气候变化影响下汉江上游梯级水库群联合供水优化调度研究

发布时间：2020-06-08 13:13

【摘要】：气候变化会使全球水文循环发生变化,从而引起水资源在时空分布上的变化。水资源时空分布不均匀性与人类社会需水不均衡性的客观存在,使得跨流域调水成为缓解甚至解决缺水地区水资源不足的重要途径。本文围绕气候变化影响下梯级水库群联合供水调度问题,以汉江上游为研究对象,以跨流域调水工程丹江口水库为研究核心,开展气候变化影响下汉江上游梯级水库群联合供水优化调度研究。本文首先构建了基于全球气候模式与新安江模型耦合的未来径流预测模型(GCM-XAJ),预测了3种气候变化情景(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)5种全球气候模式(GFDL-ESM2M、HADGEM2-ES、IPSL-CM5A-LR、MIROC-ESM-CHEM、NORESM1-M)下,未来30年(2021-2050年)汉江上游5个水库(石泉、安康、潘口、黄龙滩、丹江口水库)坝址断面的入库径流过程,评估了气候变化下汉江上游未来径流变化趋势;然后构建了汉江上游梯级水库群联合供水优化调度模型,计算了梯级水库群在不同水平年(2020、2030水平年)、不同调水情景(不考虑和考虑引汉济渭工程调水)、不同来水频率(P=10%、P=50%、P=90%)和丹江口水库不同初始水位(z=150m、z=155m、z=160m、z=165m、z=170m)优化调度方案下陶岔和清泉沟总的最大可供水量,评估了引汉济渭工程调水对梯级水库群联合供水优化调度的影响以及不同水平年陶岔、清泉沟的供水保证率;最后基于15组未来径流序列和900种梯级水库群联合供水优化调度方案计算结果,探讨了不同气候变化情景下未来径流变化和梯级水库群最大可供水量变化区间的不确定性,评估了气候变化影响下引汉济渭工程调水对梯级水库群联合供水优化调度的影响以及不同水平年陶岔、清泉沟供水保证率的变化情况。本文主要结论如下:(1)尽管气候变化下未来径流预测存在较大不确定性,但GCM-XAJ预测结果仍具有重大的参考意义;在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5气候变化情景下,汉江上游未来年径流量均呈下降趋势,与基准年(1961-2000年)相比,未来30年(2021-2050年)汉江上游多年平均年径流量分别减少4.3%、3.0%和8.3%。(2)在考虑引汉济渭工程调水后,梯级水库群在P=10%、P=50%、P=90%来水频率下,2020水平年最大可供水量减少量分别为0.88亿m~3、1.33亿m~3、1.35亿m~3,2030水平年最大可供水量减少量分别为0.99亿m~3、1.37亿m~3、2.88亿m~3,引汉济渭工程调水对梯级水库群联合供水优化调度影响不大;在不考虑引江济汉工程向丹江口库区补水情况下,2020水平年陶岔、清泉沟供水保证率分别为97.19%和100%,2030水平年陶岔、清泉沟供水保证率分别为44.86%和98.43%。(3)在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5气候变化情景下,5种GCM年径流量相对变化区间不确定性极大,变化区间平均长度分别为18.2%、33.1%和30.2%;2020和2030水平年梯级水库群最大可供水量变化区间平均相对变化12.53%和7.74%,不确定性较大;气候变化影响下引汉济渭工程调水对梯级水库群联合供水优化调度影响不大;气候变化影响下陶岔、清泉沟供水保证率变化不大。
【图文】：

第二章 气候变化下汉江上游未来径流预测与趋势分析2.1 汉江上游区域概况汉江是长江中游重要的支流，其发源地是秦岭的南麓，主要流经陕西省和湖北省，于武汉市汇入长江（亚洲最长河流），全长 1577km，流域面积约 15.9 万 km2。流域地处东经 106 ~115 ，北纬 30 ~35 ，属于东亚副热带季风气候区，多年平均降水量 904.1mm，其中上游约 800~1200mm，中游约 700~900mm，下游约900~1200mm，流域内大部分地区水面蒸发在 900~1000mm 之间，多年平均气温12~16 C，极端最高气温在 40 C 以上，极端最低气温为-17~-10 C。本文用于汉江上游区域未来径流预测的水库坝址断面共有 5 个，分别是石泉、安康、潘口、黄龙滩和丹江口水库坝址断面，用于提供降水、气温等气象数据的气象站点共有 25 个。汉江上游水库坝址断面和气象站点位置如图 2.1 所示。

长 江 科 学 院 硕 士 学 位 论 文三水源新安江模型采用自由水蓄水库划分水源。自由水蓄水库设置两个出口其出流系数分别记为 KSS 和 KG，，产流量 R 进入自由水蓄水库内，通过两个出流系数和溢流的方式将产流量R划分为地面径流（RS）、壤中流（RSS）和地下径流（RG）。（4）汇流计算三水源新安江模型的流域汇流包括坡地汇流和河网汇流。坡地汇流阶段，经过水源划分的地面径流直接进入河网成为 TRS，壤中流和地下径流分别进入壤中流蓄水库和地下径流蓄水库成为 TRSS 和 TRG，三者相加即为河网总入流 TR；河网汇流阶段，采用无因次单位线法（UH）或滞后演算法得到流域出口断面流量过程 Q。三水源新安江模型流程图如图 2.4 所示，三水源新安江模型主要参数及其取值范围如表 2.2 所示[95-96]。
【学位授予单位】：长江科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV697.13

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本文编号：2703139