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水土保持通报 2021年第5期41卷 137-145页

作者：唐中楠杨国丽李军刘鹏霄河北建筑工程学院河北省水质工程与水资源综合利用重点实验室河北张家口075000

[目的]分析兰江流域径流对气候变化的水文过程响应,为区域水资源可持续发展和防洪抗旱提供科学基础。[方法]利用2015—2018年日降雨径流过程和6场暴雨洪水过程率定并验证HEC-HMS水文模型在该流域的适用性;基于SDSM统计降尺度模型,对2030... 详细信息

[目的]分析兰江流域径流对气候变化的水文过程响应,为区域水资源可持续发展和防洪抗旱提供科学基础。[方法]利用2015—2018年日降雨径流过程和6场暴雨洪水过程率定并验证HEC-HMS水文模型在该流域的适用性;基于SDSM统计降尺度模型,对2030—2100年canesm2模式下RCP2.6,RCP4.5和RCP8.53种情景的气候数据进行降尺度,生成兰江流域6个气象站点未来日降水序列以预测未来气候变化下的径流响应。[结果] HEC-HMS模型对场次洪水和逐日径流模拟的相关系数平均值达到0.89,0.77,平均效率系数达到0.86,0.76;RCP2.6情景下研究区面降水量较于基准期(2015—2018年)减小0.82%,在RCP4.5,RCP8.5情景下分别增大6.18%,18.17%;RCP2.6,RCP4.5,RCP8.53种情景下多年平均径流相较于基准期分别增幅为17.00%,26.22%,41.93%。[结论] HEC-HMS模型在兰江流域有较好的适用性;未来兰江流域径流呈显著上升趋势,增幅程度随辐射强迫度的增加同步增大。当辐射强迫度升高至8.5 W/m^(2)时,流域径流量平均每10 a上升49.49 m^(3)/s。预计21世纪末多年平均径流量达到1 101 m^(3)/s,年径流变化起伏剧烈,汛期径流占全年比例较高,旱涝事件趋于频繁,对人民福祉威胁较大。

关键词： HEC-HMS模型 SDSM模型 canesm2模式径流模拟兰江流域

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流域水文模型及气候变化下的径流响应研究

流域水文模型及气候变化下的径流响应研究

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作者：周清华中科技大学

学位级别：硕士

在当前社会经济发展、人口持续增长、全球气候变化频繁的大环境下,水资源问题日益凸显,已经成为制约全球特别是我国社会经济可持续发展的一大瓶颈。珠江是我国第二大河流,珠江流域幅员辽阔,下垫面地形、地质、植被等复杂多样;珠江三角... 详细信息

在当前社会经济发展、人口持续增长、全球气候变化频繁的大环境下,水资源问题日益凸显,已经成为制约全球特别是我国社会经济可持续发展的一大瓶颈。珠江是我国第二大河流,珠江流域幅员辽阔,下垫面地形、地质、植被等复杂多样;珠江三角洲地区更是我国经济核心,人口密度大,抵御极端气候事件能力低,更容易蒙受重大社会经济损失。科学地对珠江中上游流域进行水文过程模拟、未来气候趋势预估以及未来水资源预测对珠江流域水资源的合理配置和可持续发展具有重要的指导意义。因此,本文以漓江流域为研究对象,围绕喀斯特地区水文过程模拟开展喀斯特-新安江水文模型研究;以珠江中上游流域为研究对象,引入VIC-3L分布式水文模型和SDSM统计降尺度以及canesm2气候模式开展变化环境下的未来气候预估及水文响应研究。主要得到以下结论:（1）为提高对岩溶地区水文过程模拟与预报精度,本文搭建了一种适用于喀斯特地区的喀斯特-新安江水文模型,并将模型应用于漓江流域,将喀斯特-新安江模型与传统新安江模型从各个水源模拟结果与退水过程模拟结果进行对比分析,表明喀斯特-新安江模型的模拟结果更加符合喀斯特地区的水文特点。（2）利用VIC-3L分布式水文模型对珠江中上游流域进行建模,通过坐标轮换法对模型参数进行率定,并以多种评价指标对模拟结果在日尺度上和月尺度上进行评估,评估结果表明,所有指标均达到精度要求,VIC-3L水文模型可以适用于研究区域的径流模拟,该模型可以用于该区域在未来气候变化下的水资源响应研究。（3）通过SDSM模型与canesm2气候模式对珠江中上游流域在三种气候情景下的未来降雨、气温进行预估,并利用搭建好的VIC-3L模型对研究区域未来径流量进行预估,结果表明,三种情景下未来降雨均呈现为波动稳状态,年际降雨量相对基准年波动动比例在-24%-29%之间,未来极端降雨事件的发生概率将会增加,各情景下长期降雨总量相对基准期均略微增加。RCP2.6情景下最高气温、最低气温均呈现稳定趋势,RCP4.5、RCP8.5情景下气温呈现明显上升趋势,未来春、夏季节的最低气温会呈上升趋势,秋、冬季节相反。各排放情景下的径流量相对基准期流量均有所减少,流量丰、枯年份交替明显,上下变幅大,各情景下径流呈现波动稳定趋势,21世纪中后期年内流量高峰将发生转移,至6月,将使该月洪水事件的概率大大提升,21世纪后期7-8月份流量将会减少。

