胶东丘陵区典型流域河川径流变化特征及其动因分析——以大沽夹河为例

摘要

河川径流作为水循环的重要环节，是水资源综合开发利用、科学管理、优化调度的重要依据。然而，近一个世纪，特别是近几十年来，人类活动和气候变化越来越多的影响着河川径流的形成和演变过程，致使我国部分河川径流出现衰减甚至断流现象，严重影响了区域经济的发展。胶东丘陵区是我国水资源较为匮乏的地区之一，水资源短缺已成为影响该区经济快速发展的“瓶颈”因素。因此，本文以胶东丘陵区典型流域大沽夹河流域各水文气象观测站近40年来逐月实测水文、气象数据资料为基础，借助相关领域的变点分析和小波分析等新方法，对胶东丘陵区典型流域河川径流的变化规律及驱动因素进行了较为全面、系统和深入的研究，建立了流域径流序列的预测模型并对其进行了初步探讨。 本研究取得以下几点有意义的结论： 1．近40年来，大沽夹河流域径流量无论在年际或年代际时间尺度上，均里持续衰减态势。从年际变化来看，流域年径流量自20世纪70年代初至80年代中期下降明显，20世纪80年代以后，径流锐减，距平值基本处于“0线”以下，为径流低值期。由年代际变化可知，20世纪80年代径流衰减幅度最大，年平均径流量仅为70年代的23.24％，多年平均的53.91％。 2．大沽夹河流域径流年内分配十分不均匀，径流量主要集中在6～10月份，11月至次年4月所占比重不大：1966～1971年和1982～1996年的年内分配特征比较接近，1972～1981年和1997～2004年的比较相似；从1997年至今，径流年内分配特征出现了较大的变化，具体表现在年内分配不均匀系数增大、集中程度提高、集中期出现的时间推迟和变化幅度增大(年内出现径流断流)等特征，导致流域水资源开发利用难度加剧。 3.流域径流的演变过程存在明显的多时间尺度特征，具有18～32年，8～17年和3～7年的3类尺度的周期变化规律。由小波方差分析得出，在未来的5年内径流低频波仍将发展，即大约到2010年左右流域径流仍将处于偏枯期。 4．近40年来大沽夹河流域年平均气温整体呈上升趋势，倾向率达0.20℃/10a，增温趋势显著。流域年平均降水量整体呈下降趋势，倾向率为-42.17mm/10a，远远高于1951～1989年全国年平均递减率(-12.66mm/10a)。其中，气温存在7年、15年和28年左右的特征时间尺度，且以28年特征时间尺度为流域气温的主要特征尺度，降水具有4年、13年和28年的特征时间尺度，以28年左右的周期震荡最强，为流域降水变化的第一主周期。由两者主周期(均为28年特征时间尺度)可知，在未来的15年内，流域内气温会持续增加，降水继续偏丰，流域气候将以暖湿气候为主要特征。 5．在影响流域径流演变特征的诸多气候因子中，流域降水和径流的关系最为密切，它在一定程度上控制着流域径流的演变特征。但实测年径流量的变化趋势和降水的变化趋势并不能完全吻合，这说明它同时还受人类活动的影响。在不同的时间域和时间尺度内，气候变化和人类活动对流域径流变化的影响将同时存在。研究表明，1980s以前，气候变化是大沽夹河流域径流演变的主要驱动因素，而1980s至今，人类活动对径流的驱动则占主导地位。 6．尝试将径流时间序列分为趋势预测和随机波动预测两部分，建立了趋势-随机预测模型。实证结果表明，该模型兼有趋势预测和马尔柯夫预测之优点，可以较充分地利用历史数据给予的信息，预测精度高达90.19％。和二次滑动平均与灰色GM(1，1)预测结果相比，预测精度分别提高了25.52％和6.58％，具有计算简便，预测精度高的特点。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究进展

1.2.1河川径流演变规律和变化特征研究

1.2.2气候变化和人类活动对河川径流变化特征影响研究

1.2.3径流预测方法研究

1.3主要研究内容和拟解决的关键问题

1.4研究思路和技术路线

第二章大沽夹河流域河川径流变化特征

2.1流域概况

2.2资料来源与研究方法

2.3流域径流量基本变化特征

2.3.1流域径流量基本变化特征

2.3.2流域径流年内分配特征

2.3.3流域径流的多时间尺度特征

2.4本章小结

第三章大沽夹河流域影响径流变化的气候特征

3.1资料来源和研究方法

3.1.1资料来源

3.1.2研究方法

3.2近40年来大沽夹河流域气温变化特征

3.2.1流域气温年、季变化

3.2.2流域气温变化的突变性和阶段性

3.2.3流域气温变化的多时间尺度特征

3.3近40年来大沽夹河流域降水变化特征

3.3.1流域降水年、季变化

3.3.2流域降水变化的突变性和阶段性

3.3.3流域降水量变化的多时间尺度特征

3.4本章小结

第四章大沽夹河流域天然径流变化特征的动因分析

4.1流域天然径流量计算

4.2气候因子对径流演变的驱动分析

4.3人类活动对径流演变的驱动分析

4.4本章小结

第五章径流趋势-随机时间序列预测模型研究

5.1趋势-随机时间序列预测模型

5.1.1趋势性模型的建立

5.1.2状态划分

5.1.3状态转移概率的确定

5.1.4预测值计算

5.2大沽夹河流域径流预测

5.2.1预测趋势线的确定

5.2.2状态划分

5.2.3状态转移概率的确定

5.2.4计算预测值

5.3模型有效性分析

5.4本章小结

第六章结论与讨论

6.1主要研究结论

6.2讨论

致谢

参考文献

硕士在读期间公开发表论文清单