未来气候情景下官厅流域径流预估及水文旱涝分析

作     者：温姗姗 

作者单位：南京信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜彤;苏布达;王艳君

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 081501[工学-水文学及水资源] 0815[工学-水利工程] 

主      题：径流预估 水文旱涝 CCLM 官厅流域 

摘      要：IPCC第五次评估报告(AR5)中指出,全球气候在过去的年代里确实发生了显著的变化,,几乎所有地区都经历了升温过程。受到人类活动和气候变化的综合影响,水资源短缺和极端水文事件频繁发生已成为世界性问题。河川径流作为水循环的重要组成部分,其变化直接影响水资源的开发利用,进而影响生态系统的稳定和社会安全。对流域内的径流进行模拟,有利于了解流域的地表水资源状况,从而为水资源的合理分配提供参考依据,不仅对人们的生产生活,对生态环境乃至社会稳定等都有重要意义。 本文选取首都北京重要的水源地之一的官厅流域作为研究区域,在地理信息系统技术的支持下,利用HBV和SWIM模型对流域的水文过程进行模拟,根据由2种不同全球气候模式(ECHAM5、ECHAM6)驱动的高分辨率区域气候模式CCLM (COSMO model in Climate Mode)输出的模式预估数据,初步分析了RCP4.5情景和SRES-A1B、SRES-B1情景下2014-2040年官厅流域的平均水文状况,以及枯水期、丰水期流域的径流演变;采用分布函数拟合年内最大1d洪水序列,分析洪水在未来的频率变化;并基于标准化径流指数(SDI)对流域未来旱涝状况进行了分析。取得主要研究成果如下： (1)1961-2012年官厅流域的气温以0.29℃C/10a的速率呈现显著增加趋势,其中冬季增幅最明显,降水量呈现下降趋势。全流域的实测径流量显著减少,并在1984-1985年左右发生突变。 (2)以1971-1974年为率定期,1975-1978年为验证期,构建流域的HBV水文模型和SWIM模型。结果表明,HBV水文模型对官厅流域的水文模拟优于SWIM模型,率定期和验证期的模拟值和实测值之间的决定性系数为0.68、0.67,Nash效率系数为0.68、0.70。HBV模型在官厅流域有较好的适用性,而人类活动对该流域的水文水资源有重要影响。 (3)应用SRES-A1B、SRES-B1和RCP4.5三种情景下CCLM气候模式输出的逐日降水、温度序列驱动HBV,模拟逐日径流过程。结果显示,2014-2040年,年、月平均降水量和径流量较试验期(1971-2000年)数值减少;伴随未来流域气温的上升和夏季降雨量的变少,未来丰水期径流可能减少;但枯水期径流的增减变化结果在各情景间有差异,存在较大不确定性。 (4)应用多种分布函数分别拟合年内最大1d洪水序列,基于拟合优度选取其中的2种分布函数计算试验期30a重现期洪水在未来的频率变化。通过对比3个情景下预估时段与对应的试验期洪水重现期可以看出,RCP4.5和B1情景下,洪水频率增加,20a一遇的洪水在2014-2040年可能10-12a就遭遇一次;A1B情景下,洪水频率减少,10a一遇的洪水在可能在20a左右就有发生。体现出气候情景模拟下未来洪水频率分析的不确定性。 (5)基于各气候情景下模拟的径流量数据,采用标准化径流指数(SDI)对未来旱涝状况进行分析,结果显示,不同情景下旱涝发生的可能性存在显著差异。RCP4.5情景下,2016-2017年、2023-2025年、2037-2039年是未来可能的旱灾年,2020-2022年、2026-2027年、2033-2035年是未来可能的洪涝年;A1B情景下,主要干期在2023-2025年、2033-2034年、2037-2039年,主要湿期在2016年、2018-2019年、2023-2025年,以及2040年;B1情景下,旱涝交替的频率要小于前两种情景,主要分为3个阶段：2014-2023年干湿期并存,2024-2031年,干期为主,2032-2040年,湿期为主。