变化环境下流域水文模型参数动态规律研究

发布时间：2017-03-20 20:11

  本文关键词：变化环境下流域水文模型参数动态规律研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在环境变化日益显著的背景下,传统的“稳态”流域假设面临挑战,水文模型中反映流域水文特性的参数也不应再视为固定不变,有必要开展变化环境下流域水文模型参数的动态规律研究。已有的少量研究针对概念性的集总式模型进行,定性分析气候变化下其参数的动态变化规律,缺乏定量研究。论文提出了流域水文模型动态参数估计的理论框架,揭示了不同模型结构对于参数动态规律的影响,以汉江流域为例建立了物理性流域水文模型参数与植被盖度的动态关系,据此改进了流域水文模拟效果,并揭示了汉江流域径流变化的驱动因子及其空间规律。提出以易于观测的流域气候条件和植被覆盖条件的变化间接表征不易观测的模型参数所描述的流域水文特性的变化,建立了基于环境因子的流域水文模型动态参数估计的理论框架。该理论框架的基础是流域因多种要素协同演化而呈现出的自组织特性,它决定了流域不同特征之间具有内在相关性,使得用气候或植被特征来表征土壤等水文物理特征具有可行性。基于提出的理论框架,分别在汉江流域的植被生长期和非生长期建立了NDVI与物理性水文模型参数之间的二次函数回归模型,回归模型的相关系数为0.42~0.75。将此回归模型作为动态参数方案用于改进水文模型,并在验证站和验证期的模拟中检验了动态参数方案的效果。结果表明动态参数方案可以显著改善日径流过程洪水段和枯水段的模拟效果,提高模型在变化环境下的模拟能力。采用模型结构具有明显差异的四个水文模型,对比分析了降雨、潜在蒸散发和植被覆盖变化对各模型蒸发和产流过程参数的影响。结果表明,随着模型物理性增强,气候变化对参数动态变化的影响逐渐减弱,而植被变化的影响逐渐增强。在差异明显的汉江流域和潮河流域开展的对比研究验证了该影响规律的普遍性。基于动态参数水文模型对汉江流域径流变化进行归因分析,并与三种常用方法进行了对比。结果表明气候变化,特别是降雨的减少,是导致汉江径流减少的主要因素,同时植被变化对于径流变化也有重要的影响。与静态参数水文模型相比,动态参数水文模型不仅可以考虑植被变化对流域水文过程的直接影响,而且可以通过参数的动态变化考虑植被变化的间接影响,从而提高了评估植被变化影响的精度。此外,研究了汉江径流变化驱动因子的空间变化规律,结果表明从上游至下游,气候变化的影响逐渐减弱,下垫面条件变化的影响逐渐增强。
【关键词】：环境变化 水文模型 动态参数
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P333
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-24
• 1.1 研究背景和意义8-10
• 1.2 研究现状10-21
• 1.2.1 流域水文模型的研究进展10-13
• 1.2.2 水文模型参数的研究进展13-19
• 1.2.3 变化环境下流域水文模拟与分析的研究进展19-21
• 1.3 研究思路和主要内容21-24
• 第2章 流域水文模型动态参数估计的理论框架24-34
• 2.1 水文模型参数的动态变化24-28
• 2.1.1 参数动态变化的物理含义24-26
• 2.1.2 参数动态变化的表征因子26-28
• 2.2 基于环境表征因子的水文模型动态参数估计的理论框架28-30
• 2.3 动态参数理论框架的进化论解释30-32
• 2.4 小结32-34
• 第3章 汉江流域物理性水文模型参数与植被的动态关系34-73
• 3.1 汉江流域概况34-35
• 3.2 汉江流域气候和植被的时空变化规律35-43
• 3.3 水文模型与参数率定方法43-47
• 3.3.1 THREW模型43-44
• 3.3.2 参数率定方法44-45
• 3.3.3 模型的适用性45-47
• 3.4 模型参数与环境要素的响应关系47-50
• 3.5 基于植被盖度的物理性模型动态参数的估计方法50-56
• 3.5.1 基于植被盖度的动态参数方案50-55
• 3.5.2 基于动态参数方案改进水文模型55-56
• 3.6 动态参数水文模型在汉江流域的应用和验证56-67
• 3.6.1 动态参数模型在汉江流域的应用56-59
• 3.6.2 动态参数模型在验证站点的模拟效果59-65
• 3.6.3 动态参数模型在验证期的模拟效果65-67
• 3.7 动态参数方案在无观测流域的应用67-71
• 3.8 小结71-73
• 第4章 模型结构对参数动态规律的影响73-93
• 4.1 研究思路73-74
• 4.2 研究区域概况74-76
• 4.3 水文模型76-81
• 4.3.1 Budyko模型76-77
• 4.3.2 集总式的新安江模型77-79
• 4.3.3 半分布式的新安江模型79-80
• 4.3.4 THREW模型80-81
• 4.4 汉江流域模型结构对参数动态规律的影响81-86
• 4.5 潮河流域模型结构对参数动态规律的影响86-91
• 4.6 小结91-93
• 第5章 汉江流域径流变化的归因分析93-106
• 5.1 汉江流域的径流变化93-94
• 5.2 归因分析方法94-100
• 5.2.1 归因分析的方法框架94-95
• 5.2.2 基于Budyko模型的方法95-98
• 5.2.3 基于物理性模型的方法98-100
• 5.3 基于不同方法的归因分析结果100-102
• 5.4 空间规律分析102-105
• 5.5 小结105-106
• 第6章 总结与展望106-111
• 6.1 主要研究成果106-108
• 6.2 主要创新点108-110
• 6.3 研究展望110-111
• 参考文献111-122
• 致谢122-124
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果124-125

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