基于分布式水文模型的景观变化下生态水文响应研究

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1、AdissertationsubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofDoctorResearchonEco—hydrologicalResponsetoLandscapeChangesunderDistributedHydrologicalModelByWeiChongSupervisor：Prof．ChenJieHydropowerEngineeringSchoolofWaterConservancyandEnvironmentSeptember2014原创性声

2、明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：乒竹年J二月／o13学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人

3、授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：M年f二月加日摘要变化环境下的水文循环研究是21世纪水科学研究的热点之一。随着近年来生态水文学的建立与发展，人们日益认识到土地利用／景观组成、景观空间分布及坡度变化会对流域水文过程产生重要影响。分布式水文模型普遍应用于评价、分析因土地利用变化

4、引起的水文生态响应，但是水文模型能否反映景观空间变化下的生态水文响应，发现并改进模型缺陷以更好地表达土地利用不同景观变化对流域水文的影响依然是未来研究的需求和发展方向之一。本研究基于生态水文学思想，以广泛使用的分布式水文模型．SWAT模型为研究对象，选择丹江口库区灌河流域为研究区域，首先分析判断SWAT原始模型对景观格局变化的敏感性，依据分析结果改进SWAT模型，提高模型分析因土地利用景观格局动态变化引起的生态水文变化的精度。然后在验证和对比改进模型实用性的基础上，利用SWAT改进模型开展土地利用对流域径流影

5、响的情景模拟，深入探讨景观动态变化下径流的变化趋势和规律，从而更加准确地理解土地利用空间布局对水文过程的影响，为丹江口库区水资源的可持续利用和流域综合管理提供更为有效的科学依据。主要研究内容与结论如下：1建立灌河流域分布式水文模型。以GIS和RS等空间技术为支持，建立SWAT模型空间、属性数据库：通过合理划分子流域，设置划分HRU规则，构建SWAT模型基本框架。2分析SWAT原始模型对景观格局变化的敏感性。根据灌河流域2000年土地利用在各子流域的组成，模拟研究区更为破碎、复杂的景观空间分布格局，通过设置多套

6、试验参数，利用SWAT模型生成基于不同景观格局的模拟结果。结果表明，SWAT模型不能反映景观空间格局改变对流域产流、产沙以及非点源污染的影响，并概化处理了不同坡度土地利用类型的水文效应；同时模型通过其他参数的调整，弥补了模型分析数据的不足，使实测数据与模型部分结果高度吻合。因此，考虑景观斑块的空间位置以及HRU间相互关系，准确确定SWAT模型主要参数，是提高SWAT模型模拟景观变化下水文过程精度的充分条件。3SWAT模型改进方法的提出与实现。根据SWAT原始模型对景观格局变化T摘要的敏感性分析结果，以提高SW

7、AT模型对景观格局改变的敏感性和模拟径流能力为目标，首先改进原始模型计算流程，在划分研究流域多个坡度带基础上，提出模型应考虑土地利用类型CN值随不同坡度进行改变，并分别计算、调整各HRU的CN值：然后建立土地利用径流调节方程，开发SWAT-FHA程序改进模型汇流模块，实现林地对径流的调节作用，使SWAT改进模型具备模拟不同景观斑块间相互作用对产汇流过程影响的能力。4SW盯改进模型适用性对比研究。完成Sm盯模型改进后，对SWAT改进模型进行适用性评价。选择丹江口库区灌河流域作为实验区域检验SWAT改进模型对土地

8、利用／景观格局的敏感性，并分别从模型运行不同阶段和不同时空尺度对比模型改进前后模拟径流的精度。包括：(1)模型输入数据对比研究。相比原始模型，改进模型生成HRU的数量十分庞大，每个HRU坡度与所属坡度带平均坡度差值变小，更加详细地描述了流域地形特征，通过及时调整CN值，更为准确的反映了不同下垫面条件对产汇流过程的影响。(2)流域尺度下不同时间尺度模型对比研究。相比原始模型，改进模型在年、月、日径流的