论文题目：嫩江流域湿地水文过程模拟及其功能定量评估
摘要：湿地水文调蓄功能在维护流域水量平衡、减轻洪旱灾害和应对气候变化等方面发挥着重要作用。如何从流域尺度上定量评估湿地水文调蓄功能是当前国际湿地生态水文学研究的前沿科学问题。嫩江流域位于中高纬度地区,是我国重要的粮食生产基地和湿地集中分布区之一。近几十年,在气候变化与人类活动的双重影响下,嫩江流域湿地大面积减少和生态水文功能严重退化,极大改变了流域水文过程及水量平衡,增加了洪旱灾害的强度和风险,危及流域水安全与生态安全。本文基于嫩江流域湿地类型的划分及水文特性刻画,构建了耦合湿地模块的流域水文模型,通过对流域水文过程的模拟定量评估了现状条件下及不同历史时期流域湿地水文调蓄功能,并预估了未来气候变化与湿地恢复情景下流域湿地水文调蓄功能演变。主要取得以下研究成果:（1）耦合湿地模块的流域水文模型的构建基于嫩江流域模型数据库和PHYSITEL-HYDROTEL平台,在完成流域湿地类型划分（孤立湿地和河滨湿地）及生态水文参数刻画的基础上,构建了耦合湿地模块的嫩江流域水文模型,评价了模型模拟效率与适用性,研究发现耦合湿地模块的流域水文模型能较好提高流域水文过程的模拟精度,其模拟结果总体更接近于观测的径流数据,且流量强度、流量事件发生时间和频率及特定水文状况的持续时间总体上更接近于观测的径流数据。（2）现状条件下流域湿地水文调蓄功能定量评估利用构建的耦合湿地模块的嫩江流域水文模型,基于有/无湿地情景下流域水文过程模拟,定量评估了流域湿地水文功能。研究发现嫩江流域湿地具有显著的径流调节能力,对日流量平均削减作用为11.47%。总体上,嫩江流域湿地发挥着削减洪水的作用,对洪峰流量、洪水期间平均流量和洪量的削减量分别为23.63%、10.94%和9.50%。流域湿地洪水调蓄功能的强度和效应有明显的时间（涨水期和落水期;季节和年际）和空间（上游和下游）差异性;嫩江上游湿地发挥着较强的基流维持作用,而流域整体湿地对基流量的累计影响效应较弱。（3）不同历史时期流域湿地水文调蓄功能演变及水利工程的影响不同历史时期（1980年、1990年和2000年）湿地分布情景下流域水文过程模拟及其功能定量评估发现,1980年湿地分布情景下流域湿地对日流量和年最大流量的削减作用分别为3.49%和33.88%;当湿地面积减少至2000年湿地情景,流域湿地对日流量和年最大流量的削减作用分别下降至2.20%和23.13%,对基流量的维持作用明显减弱。水利工程（尼尔基水库）对湿地水文调蓄功能的影响定量评估发现,尼尔基水库显著改变了下游的水文情势,进而削弱了湿地水文调蓄功能。（4）未来气候变化与湿地恢复情景下流域湿地水文调蓄功能预估预估IPCC未来气候变化RCP4.5和RCP8.5两种情景下现状湿地条件下的流域湿地水文调蓄功能,发现现状条件下湿地对2020～2050年日流量的削减作用分别为2.38%和2.24%,对年平均最大流量的削减作用分别为12.85%和11.98%;以1980年、1990年和2000年湿地面积为恢复目标,设置了流域湿地恢复方案,预估了未来气候情景下流域湿地的水文调蓄功能,发现湿地的面积恢复会提升其流域的水文调蓄功能;与现状条件下湿地水文调蓄功能比较,湿地面积恢复至1980年情景时,RCP4.5和RCP8.5情景下流域湿地对日流量的削减作用分别提升至6.15%和4.17%,对年平均最大流量的削减作用分别提升至23.84%和18.20%。最后,基于嫩江流域湿地水文调蓄功能的时空差异性及其影响因素分析,结合生态水文学理论和基于自然的水资源解决方案的理念,综合提出了基于湿地水文服务的流域水资源综合管理的对策措施,为嫩江流域湿地恢复保护与水资源综合管控提供科学依据和决策支持。
关键词：嫩江流域;湿地模块;水文过程模拟;湿地水文调蓄功能;气候变化;湿地恢复
学科专业：环境科学
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及目的意义
