變化環(huán)境下水文要素變異研究.pdf

1、在全球性氣候變化明顯和人類活動(dòng)急劇增長(zhǎng)的情況下，大氣和陸面水循環(huán)發(fā)生了明顯變化，水文系統(tǒng)出現(xiàn)了變異現(xiàn)象。水文序列是水利工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理的基本資料，具有重要作用，應(yīng)具有可靠性、代表性和一致性。然而，當(dāng)水文序列發(fā)生變異之后，導(dǎo)致序列一致性假設(shè)不復(fù)存在。對(duì)已建、在建和待建的水利工程造成直接威脅，進(jìn)而會(huì)影響國(guó)家和民族的安全與發(fā)展。因此，本文針對(duì)變化環(huán)境下水文變異問題開展研究，旨在為水利工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)，并推動(dòng)本學(xué)科發(fā)

2、展。本文以渭河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，針對(duì)變化環(huán)境下水文要素變異問題，研究了渭河流域的降雨、氣溫、蒸發(fā)和徑流等水文要素的變異，定量分析了氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)徑流、地表徑流和基流變異的貢獻(xiàn)率，找出了變異的主要驅(qū)動(dòng)力，構(gòu)建了水文要素變異綜合診斷體系。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴系統(tǒng)分析了渭河流域水文要素的變異及等級(jí)劃分。釆用Mann-Kendall變異診斷方法，對(duì)渭河流域降水、蒸發(fā)、氣溫和徑流序列進(jìn)行變異診斷，對(duì)變異劃分了7個(gè)等級(jí)。結(jié)果表明水

3、文要素均有變異出現(xiàn)。其中，各干支流徑流序列的變異存在著時(shí)空變化性，越靠近下游支流與干流、干流上游與干流下游徑流序列一致性越好；變異點(diǎn)基本都出現(xiàn)在1990s；渭河流域徑流變異程度為3級(jí)，整體呈現(xiàn)出上游輕、下游重，支流重、干流輕的特性，變異情勢(shì)存在著明顯差異。⑵定量分析了支流匯入對(duì)徑流變異的影響。結(jié)果表明：流量的顯著變化與變異系數(shù)發(fā)生顯著變化的支流和干流區(qū)間是對(duì)應(yīng)的。對(duì)流量變化貢獻(xiàn)率高的支流流量所占比例變化顯著，但是比例變化顯著的不一定貢獻(xiàn)

4、率高；對(duì)變異系數(shù)變化貢獻(xiàn)率高的支流流量所占比例變化顯著，但是比例變化顯著的不一定貢獻(xiàn)率高。⑶建立了適用于渭河流域的單參數(shù)Budyko模型，分析了氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)徑流變異的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣候變化對(duì)渭河流域林家村、咸陽、臨潼和華縣4個(gè)水文站的徑流減少的貢獻(xiàn)率分別為37％，23%，57%和43%。與氣候變化相比，直接人類活動(dòng)的影響較強(qiáng)，貢獻(xiàn)率分別為63%，77%，43%和57%。直接人類活動(dòng)的影響是渭河徑流減少的主要驅(qū)動(dòng)因子。⑷揭示了渭河

5、流域基流變化規(guī)律，并定性分析了基流變化對(duì)流域水量平衡的影響。釆用了Nathan和 McMahon在1990年提出的基流分割法對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行基流分割，從1960年到2005年，各站基流年際變化較大，變化趨勢(shì)隨著徑流總量的趨勢(shì)變化，當(dāng)徑流總量較大時(shí)，基流量也較大，而地表徑流則變化不明顯，較穩(wěn)定。⑸定量分析了氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)渭河流域基流變異的影響。建立了渭河流域林家村、咸陽和華縣3個(gè)水文站的兩階段降水分配模型（Two-stage annu

6、al rainfall participation），結(jié)果表明：地表徑流和基流變異的歸因不同，氣候變化是地表徑流變異的主要驅(qū)動(dòng)因子，貢獻(xiàn)率均大于76%；人類活動(dòng)是基流變異的主要驅(qū)動(dòng)因子，貢獻(xiàn)率均大于59%。⑹定義了水文要素的變異點(diǎn)，區(qū)分了變異點(diǎn)與突變點(diǎn)的不同，并描述了其內(nèi)涵?；跓o量綱化的均值和變差系數(shù)，提出了水文要素變異等級(jí)劃分方法。系統(tǒng)總結(jié)和分析了國(guó)內(nèi)外水文要素變異診斷方法，包括傳統(tǒng)的定性、定量診斷方法。構(gòu)建了水文要素變異綜合診斷體