黑河上游活动层水热动态过程及其对地表水文过程的影响

发布时间：2017-05-14 06:01

  本文关键词：黑河上游活动层水热动态过程及其对地表水文过程的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全球气候变暖,多年冻土区活动层厚度增加,使活动层水热动态过程受到显著影响。掌握活动层水热过程动态机制对于水文过程与地表能量平衡、生态过程与碳循环、对冻土工程影响等方面的研究,都能够提供重要信息。进一步探究活动层水热动态过程对地表水文机制的影响,能够帮助完善合理开发利用水资源及有效保护生态水文环境的体制。因此,本文基于该流域多年冻土区PT1、PT3、PT4、PT5、EboTA站点实测的土壤温度、土壤体积含水量、气温、地表温度及降水数据,以及水文断面观测的径流数据和杆测的活动层融化深度数据,并利用流域分析、土壤温度及土壤水分含量空间插值、活动层融化深度模拟计算等方法进行分析。研究结果表明:(1)黑河上游活动层土壤的融化过程开始于4月中下旬,持续160天左右,冻结过程仅持续40天左右,于11月中上旬结束,过程中以双向冻结为主,即融化速率比冻结速率小,单向冻结与双向冻结相比,持续时间短且变化速率小。(2)黑河上游活动层中,浅层土壤的温度和水分变化较强烈,随深度增加变化幅度减小,且存在明显滞后性。随海拔降低,西支的活动层土壤温度增加,水分减少,波动幅度增大,冻结持续时间延长。俄博岭与西支相比,温度变化幅度小,冻结持续时间长,土壤水分含量高,且冻融过程中水分变化的速率快。(3)黑河上游活动层的水热协同变化在-2℃—2℃之间关系较好,其中俄博岭水热协同变化关系最佳。西支活动层冻融阶段的温度随海拔降低而升高,使得水分随温度变化的速率减小。(4)黑河上游西支活动层土壤的融化深度变化过程,在土壤温度和水分影响下,随海拔变化而存在差异:4月—5月中旬,融化较为缓慢,随海拔降低融化深度呈增加趋势;6月—8月,融化深度快速增加,随海拔降低增加速率增大;10月上旬,融化达最大深度,随海拔降低呈增加趋势,且增加梯度随之增大。俄博岭最大融化深度,在较厚泥炭层的影响下,呈现最浅深度。(5)黑河上游西支活动层土壤温度升高,冬季地表积雪升华加剧,融雪水补给减少,以及夏季活动层最大融化深度增加,土壤调蓄空间增大,地下水补给减少,使得冬季径流减少。俄博岭活动层土壤冻融过程中,土壤水分含量分布及融化深度变化影响水分下渗量及向下迁移速率,从而对同期径流过程产生不同程度影响,使得径流总体呈现减小趋势。
【关键词】：黑河上游 多年冻土区 活动层 水热特性 地表水文过程
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.14
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究目的与意义9-10
• 1.2 国内外研究概况10-15
• 1.2.1 冻结和融化状态下活动层水热动态机制的研究10-11
• 1.2.2 不同因素对活动层水热动态机制影响的研究11-13
• 1.2.3 活动层水文过程的研究13-15
• 1.3 研究内容及技术路线15-17
• 1.3.1 主要研究内容15-16
• 1.3.2 研究技术路线16-17
• 第二章 黑河上游流域研究区概况17-26
• 2.1 研究区站点分布17-19
• 2.2 基础数据监测19-20
• 2.3 气候特征20-23
• 2.4 地形地貌、土壤、植被及冻土分布特征23-24
• 2.5 水文及水资源特征24-26
• 第三章 黑河上游活动层土壤冻结和融化过程26-32
• 3.1 活动层土壤冻融机理26
• 3.2 活动层土壤冻融过程及特征26-30
• 3.2.1 数据处理与结果26-28
• 3.2.2 冻结和融化过程变化特征28-30
• 3.3 本章小结30-32
• 第四章 黑河上游活动层土壤冻融过程水热时空分布特性32-47
• 4.1 土壤冻融过程中温度及水分变化特性32-38
• 4.1.1 不同深度土壤温度变化特性32-35
• 4.1.2 不同深度土壤水分变化特性35-38
• 4.2 土壤冻融过程中温度与水分的协同变化特性38-41
• 4.3 土壤冻融过程水热分布与土壤融化深度变化的相互关系41-46
• 4.3.1 活动层融化深度计算方法——斯蒂芬方程42-43
• 4.3.2 活动层土壤水热与融化深度变化的相互关系43-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 黑河上游活动层土壤冻融过程对地表水文过程影响47-61
• 5.1 黑河上游西支活动层土壤冻融过程对地表径流的影响47-55
• 5.1.1 数据介绍与研究方法48-50
• 5.1.2 冻融指数变化趋势50-51
• 5.1.3 冻结和融化阶段地表径流变化51-53
• 5.1.4 土壤冻融变化对地表径流的影响53-55
• 5.2 俄博岭活动层土壤冻融过程对地表径流的影响55-60
• 5.2.1 水文断面及活动层监测55-56
• 5.2.2 地表径流机制56-57
• 5.2.3 活动层土壤冻融过程及融化深度变化对地表径流的影响57-60
• 5.3 本章小结60-61
• 第六章 结论与展望61-64
• 6.1 主要结论61-62
• 6.2 展望62-64
• 参考文献64-70
• 在学期间的研究成果70-71
• 致谢71

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本文编号：364371