跨流域引水與水庫供水聯(lián)合調(diào)度及變化條件對其影響研究.pdf

1、跨流域調(diào)水工程能夠有效緩解水資源時空分布的不均勻性及社會需水的不平衡性，逐漸成為解決資源性缺水地區(qū)水資源需求的一種重要措施。為提高引水效率和效益，勢必需要確定合理有效的跨流域引水與水庫供水聯(lián)合調(diào)度規(guī)則，指導(dǎo)水庫運行。此外，調(diào)水工程建成后將是一個長期的運行過程，近年來不斷加劇的氣候變化及人類活動，未來仍將對區(qū)域水資源狀況以及受水水庫的調(diào)度運行產(chǎn)生影響。基于歷史徑流系列得到的調(diào)度規(guī)則，能否適應(yīng)未來的變化條件，亟需進(jìn)行研究。本文以此為切入點，

2、以碧流河水庫為研究對象，系統(tǒng)研究氣候變化及人類活動對跨流域引水與水庫供水聯(lián)合調(diào)度的影響。主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　(1)基于歷史長時期降雨、徑流數(shù)據(jù)，開展特征值變化及趨勢性檢驗分析。在此基礎(chǔ)上，定性辨識氣候變化和人類活動對徑流的影響，識別研究區(qū)跨流域調(diào)水實際問題。為全文針對氣候變化及人類活動對跨流域引水與水庫供水聯(lián)合調(diào)度影響開展探索性研究奠定基礎(chǔ)。
　　(2)基于增加引水調(diào)度線的思想，設(shè)計跨流域引水與水庫供水聯(lián)合調(diào)度規(guī)則

3、，并針對受水水庫原設(shè)計中考慮生態(tài)需水不全面的問題，構(gòu)建以均衡城市供水及生態(tài)供水為目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化模型?；跉v史長系列徑流數(shù)據(jù)，采用帶精英策略的遺傳算法(NSGA-Ⅱ)進(jìn)行模型求解，優(yōu)化得到考慮“好”及“中”兩種生態(tài)流量的城市及生態(tài)供水相互博弈的Pareto前沿解集，本文稱之為歷史方案。通過調(diào)度圖特點及水庫運行過程分析，驗證歷史方案的合理性;與不引水時優(yōu)化調(diào)度結(jié)果對比，結(jié)果表明，研究區(qū)亟需通過引水來緩解供需水矛盾，本文設(shè)計并優(yōu)化得到的跨流

4、域引水與水庫供水聯(lián)合調(diào)度規(guī)則，實現(xiàn)了調(diào)水的有效性，在引水量約為2.5億m3時，增加城市供水量約2.9億m3，對于保障地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。
　　(3)基于SWAT分布式水文模型的本地化構(gòu)建，針對未來氣候變化及人類活動影響展開分析。一方面，選取第五次國際耦合模式比較計劃(CMIP5)試驗中3種氣候模型(ACCESS1.0、BCC-CSM1.1(m)及CMCC-CM）輸出的氣候數(shù)據(jù);基于改進(jìn)Morphing方法對未來氣候情景

5、數(shù)據(jù)進(jìn)行降尺度修正，并分析未來降雨及氣溫變化。另一方面，在人類活動影響因子中，針對未來人類取用水信息難以預(yù)測的問題，提出基于相鄰年降雨量水平的人類取用水模糊推理模型。在對歷史時期人類取用水進(jìn)行推理結(jié)果驗證時發(fā)現(xiàn)，考慮人類取用水影響的徑流系列與實測系列的擬合程度、模擬評價指標(biāo)，均比SWAT模擬輸出徑流系列有較大改進(jìn)。推理模型得到的模糊規(guī)則參數(shù)，揭示了歷史人類取用水與降雨徑流之間的關(guān)系規(guī)律，在未來短期內(nèi)未規(guī)劃大量增加人口的情況下，可作為推測

6、未來取用水影響量的重要依據(jù)。
　　(4)以不同未來氣候情景數(shù)據(jù)驅(qū)動SWAT模型，并在模型中直接考慮水利工程的影響，進(jìn)行未來徑流模擬預(yù)測;在該徑流模擬系列及未來降雨系列的基礎(chǔ)上，基于人類取用水推理模型預(yù)測未來取用水影響量，進(jìn)一步改進(jìn)SWAT模擬結(jié)果，獲取變化條件下徑流狀況。結(jié)果表明，相對于歷史長系列多年平均徑流量，ACCESS1.0、BCC-CSM1.1(m)及CMCC-CM模型情景下，未來徑流量將分別變化+20.55％、-9.59

7、％和-29.13％?；诮y(tǒng)計學(xué)分析方法，進(jìn)一步掌握未來各情景下降雨徑流分布及趨勢等變化特點，結(jié)論為研究變化條件對受水水庫聯(lián)合調(diào)度的影響奠定基礎(chǔ)。
　　(5)針對未來徑流量大幅減少的供水偏不安全情景（CMCC-CM模型情景），首先考察歷史方案在該情景徑流系列下的運行表現(xiàn)，包括各用水戶供水量及保證率的滿足情況;在運行指標(biāo)變差的情況下，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度規(guī)則的重優(yōu)化。結(jié)果表明，該情景下，在考慮“中”生態(tài)流量時，需要進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度規(guī)則的重優(yōu)化，才

8、能基本滿足各用水戶供水保證率;而在考慮“好”生態(tài)流量時，需要將城市供水量目標(biāo)降為4.57億m3（較原城市供水量目標(biāo)減少0.51億m3），才能基本滿足保證率要求。
　　(6)進(jìn)一步針對未來氣候情景不確定性對聯(lián)合調(diào)度的影響展開分析。借助于所選取的三種未來氣候情景，同時假定三個氣候變化情景(未來多年平均徑流量較歷史長系列分別變化-9.91％、-15.08％及-21.35％)，以識別未來調(diào)度規(guī)則進(jìn)行調(diào)整的臨界條件。通過對比分析歷史方案在各