变化环境下非一致性水资源与洪旱问题研究

发布时间：2018-03-01 13:15

  本文关键词： 变化环境 非一致性 水资源 洪水 干旱 频率分析 成因分析　出处：《武汉大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：水是生命之源,近年来人类对水资源的开发利用造成了一系列水资源和洪旱问题的产生,随着环境的变化,即气候变化和剧烈人类活动等的影响,使得人们一直赖以探寻水文规律的水文序列发生了变异,其形成的物理条件也发生了较大变化,使得这些水文序列失去了“一致性”,从而导致了水资源评价失真、防洪抗旱决策判断失误等一系列问题,严重影响了社会稳定与经济进步。如何从非一致性水文序列中推求出其变异的规律,在变化环境的背景下,有效推求出频率分布规律,是非一致性水资源和洪旱问题研究的关键。因此,本文主要研究内容为非一致性水资源问题、非一致性洪水问题和非一致性干旱问题,结合水文变异诊断系统、非一致性水文频率计算原理和方法,分别从水资源、洪水、干旱三个角度对非一致性水资源和洪旱问题进行研究和探讨,分析其在变化环境下的频率分布演变规律。主要结果如下： (1)研究综述 介绍了变化环境下非一致性水资源与洪旱问题的研究背景和研究意义,提出非一致性水资源与洪旱问题研究的三个内容,在对国内外研究进展进行综述的基础上,指出目前仍需解决的问题,提出作者的研究思路,并介绍本文的主要内容。 (2)非一致性水文序列时段划分思路和情景划分原理 介绍了非一致性水文序列时段划分思路和非一致性干旱问题情景划分原理,利用水文变异诊断系统对序列进行变异诊断,结合变异诊断结果,主要根据变异形式(跳跃、趋势)的不同,进行时段(或情景)划分,本文所介绍的非一致性水文序列时段(情景)划分思路和原理,是不失一般性的,应用前景广阔。 (3)径流变异归因分析 提出了“上游-下游二因素”径流变异归因分析方法,并在“二因素”径流变异归因分析方法的基础上拓展成“上游-区间-下游三因素”径流变异归因分析方法。本文选取的水文要素为不同时间尺度(春季、冬季、非汛期、年)的平均径流量,针对人类活动对流域水文变异的归因问题,以东江河源站为例,详细介绍了两种归因分析方法的优劣,结果发现：河源站径流变异主要源于上游人类活动的影响,其次是区间人类活动的影响。 (4)基于径流变异归因分析的径流频率计算方法 以“优胜劣汰”为准则,选取归因结果更符合实际情况者,或者更加可信者为主选方法,对东江流域河源站不同时间尺度的平均径流量进行非一致性径流频率计算分析,该方法从归因的角度出发,有利于从成因角度分析河源站径流量的变化规律。结果发现：在各个时间尺度(春季、冬季、非汛期、年)下,河源站水资源量呈上升趋势。结合归因分析结果可以发现,造成河源站径流序列非一致性问题的是上游龙川站径流量和区间径流量共同作用的结果,具体体现在上游的枫树坝水库及其对龙川站的作用,以及区间新丰江水库的调蓄作用。 (5)基于改进马斯京根法的非一致性洪水频率计算方法 本文以东江流域主干流为例,提出基于改进马斯京根法的非一致性洪水频率计算方法,该法将基于马斯京根河道演算方程,结合多元回归理论,改进为马斯京根两变量回归模型,该模型从空间上模拟了上、下游河道洪水演算关系,结合非一致性水文频率计算原理,推求过去、现状、未来不同时期的洪水频率分布规律。分别分析了洪水频率计算的结果、同频率不同洪水量级之比较、典型洪水重现期之变化和洪水区间概率变化情况。通过分析干流各站点(河源站、岭下站、博罗站)的频率分布规律,发现：土地利用变化对洪峰流量的影响不是主因,而水库调蓄作用才是其产生变异的主因。 (6)基于Palmer干旱指数和WHMLUCC模型的非一致性干旱频率计算方法 结合考虑土地利用/覆被变化的流域水文模型WHMLUCC模型和Palmer干旱指数PDSI模拟干旱事件的发展过程,从成因途径提出基于WHMLUCC模型和Palmer干旱指数的非一致性干旱概率计算方法,并以无定河流域为例,推求不同情景变化环境下的干旱概率分布规律,进一步结合干旱等级标准计算不同等级干旱事件发生的概率,为该流域干旱预测和干旱规划提供科学依据。研究结果表明：(1)通过干旱概率计算与分析可知,气候条件对干旱影响较为突出,与此同时,在过去气候条件下土地利用面积的变化对干旱影响明显,而在现状气候条件下土地利用面积的变化对干旱的影响较弱。(2)在无定河流域的5种情景中,过去气候条件下情景2的土地利用情况有利于当地极端干旱形势的缓解,现状气候条件下各个情景的干旱形势较为一致。(3)通过成因分析,无定河流域干旱与气候变化和土地利用状况密不可分。
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【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TV213.4;P426.616
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本文编号：1552094