耦合地下水文过程的流域气候水文模型研究
发布时间：2020-12-20 00:18
气候变暖加快了全球和区域尺度的水文要素的变化。流域气候水文模型是研究流域水循环最重要的手段和工具,在以往的研究中,陆表水文过程是大家关注的焦点,地下水过程以其复杂性和不可见性通常被忽略或简单考虑。此外由于流域和地下水流系统的划分方法不一致,很少有人从概念机理上解释流域和地下水流系统之间的关系,并识别出将地表水和地下水统一的水文循环三维空间。本论文通过理论分析并结合实际案例,对以上问题开展研究。首先提出水文要素比例原理简洁模型,得到年尺度上流域蒸散量随土壤-植物-大气连续体水储量变化的无参数公式,将多年时间尺度Budyko模式推广到年际尺度。并利用该无参数公式构建了新型三参数气候水文模型-bcd模型。上述理论和模型被成功应用到美国Nebraska州NLRB流域,得到流域水文年际变化在Budyko空间的移动路径不同于任何一条经典Budyko曲线。通过将水储量变化考虑到年际水文过程中来扩展Budyko框架,本论文推导了水文敏感性系数的理论解析公式。进一步将bcd模型改进,使其考虑农田灌溉利用地下水过程。并将其成功应用到美国Illinois州12个流域,发现农田显著增加了实际蒸散量和径流对气候...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
NLRB流域数据在新Budyko框架中的变化
中国地质大学（北京）博士学位论文31年气象数据和选择的0~1之间典型的η值进行敏感性分析，Si/Pi与Epi/Pi和Ei/Pi与Epi/Pi的数据点结果展示在图2-9中。从图2-9ad可以得到，Si/Pi通常随着干旱指数的增加而减小，随着η值的减小斜率和波动范围都变校Ei/Pi对变化的干旱指数的响应与减小的η值的结果展示在图2-9eh中。Ei/Pi通常随着干旱指数的增加而增加，随着η值的减小Ei/Pi>1发生的概率也减少。式(2-27)也可以用来估算多年时间尺度长期行为的SPAC系统水储量。当Si=Si-1=S时，可以得到221(12)4(1)2(1)SP（2-29）式中S为多年平均初始SPAC储量，代表很长一段时期内每一年初始SPAC储量的平均值。S/P是多年平均初始SPAC储量与多年平均降水量的比值。多年平均蒸散比率，F=E/P，也可以通过下式得到：21(12)4(1)12kSFcP（2-30）这是本文发展的新Budyko类型公式。S/P-曲线和F-曲线对应不同的η值结果展示在图2-9中，用来和NLRB流域的年数据点作比较。从图2-9dh中可以看出，当η值较小时（<0.4），年数据和多年行为的曲线匹配较好。表明当η<0.4时，式(2-29)和(2-30)可以近似用来捕捉E/P和S/P的年际趋势。图2-9在NLRB流域气象条件下年S/P-数据（a-d）和F-数据（e-h）对应不同η的散点图。参数η=c/(k+c)由式(2-28)定义。曲线为多年S/P和E/P的理论曲线，由式(2-29)和(2-30)确定。由于新提出的Budyko公式和Wang和Tang（2014）提出的公式都是基于广
中国地质大学（北京）博士学位论文99二大沉积盆地（图6-1）。四周被山地围绕，东部是吕梁山，西部为贺兰山-六盘山，南部是秦岭，北部为阴山。鄂尔多斯盆地内含有丰富的自然资源，如煤、石油、天然气和稀土等，已经成为21世纪最重要的国家级能源、重化工基地之一（侯光才等，2008），因此对水资源的需求也日益增加。由于地表水相对贫瘠，地下水水资源就显得及其重要。（一）地形地貌鄂尔多斯盆地周边的山地海拔在1500~2500m之间，盆地主体主要由北部的沙漠高原和南部的黄土高原两大地貌单元构成，被白于山构成的东西向地表分水岭所分割。白于山海拔高度约1500~1800m。鄂尔多斯盆地地势总体呈西北高东南低，局部地区有较大起伏。受地形地貌的控制，盆地两侧的气候、水文和水文地质等条件有较大差异。北部的沙漠高原区也被称之为鄂尔多斯高原，面积约8.1×104km2，是本文的研究区。地形呈波状起伏，但相对高差不大。海拔高度从中部的四十里梁（1400~1500m）到东部、西部和北部边缘（1100~1200m）逐渐下降。地下水在地表一级分水岭-四十里梁处接受补给，在重力作用下经浅层-深层交替垂向流和水平径流向两侧的河流和湖泊排泄。图6-1鄂尔多斯盆地地下水系统分布图（侯光才等，2008）
