基于HEC-HMS模型的碧流河流域未来径流对气候变化响应研究

发布时间：2020-08-25 09:57

【摘要】：近年来,我国受极端天气气候的影响越来越强烈,全球气候变化已经成为研究的热点。因此研究未来的气象要素的变化,进而研究径流的变化特征具有重要意义,可以为有关部门科学规划水资源配置、水库调度以及开展生态保护等决策提供依据。本文以碧流河水库流域为研究对象,首先构建研究区的HEC-HMS模型,针对历史时期径流进行模拟,并对模拟结果进行精度评价;再建立研究区的SDSM模型,利用实测气象资料以及NCEP再分析资料通过筛选预报因子、建立预报量与预报因子之间的统计经验关系率定模型,利用解释方差以及标准误差分析模型模拟效果,并基于SDSM模型对Can ESM2模式三种情景RCP 2.6、RCP 4.5以及RCP 8.5下未来降水进行降尺度模拟;最后将得到的未来情景降水结果输入到率定好的HEC-HMS模型中,进而分析碧流河水库流域径流在未来气候变化下的响应。本研究得到的结论如下:(1)基准期(1978-2011年)内的降水和径流均呈现下降趋势,且下降趋势显著。降水量年下降率为1.42 mm/a;径流量年下降率为0.08亿m~3/a。通过M-K趋势检验得出径流量的下降趋势较降水量大。(2)通过均方根误差、最大洪峰流量相对误差、径流深相对误差、径流量相对误差和峰现时间五个指标分别对HEC-HMS模型对径流的模拟结果进行评定,其中峰现时间的预报合格率为0.91;洪峰流量的合格率为0.77;径流量的合格率为0.86及年流量的合格率为0.82,都达到了乙级的预报标准。(3)通过Nash-Suttcliffe模型效率系数(DC)、合格率QR值及n_t值(均方根误差RMSE小于实测序列的标准差SD的次数)对HEC-HMS模型模拟的精度进行评定。其中DC和n_t值表明在22年的率定期中,有6年预报不合格,16年预报合格,其QR值为0.73,达到了乙级的精度标准。(4)统计降尺度模型SDSM在研究区建立预报因子与预报量(P)之间的统计关系。先通过解释方差和标准误差进行评价,后通过DC值和QR值分析模型的合格性。其合格率为0.77,达到了乙级的预报标准。结果表明可以利用该模型进行大尺度气象因子的降尺度模拟。(5)基于通过验证的SDSM降尺度模型对Can ESM2模式中RCP 2.6、RCP 4.5及RCP 8.5三种情景降水量进行模拟,得到流域未来三种气候情景下9个雨量站的逐日降水数据。结果表明在RCP 2.6、RCP 4.5及RCP 8.5三种情景下降水量较基准期均有所增加,三种情景年均降水量较基准期增加值分别为163.7 mm、178.1 mm及163.7 mm。未来三种情景下降水量整体均呈现减少的趋势,不同模式下多年平均降水量依次为877.0mm、888.8mm和874.4 mm,其年下降率依次为1.14mm/a、0.49 mm/a和0.24 mm/a。三种模式下年降水峰值均集中于汛期,但随着CO_2排放量的增加,降水峰值有一定后移的特征。RCP 4.5内的降水峰值较RCP 2.6后移半月,RCP 8.5内的降水峰值较RCP 4.5又后移半月。(6)将各雨量站的逐日降水量输入HEC-HMS模型中的时间序列模块,通过验证后的HEC-HMS模型获取未来三种情景下流域出口的逐日流量数据,通过对数据进行分析得出在RCP 2.6、RCP 4.5以及RCP 8.5三种情景下的径流深均有所增加,三种情景下未来径流深相较于基准期增加值分别为143.86 mm、151.05 mm及135.28 mm。在RCP 2.6、RCP 4.5以及RCP 8.5三种情景下径流量较基准期均有所增加,不同模式中较基准期增加值不同,其值分别为2.41亿m~3、2.34亿m~3和2.25亿m~3。三种情景下未来径流量整体呈现减少的趋势,不同模式下多年平均径流量依次为7.59亿m~3、7.52亿m~3和7.43亿m~3;年均下降率依次为0.025亿m~3/a、0.0032亿m~3/a和0.006亿m~3/a。三种情景下的峰现时间同降水量相似,均有后移的特征,RCP 4.5下的峰现时间较RCP 2.6后移半月,RCP 8.5下的峰现时间较RCP 4.5后移时间更久。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P333;P467
【图文】：

位于 122°17′E-122°54′E、39°33′N-40°047 m，是大连地区最大的河流。流域面积 2 814河总长 156 km，直线长约 140 km，弯度系数流深 305.6 mm，多年平均径流量 8.6 亿 m3。始入海口 55 km 处，是东北地区大型水库之一，流域的 74.1 %。总库容为 9.34 亿 m3，流域内多平均径流量 6.14 亿 m3。碧流河水库作为大连市准。

太原理工大学硕士研究生学位论文对1978-2011年的降水量和径流量进行计算 M-K 检验值为-1.33，说明在原序列中存大，且分别通过了置信度 90 %和 95 %的据空间云（Geospatial Data Cloud）网站上EM）。选择碧流河水库流域范围，利用流IS 系统环境下利用 HEC Geo-HMS 数据处文分析，以获得无洼地的 DEM 数据（如地表水流从哪里产生，流向何处，再现水

图 3-2 雨量站控制流域面积Fig.3-2 Rain stations control catchment area的面积权重如表 3-1 所示：表 3-1 雨量站控制面积权重Tab.3-1 Area weight of rainfall station controlle 控制面积（Km2） 占流域面积权重500 283.8 13.8501 265.9 13.0503 259.8 12.7505 136.8 6.7507 181.6 8.9650 228.5 11.1750 290.2 14.2050 219.4 10.7100 183.6 9.0

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