寒区流域分布式水资源模拟模型研究及应用

摘要

中国西北地区经济和社会发展的最大制约因素是水。在全球变暖的背景下，出山径流量的变化对中下游地带的社会经济发展和生态环境保护有着直接和决定性的影响。因此，研究内陆河流域的冰雪水资源水循环机理和出山口径流量的未来变化趋势，对于保护利用源头水资源，进行中下游水资源优化配置有着重大的现实意义。本文以甘肃省石羊河流域为区域研究背景，围绕寒区分布式水资源系统模拟和未来水资源变化情景分析这两大专题展开研究。 文章首先介绍了西北高寒山区降水的水平垂直分布特征，针对山区降水与海拔具有强相关性，选用基于地理空间特征和回归统计的PRISM法对无资料地区降水进行空间网格插值计算研究。之后在对研究区分析的基础上，进行区域系统概化，确定寒区水循环系统的构成要素，并以GIS技术为支撑，通过DEM数字高程模型进行流域信息提取，构建考虑融雪机制的网格型松散结构分布式水文模型，在模型中探讨了地形差异对地面冷热源再分布以及对融雪出流量的影响，提出了基于网格坡向判断的融雪径流模型，并将其与分布式新安江产汇流模型进行耦合，从而构建具有完整体系的寒区流域水循环系统。应用该模型在寒区流域石羊河上游进行水资源模拟实例研究，结果表明所建模型结构合理，适合大尺度无资料高寒山区水文研究。最后，在石羊河现状天气状态的分析下，设置未来气候情景模式并以此作为分布式模型驱动，观测输出项冰雪水资源和出山径流量的未来变化趋势。 研究表明，在全球变暖的背景下，河西地区年平均气温多呈上升趋势，受其地理位置、海拔高度和径流补给类型的影响，石羊河产流区径流量会随气温升高呈下降趋势，因而应对中下游受水区制定相应的水资源规划调度措施。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.2.1分布式流域水文模型

1.2.2寒区水文研究进展

1.2.3气候变化对水资源研究进展

1.3本文研究内容及技术路线

1.3.1主要研究目标及内容

1.3.2技术路线

第二章 降水资料空间插值研究

2.1中国西部高寒山区年降水分布特点

2.1.1年降水量的水平分布

2.1.2年降水量的垂直分布

2.2研究区概况

2.2.1流域概况

2.2.2水资源概况

2.3降水资料空间插值方法研究

2.3.1降水空间插值及研究现状

2.3.2 PRISM在石羊河流域降水中的插值应用

2.4本章小结

第三章 基于DEM的寒区流域分布式水文模型

3.1基于DEM的流域信息提取

3.1.1 DEM预处理

3.1.2流向判定

3.1.3水系生成

3.1.4子流域划分

3.2模型概述与构建

3.2.1分布式水文模型概述

3.2.2建模思路

3.2.3模型总体框架

3.3单元网格融雪径流模型

3.3.1融雪的热量来源

3.3.2坡度坡向差异对融雪出流的影响

3.3.3构建坡向—太阳辐射—融雪出流三者间关系

3.3.4考虑坡向因素影响的融雪径流改进模型

3.3.5融雪径流模型参数

3.4单元网格产流模型

3.4.1适合高寒地区的分布式新安江模型

3.4.2模型的结构及参变量

3.4.3模型计算方法

3.5单元网格汇流模型

3.5.1河道洪水演算的水文学方法—马斯京干法

3.5.2基于Muskingum-Cunge的逐栅格演算法

3.6模型验证与结果分析

3.6.1模型参数率定

3.6.2模型检验

3.6.3模型成果分析

3.7本章小结

第四章 气候变化对流域水资源的影响研究

4.1流域气温变化

4.1.1年平均气温变化特征

4.1.2最高、最低气温变化的不对称性

4.1.3气温对蒸发的影响

4.2流域降水变化

4.2.1水汽来源

4.2.2降水量时空分布特征

4.3流域径流量变化

4.3.1出山径流年内变化特征

4.3.2出山径流年际变化特征

4.4水资源情景分析

4.4.1水资源对气候变化的敏感性分析

4.4.2四种气候情景下径流年内分配的变化

4.4.3气温对寒区水文的影响

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2问题与展望

参考文献

致谢