关键词：径流模拟 VIC-3L水文模型 SDSM降尺度 canesm2模式

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金沙江流域水文气象要素对气候变化的响应研究

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作者：武慧铃华中科技大学

学位级别：硕士

探明流域水文气象要素演变规律,掌握流域水循环过程,可为流域水资源管理、水利工程规划建设及库群安全经济运行等提供科学决策支撑。然而,全球气候变化背景下,极端水文气候事件频发,水问题对我国社会经济可持续发展的制约日益凸显。因此... 详细信息

探明流域水文气象要素演变规律,掌握流域水循环过程,可为流域水资源管理、水利工程规划建设及库群安全经济运行等提供科学决策支撑。然而,全球气候变化背景下,极端水文气候事件频发,水问题对我国社会经济可持续发展的制约日益凸显。因此,如何运用科学手段解析流域未来水文气象过程的演变趋势,并明晰其对气候变化的响应规律,是水资源管理领域需要解决的重点问题之一。本文以金沙江流域为研究对象,开展了流域历史水文气象要素时空变化态势分析,建立了多种统计降尺度模型,并评估了各降尺度模型在金沙江流域的适用性,在此基础上,通过对全球气候模式数据进行降尺度,预测了流域未来气象要素的演变过程,进一步,构建了水文气象要素驱动的径流预报模型,深入分析了径流过程对气候变化的响应关系。论文的主要研究内容与取得的成果如下:(1)以变化环境下流域水文气象要素的时空演变情势分析为切入点,结合气候倾向率、Mann-Kendall检验法、累积距平法和小波分析法探明金沙江流域40余年水文气象要素在各尺度下的变化趋势、突变特征及周期规律。研究分析可得:流域年降水、年均气温、年均最高气温、年均最低气温和年径流均呈不显著上升趋势。除夏季径流呈不显著下降趋势外,其余季节呈上升趋势,其中春季径流变化趋势具有显著性;各水文气象要素均存在单个处于1990s的突变年份;全流域不同水文气象要素存在多尺度显著周期,且大部分周期时域和频域结构具有相似性。全年径流主要集中在6～10月。总体来说,近年流域降水和径流态势较平稳。(2)为探究流域未来水文气象要素变化趋势,基于实测气象数据和NCEP再分析数据,引入支持向量机(SVM)、高斯过程回归(GPR)、多元线性回归(MLR)三种方法,构建流域统计降尺度模型体系,并评估其对金沙江流域各站点不同气象要素的适用性。在此基础上,以canesm2气候模式数据驱动优选降尺度模型,得到RCP2.6、RCP4.5及RCP8.5排放情景下的气象要素预测值,进而分析流域未来气候变化趋势。结果表明:在针对降水要素的三种降尺度方法中,表现较好的是MLR降尺度模型,优选率达69.2%。在针对三种气温要素的降尺度方法中,均为GPR模型较优的概率最高,分别为84.6%、76.9%及92.3%;未来各排放情景下的年降水和三种气温要素全部呈上升趋势,与基准期相比分别增加了4.5%、19.9%、10.4%、34.9%;且各要素趋势变化程度由弱到强的顺序均依次为RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5,其中RCP8.5变化程度明显强于其余情景模式。(3)为分析气候变化下流域未来径流变化趋势,基于实测气象、径流数据,引入长短期记忆神经网络(LSTM),构建流域径流预报模型,耦合降尺度后canesm2气候模式输出的气象要素模拟值,预报流域2016～2100年(划分2016～2050年为预报前期,2051～2080年为预报中期,2081～2100年为预报后期)逐月径流并探究未来各情景下流域径流变化过程。研究结果表明:构建的LSTM径流预报模型率定期和验证期的确定系数均大于0.9,平均相对误差控制在13%以内,模型可靠程度较高;未来各情景下的年径流全部呈上升趋势,RCP8.5情景下上升趋势相对明显,RCP2.6和RCP4.5情景下较平缓。在三种排放情景下,部分时段的径流年际间波动较大;各期的年径流相对基准期均减少,变化率在-8.5%～-16.6%之间;大部分月份的月均径流高于基准期,各期变化率分别在-37.8%～19.8%、36.7%～20.7%、-37.4%～31.7%之间。未来时段的径流流量高峰将从9月转移到7月,汛期可能提前出现。

关键词：气候变化水文气象要素特征分析降尺度 SVM GPR MLR LSTM模型 canesm2模式径流预报

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