【参考文献】：
期刊论文
[1]流域非闭合特性对岩溶地区水文过程模拟的影响[J]. 吴乔枫,刘曙光,蔡奕,蒋杨明. 水利学报. 2017(04)
[2]基于MODIS数据的海流兔河流域蒸散量的计算[J]. 张雨航,王晓林,胡光成. 地球科学(中国地质大学学报). 2012(02)
[3]基于GIS的宜昌市近50年来气温与降水时空演变规律研究[J]. 秦天玲,张萍,严登华,严向东,耿思敏. 热带地理. 2011(05)
[4]气候变化对水文水资源影响问题的探讨[J]. 刘昌明,刘小莽,郑红星. 科学对社会的影响. 2008(02)
[5]45年来中国蒸发皿蒸发量的变化特征及其成因[J]. 申双和,盛琼. 气象学报. 2008(03)
[6]中国气候变化的检测及预估[J]. 丁一汇,任国玉,赵宗慈,徐影,罗勇,李巧萍,张锦. 沙漠与绿洲气象. 2007(01)
[7]利用小蒸发皿观测资料确定参考作物蒸散量方法研究[J]. 樊军,王全九,郝明德. 农业工程学报. 2006(07)
[8]中国气候与环境演变评估(I):中国气候与环境变化及未来趋势[J]. 秦大河,丁一汇,苏纪兰,任贾文,王绍武,伍荣生,杨修群,王苏民,刘时银,董光荣,卢琦,黄镇国,杜碧兰,罗勇. 气候变化研究进展. 2005(01)
[9]鄂尔多斯盆地水文地质特征及地下水系统分析[J]. 王德潜,刘祖植,尹立河. 第四纪研究. 2005(01)
[10]1948～2000年全球陆地年降水量场趋势变化的时、空特征[J]. 施能,黄先香,杨扬. 大气科学. 2003(06)
博士论文
[1]巴丹吉林沙漠包气带水观测与模拟研究[D]. 周燕怡.中国地质大学(北京) 2019
[2]鄂尔多斯高原生态水文指数与地下水的关系研究[D]. 齐蕊.中国地质大学(北京) 2017
[3]盆地多级次地下水流系统识别方法研究[D]. 王俊智.中国地质大学(北京) 2015
[4]地下水与陆面蒸散相互作用的模型研究[D]. 陈添斐.中国地质大学（北京） 2014
[5]海流兔河流域地下水对植被指数分布的影响研究[D]. 吕京京.中国地质大学（北京） 2013
[6]网格型松散结构分布式水文模型及地貌瞬时单位线研究[D]. 石朋.河海大学 2006
硕士论文
[1]气候水文模型ABCD的应用和参数特征研究[D]. 韩鹏飞.中国地质大学(北京) 2016
本文编号：2926836
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
NLRB流域数据在新Budyko框架中的变化
中国地质大学（北京）博士学位论文31年气象数据和选择的0~1之间典型的η值进行敏感性分析，Si/Pi与Epi/Pi和Ei/Pi与Epi/Pi的数据点结果展示在图2-9中。从图2-9ad可以得到，Si/Pi通常随着干旱指数的增加而减小，随着η值的减小斜率和波动范围都变校Ei/Pi对变化的干旱指数的响应与减小的η值的结果展示在图2-9eh中。Ei/Pi通常随着干旱指数的增加而增加，随着η值的减小Ei/Pi>1发生的概率也减少。式(2-27)也可以用来估算多年时间尺度长期行为的SPAC系统水储量。当Si=Si-1=S时，可以得到221(12)4(1)2(1)SP（2-29）式中S为多年平均初始SPAC储量，代表很长一段时期内每一年初始SPAC储量的平均值。S/P是多年平均初始SPAC储量与多年平均降水量的比值。多年平均蒸散比率，F=E/P，也可以通过下式得到：21(12)4(1)12kSFcP（2-30）这是本文发展的新Budyko类型公式。S/P-曲线和F-曲线对应不同的η值结果展示在图2-9中，用来和NLRB流域的年数据点作比较。从图2-9dh中可以看出，当η值较小时（<0.4），年数据和多年行为的曲线匹配较好。表明当η<0.4时，式(2-29)和(2-30)可以近似用来捕捉E/P和S/P的年际趋势。图2-9在NLRB流域气象条件下年S/P-数据（a-d）和F-数据（e-h）对应不同η的散点图。参数η=c/(k+c)由式(2-28)定义。曲线为多年S/P和E/P的理论曲线，由式(2-29)和(2-30)确定。由于新提出的Budyko公式和Wang和Tang（2014）提出的公式都是基于广
