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本文以秦淮河流域为研究对象,研究1988-2006年城市化过程中的土地利用和不透水率的变化特征,通过建立分布式水文模型,分析城市化导致的长期水文效应和短期暴雨洪水效应,揭示城市化与它们之间的内在联系,为该流域今后的城市建设、土地利用、水资源配置、防洪减灾等提供决策参考。
本文的主要工作和内容如下:
1、对城市化水文效应研究的方法和成果进行归纳和总结。主要包括城市化水文效应的研究方向、研究方法和发展趋势等。
2、建立秦淮河流域城市化的水文效应模拟模型。根据HEC-HMS系统的原理和特点,选择适合研究区特点的降雨、蒸发、产流、汇流模块,构建该流域的水文模型,结合GIS、RS技术获取模型所需的驱动数据和初始参数,然后进行参数率定、及模型验证,为分析城市化产生的流域长期水文效应和洪水效应提供科学的分析方法。
3、通过情景分析法,模拟城市化的水文效应,揭示秦淮河流域城市化与长期水文效应和洪水效应的关系。(1)分析城市化对流域长期水文过程的影响:主要采用固定气象条件而仅仅改变土地利用情景的方法,模拟日径流过程,分析统计年径流量、蒸发量变化等与土地利用方式,特别是不透水面之间的联系,从而得出城市化对流域长期水文过程的影响程度。首先模拟1988年、2001年和2006年土地利用情景下的流域径流过程,然后对模拟结果进行对比分析。分析结果表明:城市化发展导致的建设用地面积的大幅增加和林地、耕地面积的减少,特别是建设用地(不透水面)的增加,对流域的径流、蒸发量变化率都有很强的影响。当不透水率由1988年的4.23%增加到2006年的13.15%时,流域的年平均径流深增加了12.27%;径流系数增加12.5%;而年平均蒸发量则减少7.17%。同时在相同土地利用情景下对不同降水条件进行模拟发现,流域对3个典型水文年的径流深变幅均表现为枯水年>平水年>丰水年,表明年径流深对土地利用变化的响应,以枯水年最为明显,丰水年最弱。(2)分析城市化对流域暴雨洪水过程的影响:通过模拟不同土地利用情景下的短期暴雨洪水过程,分析城市化对暴雨洪水的影响。模拟结果表明,在同样降雨条件下,城市化发展导致的土地利用变化对流域洪水过程的影响表现为:次洪水洪峰流量增大、洪量也随之增加,当不透水率由1988年的4.23%增加到2006年的13.15%时,次暴雨量86.7mm产生的洪量相应增加了11.12;同时发现大小不同的洪水对城市化的响应程度不同,对于规模较小的洪水,洪峰流量、洪量变化更为明显。而洪水时间特性变化则由于本文采用的是日径流数据而使得模拟结果反映不明显。