气候变化下基于半分布式水文模型的径流/成分模拟研究

论文摘要

气候变化在世界范围内引起了广泛关注。科学家,工程师和决策者都非常关注气候变化下的径流响应。气候变化加剧了降雨时空分布不均进而导致洪水和干旱发生的频率和强度增加,威胁人类的生存和经济发展。因此,量化气候变化的潜在影响,对决策者采取合适策略及提升水资源管理至关重要。传统的径流研究主要着眼于总径流的模拟和评估,虽然从传统目标函数（纳什效率系数等）计算结果看符合得不错,实际上由于各类不确定性因素尤其是异参同效性的存在,研究结果准确性存疑。本文主要以雅鲁藏布江（奴下以上）流域为研究对象,采用包括全球气候模式、降尺度方法、半分布式水文模型等工具进行研究。首先,在雅鲁藏布江主要支流之一尼洋河评估遥感数据的适用性,建立半分布式水文模型SWAT,以月为尺度进行径流模拟,初步确立径流成分研究思路,开发简单批处理模块,研究尼洋河历史时期径流及相应成分。然后,在雅鲁藏布江（奴下以上）流域建立SWAT模型,以月为尺度进行径流模拟,建立气候变化下径流成分研究框架,开发干流批处理模块,研究气候变化下总径流以及地下水径流、降雨径流、融雪径流等成分变化情况。最后,在前述研究基础上,在雅鲁藏布江（奴下以上）流域建立日尺度SWAT水文模型,开发流域批处理模块,研究气候变化下总径流以及地下水径流、侧向流径流、地表水径流等成分变化情况。论文主要工作和取得的成果如下:（1）针对尼洋河缺乏实测降水数据的问题,评估了 TRMM遥感数据在该流域的适用性,利用SWAT水文模型模拟尼洋河历史时期径流情况,基于SWAT源代码开发简单批处理模块研究该流域地下水径流、降雨径流和融雪径流成分情况,采用水文印记对模拟结果进行验证。结果表明,TRMM遥感数据在尼洋河流域有较好的适用性,计算得到的径流及其成分与实测数据及水文印记符合较好,初步建立的径流成分研究框架适用于尼洋河流域水文研究。（2）在RCP2.6和RCP8.5排放情景下,首先通过LARS-WG天气发生器对BCC-CSM-1-1,CanESM2,CSIRO-Mk3-6-0,GISS-E2-R 和 HadGEM2-AO 等 5 个全球气候模式的结果进行降尺度,随后采用Schaake Shuffle过程法对降尺度数据进行后处理生成未来远期的逐日降水量及温度数据。利用SWAT水文模型模拟历史时期及未来时期雅鲁藏布江逐月径流,基于SWAT源代码开发干流批处理模块研究雅鲁藏布江干流奴各沙站、羊村站和奴下站历史时期及未来时期地下水径流、降雨径流、融雪径流成分情况。综合所有全球气候模式及不同排放情景的结果显示,相比于历史时期,未来三站地下水径流均减少,降雨径流均增大,奴各沙站融雪径流将增大,羊村站融雪径流将增大,奴下站融雪径流将减小。（3）基于SWAT源代码开发流域批处理模块。在历史实测及已取得的全球气候模式未来时期降尺度数据基础上,结合SWAT建立日尺度水文模型模拟历史时期及未来时期雅鲁藏布江逐日径流。采用WETSPRO工具验证模型率定结果。结合日尺度水文模型、流域批处理模块及相关长度理论,研究总径流以及地下水径流、侧向流径流、地表水径流成分。综合所有全球气候模式及不同排放情景的结果显示,未来三站地下水径流很有可能减少,三站侧向流径流很有可能减少,但三站地表水径流可能增大。此外,未来三种成分的时间相关长度均很有可能减小,相应成分的更新速度加快。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1.绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 气候变化情景
•     1.2.2 全球气候模式
•     1.2.3 降尺度方法
•     1.2.4 水文模型在径流成分研究中的应用
•   1.3 研究内容和技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 2.基于遥感数据的尼洋河月尺度水文模拟及径流成分研究
•   2.1 引言
•   2.2 研究区域、数据和方法
•     2.2.1 研究区域
•     2.2.2 数据来源与处理
•     2.2.3 研究方法
•   2.3 研究结果
•     2.3.1 降水评估结果
•     2.3.2 SWAT水文模型率定验证
•     2.3.3 径流成分分析
•     2.3.4 水文印记
•   2.4 结果分析与讨论
• 3.基于地下水、降雨和融雪分割的雅鲁藏布江干流月尺度水文模拟
•   3.1 引言
•   3.2 研究区域、数据和方法
•     3.2.1 研究区域
•     3.2.2 研究数据
•     3.2.3 研究方法
•   3.3 研究结果
•     3.3.1 GCMs评估
•     3.3.2 降尺度结果
•     3.3.3 SWAT水文模型率定验证
•     3.3.4 历史时期总径流及成分
•     3.3.5 未来时期总径流及成分模拟
•     3.3.6 变化情况总结
•   3.4 结果分析与讨论
• 4.基于地下水、侧向流、地表水分割的雅鲁藏布江流域日尺度水文模拟
•   4.1 引言
•   4.2 研究方法
•     4.2.1 流域批处理模块
•     4.2.2 相关长度理论
•     4.2.3 WETSPRO工具
•   4.3 研究结果
•     4.3.1 SWAT水文模型率定验证
•     4.3.2 历史时期总径流及成分
•     4.3.3 未来时期总径流及成分
•     4.3.4 变化情况总结
•   4.4 讨论与结论
• 5.结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 创新点
•   5.3 展望
• 参考文献
• 作者简历及科研成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 宣伟栋

导师: 许月萍

关键词: 气候变化,径流成分,模型,遥感降水,降尺度,不确定性

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,地球物理学

单位: 浙江大学

基金: 国家自然科学基金项目:“气候与下垫面协同变化下的径流响应及其不确定性研究”(91547106)

分类号: P467;P333

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.002158

总页数: 148

文件大小: 16390k

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