中国地质大学（北京）博士学位论文99二大沉积盆地（图6-1）。四周被山地围绕，东部是吕梁山，西部为贺兰山-六盘山，南部是秦岭，北部为阴山。鄂尔多斯盆地内含有丰富的自然资源，如煤、石油、天然气和稀土等，已经成为21世纪最重要的国家级能源、重化工基地之一（侯光才等，2008），因此对水资源的需求也日益增加。由于地表水相对贫瘠，地下水水资源就显得及其重要。（一）地形地貌鄂尔多斯盆地周边的山地海拔在1500~2500m之间，盆地主体主要由北部的沙漠高原和南部的黄土高原两大地貌单元构成，被白于山构成的东西向地表分水岭所分割。白于山海拔高度约1500~1800m。鄂尔多斯盆地地势总体呈西北高东南低，局部地区有较大起伏。受地形地貌的控制，盆地两侧的气候、水文和水文地质等条件有较大差异。北部的沙漠高原区也被称之为鄂尔多斯高原，面积约8.1×104km2，是本文的研究区。地形呈波状起伏，但相对高差不大。海拔高度从中部的四十里梁（1400~1500m）到东部、西部和北部边缘（1100~1200m）逐渐下降。地下水在地表一级分水岭-四十里梁处接受补给，在重力作用下经浅层-深层交替垂向流和水平径流向两侧的河流和湖泊排泄。图6-1鄂尔多斯盆地地下水系统分布图（侯光才等，2008）
【参考文献】：
期刊论文
[1]流域非闭合特性对岩溶地区水文过程模拟的影响[J]. 吴乔枫,刘曙光,蔡奕,蒋杨明. 水利学报. 2017(04)
[2]基于MODIS数据的海流兔河流域蒸散量的计算[J]. 张雨航,王晓林,胡光成. 地球科学(中国地质大学学报). 2012(02)
[3]基于GIS的宜昌市近50年来气温与降水时空演变规律研究[J]. 秦天玲,张萍,严登华,严向东,耿思敏. 热带地理. 2011(05)
[4]气候变化对水文水资源影响问题的探讨[J]. 刘昌明,刘小莽,郑红星. 科学对社会的影响. 2008(02)
[5]45年来中国蒸发皿蒸发量的变化特征及其成因[J]. 申双和,盛琼. 气象学报. 2008(03)
[6]中国气候变化的检测及预估[J]. 丁一汇,任国玉,赵宗慈,徐影,罗勇,李巧萍,张锦. 沙漠与绿洲气象. 2007(01)
[7]利用小蒸发皿观测资料确定参考作物蒸散量方法研究[J]. 樊军,王全九,郝明德. 农业工程学报. 2006(07)
[8]中国气候与环境演变评估(I):中国气候与环境变化及未来趋势[J]. 秦大河,丁一汇,苏纪兰,任贾文,王绍武,伍荣生,杨修群,王苏民,刘时银,董光荣,卢琦,黄镇国,杜碧兰,罗勇. 气候变化研究进展. 2005(01)
[9]鄂尔多斯盆地水文地质特征及地下水系统分析[J]. 王德潜,刘祖植,尹立河. 第四纪研究. 2005(01)
[10]1948～2000年全球陆地年降水量场趋势变化的时、空特征[J]. 施能,黄先香,杨扬. 大气科学. 2003(06)
博士论文
[1]巴丹吉林沙漠包气带水观测与模拟研究[D]. 周燕怡.中国地质大学(北京) 2019
[2]鄂尔多斯高原生态水文指数与地下水的关系研究[D]. 齐蕊.中国地质大学(北京) 2017
[3]盆地多级次地下水流系统识别方法研究[D]. 王俊智.中国地质大学(北京) 2015
[4]地下水与陆面蒸散相互作用的模型研究[D]. 陈添斐.中国地质大学（北京） 2014
[5]海流兔河流域地下水对植被指数分布的影响研究[D]. 吕京京.中国地质大学（北京） 2013
[6]网格型松散结构分布式水文模型及地貌瞬时单位线研究[D]. 石朋.河海大学 2006
硕士论文
[1]气候水文模型ABCD的应用和参数特征研究[D]. 韩鹏飞.中国地质大学(北京) 2016
本文编号：2926836
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