1.1.1 选题的背景
1.1.2 目的及意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 流域湿地水文调蓄机制及影响因素
1.2.2 流域湿地水文模型研究进展
1.2.3 流域湿地水文功能评估研究进展
1.3 研究内容、技术路线和创新点
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究思路与技术路线
1.3.3 创新点
第2章 研究区概况
2.1 自然地理概况
2.1.1 研究区范围
2.1.2 地形地貌
2.1.3 气象气候
2.1.4 水系水文
2.1.5 土壤植被
2.2 社会经济概况
2.3 水利工程概括
2.4 水与生态问题
2.4.1 水资源短缺
2.4.2 洪旱灾害频发
2.4.3 湿地面积萎缩与功能退化
第3章 耦合湿地模块的嫩江流域水文模型构建及适应性评价
3.1 PHYSITEL/HYDROTEL平台结构及原理
3.1.1 PHYSITEL平台结构及原理
3.1.2 HYDROTEL水文模型结构及原理
3.2 基于PHYSITEL-HYDROTEL平台耦合湿地模块的流域水文模型构建
3.2.1 PHYSITEL-HYDROTEL平台模型数据库的建立
3.2.2 基于PHYSITEL平台流域湿地类型划分及生态水文参数刻画
3.2.3 耦合湿地模块的流域水文模型的构建
3.3 流域湿地水文模型的径流模拟效果与评价
3.3.1 模型的率定和验证
3.3.2 不同土地利用情景下模拟结果评价
3.3.3 耦合湿地模块的流域水文模型适用性评价
3.4 讨论
本章小结
第4章 现状条件下嫩江流域湿地水文调蓄功能定量评估
4.1 流域湿地水文调蓄功能定量评估方法
4.1.1 流域湿地对径流影响的定量评估方法
4.1.2 流域湿地洪水调蓄功能定量评估方法
4.1.3 流域湿地维持基流功能定量评估方法
4.2 流域湿地对径流过程的调蓄作用
4.2.1 湿地对日水文过程的影响
4.2.2 湿地对水文情势的影响
4.3 流域湿地洪水调蓄功能定量评估
4.3.1 流域湿地的洪水调蓄作用
4.3.2 涨水期和落水期湿地洪水调蓄作用的差异性
4.3.3 不同空间位置湿地的洪水调蓄作用
4.4 流域湿地维持基流功能定量评估
4.4.1 湿地对日基流量的调蓄作用
4.4.2 湿地对月基流量的调蓄作用
4.4.3 湿地对年基流量的调蓄作用
4.5 讨论
本章小结
第5章 不同历史时期嫩江流域湿地水文调蓄功能演变及水利工程的影响
5.1 不同历史时期流域湿地水文调蓄功能评估方法
5.1.1 不同历史时期流域湿地水文调蓄功能评估
5.1.2 水利工程对湿地水文调蓄功能的影响定量评估
5.2 不同历史时期流域湿地水文调蓄功能
5.2.1 不同历史时期流域湿地对日流量的调蓄作用
5.2.2 不同历史时期流域湿地的洪水调蓄功能
5.2.3 不同历史时期流域湿地的维持基流功能
5.3 水利工程对湿地水文调蓄功能的影响
5.3.1 尼尔基水库对湿地日流量调节功能的影响
5.3.2 尼尔基水库对湿地洪水调蓄功能的影响
5.3.3 尼尔基水库对湿地维持基流功能的影响
5.4 讨论
本章小结
第6章 未来气候变化与湿地恢复情景下嫩江流域湿地水文调蓄功能预估
6.1 未来气候情景下嫩江流域气象水文变化特征
6.1.1 气候变化情景数据预处理
6.1.2 未来气温变化特征
6.1.3 未来降水变化特征
6.1.4 未来气候变化情景下流域径流预估
6.2 未来气候变化与湿地恢复情景下流域湿地水文调蓄功能预估
6.2.1 流域湿地水文调蓄功能预估方法
6.2.2 未来气候变化与湿地恢复情景下流域湿地水文调蓄功能演变
6.3 讨论
本章小节
第7章 基于湿地水文服务的嫩江流域水资源综合管理
本章小节
第8章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
致谢
