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裸露型岩溶地下河流域的水资源量评价一直是水资源研究的热点,也是难点所在。按传统的分类,岩溶地下河流域属于地下水研究的对象,但其运动特征并不服从地下水运动的一般规律,而更多的具有地表水运动的特征,因此使用传统的水资源评价方法存在明显的缺陷。更重要的问题在于,由于我国广人西南岩溶地区地下河系统流量监测站设置过少,导致常规水文监测资料严重不足,也无法获取刻画地下河系统含水介质的结构和水力参数,因此在这些流域,使用传统的水资源评价方法会成为无米之炊。
无监测资料流域水量预测(PUB)方法的产生为西南岩溶地区水量预测提供了一条新的思路,它是基于新型的水文数据实现水资源量的预测或估算,如本文所采用的是易于通过现代遥感技术获取的流域下垫面因子,打破了常规方法对传统水文数据的依赖,为水文预测开辟了一条新的路径。
从系统的角度考虑,西南岩溶地下河流域的下垫面因子对地下河流域的水文响应起着重要的作用,流域下垫面条什的差异会导致水量的变化。本文以此作为理论依据,对西南无监测数据地区的裸露型岩溶地下河流域进行水资源量评价方法的探讨。
本次研究立足于应用现代化技术提取下垫面结构及影响因素的信息,引用现代水文学理论和方法,尽可能对无监测数据地区的岩溶水资源评价提供更为可靠的结果。
由于本次研究数据量大,数据格式复杂多样,因此选取能够处理海量数据,并进行海量运算的GlS工具作为研究平台。
首先,本文在参考前人研究成果的基础上,详细的论述了湖南洛塔岩溶地下河流域、贵州普定后寨地下河流域、广西都安地苏地下河流域以及云南广南木美地下河流域等研究区的产汇流特征。岩溶地下河流域由于组成下垫面的非均匀性,使得同一流域内,不同地貌间的水文过程有很人的差异,本文对研究区内不同地貌的产汇流过程做了定性的分析。
在此基础上,本文分析了各下垫面单因子与流域水文特征值之间的关系。下垫面因子通过影响蒸发蒸腾、入渗和汇流过程来控制从大气降水向径流的转化,决定着地表所接受的人气降水的再分配过程,在大气圈与水圈之间的界面过程中起着十分重要的作用。分析表明,不同的下垫面条件会对水文特征值产生显著的影响。影响作用最大的因子为流域的岩性,岩性不同,岩石的抗风化能力就不同,形成风化壳厚度也不同,从而影响着土壤结构和植被类型,对流域的下渗和产流方式产生影响。另外,不同的岩性还控制着不同地貌类型的发育程度,地貌类型的差异也导致不同的流域洪、枯水特征,还会导致该地区的水力性质不同,从而致使岩溶发育程度和规模也不同,使喀斯特流域表现出不同的排水通道和透水性。
其次,本文分析了不同的下垫面因子组合条件下对岩溶地下河流域水文特征值的影响。通过利用GIS工具中强大的空间分析功能对所涉及流域进行综合叠加分析,建立了各研究流域的水文响应单元体系,找出了对流域水文响应具有显著效应的优势HRU组合,并将分析结果与单因子的影响效果作对比,结果较为吻合。
最后,本文选取适用于无监测资料地区的SCS模型进行了水量估算的研究。对SCS模型的基本产汇流过程做了详细的阐述,对其基本原理和一些技术方法做了一定的研究。在收集原有资料的基础上,利用GIS、RS等技术方法提取儿个典型岩溶地下河流域的地形、地貌类型、土壤类和土地利用方式等多个下垫面因子的基础上,反求出表征下垫面条件和土壤前期湿润程度的CN值,建立起一套适用于裸露型岩溶区的CN值查算表,为西南岩溶地区其他的同类型无监测资料区提供了水量评价的新途径。
将验证结果与监测资料对比表明:在面积较小(小于500km<2>)的岩溶流域,计算结果与监测资料较为吻合,面积较大的流域计算结果存在一定的误差。因此,将本研究总结的方法及经验值推广到其它小型的裸露型岩溶地下河流域是可行的。