)爻鞘蟹篮轶w系建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P333;P338

【參考文獻(xiàn)】

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2 陸志華;夏自強(qiáng);于嵐嵐;;松花江佳木斯站徑流變化規(guī)律及演變趨勢(shì)分析[J];水電能源科學(xué);2011年04期

3 賈仰文;王浩;;“黃河流域水資源演變規(guī)律與二元演化模型”研究成果簡(jiǎn)介[J];水利水電技術(shù);2006年02期

4 王啟猛;張捷斌;付意成;;變化環(huán)境下塔里木河徑流變化及其影響因素分析[J];水土保持通報(bào);2010年04期

5 黎坤,江濤,劉德地;北江天然徑流量的變化特征及其影響因素[J];水文;2005年03期

6 江善虎;任立良;雍斌;楊肖麗;劉曉帆;;氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)老哈河流域徑流的影響[J];水資源保護(hù);2010年06期

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本文編號(hào)：2758292