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基于HEC-HMS模型的碧流河流域未来径流对气候变化响应研究

2020-12-10阅读(459)

基于HEC-HMS模型的碧流河流域未来径流对气候变化响应研究

论文摘要

近年来,我国受极端天气气候的影响越来越强烈,全球气候变化已经成为研究的热点。因此研究未来的气象要素的变化,进而研究径流的变化特征具有重要意义,可以为有关部门科学规划水资源配置、水库调度以及开展生态保护等决策提供依据。本文以碧流河水库流域为研究对象,首先构建研究区的HEC-HMS模型,针对历史时期径流进行模拟,并对模拟结果进行精度评价;再建立研究区的SDSM模型,利用实测气象资料以及NCEP再分析资料通过筛选预报因子、建立预报量与预报因子之间的统计经验关系率定模型,利用解释方差以及标准误差分析模型模拟效果,并基于SDSM模型对Can ESM2模式三种情景RCP 2.6、RCP 4.5以及RCP 8.5下未来降水进行降尺度模拟;最后将得到的未来情景降水结果输入到率定好的HEC-HMS模型中,进而分析碧流河水库流域径流在未来气候变化下的响应。本研究得到的结论如下:（1）基准期（1978-2011年）内的降水和径流均呈现下降趋势,且下降趋势显著。降水量年下降率为1.42 mm/a;径流量年下降率为0.08亿m3/a。通过M-K趋势检验得出径流量的下降趋势较降水量大。（2）通过均方根误差、最大洪峰流量相对误差、径流深相对误差、径流量相对误差和峰现时间五个指标分别对HEC-HMS模型对径流的模拟结果进行评定,其中峰现时间的预报合格率为0.91;洪峰流量的合格率为0.77;径流量的合格率为0.86及年流量的合格率为0.82,都达到了乙级的预报标准。（3）通过Nash-Suttcliffe模型效率系数（DC）、合格率QR值及nt值（均方根误差RMSE小于实测序列的标准差SD的次数）对HEC-HMS模型模拟的精度进行评定。其中DC和nt值表明在22年的率定期中,有6年预报不合格,16年预报合格,其QR值为0.73,达到了乙级的精度标准。（4）统计降尺度模型SDSM在研究区建立预报因子与预报量（P）之间的统计关系。先通过解释方差和标准误差进行评价,后通过DC值和QR值分析模型的合格性。其合格率为0.77,达到了乙级的预报标准。结果表明可以利用该模型进行大尺度气象因子的降尺度模拟。（5）基于通过验证的SDSM降尺度模型对Can ESM2模式中RCP 2.6、RCP 4.5及RCP 8.5三种情景降水量进行模拟,得到流域未来三种气候情景下9个雨量站的逐日降水数据。结果表明在RCP 2.6、RCP 4.5及RCP 8.5三种情景下降水量较基准期均有所增加,三种情景年均降水量较基准期增加值分别为163.7 mm、178.1 mm及163.7 mm。未来三种情景下降水量整体均呈现减少的趋势,不同模式下多年平均降水量依次为877.0mm、888.8mm和874.4 mm,其年下降率依次为1.14mm/a、0.49 mm/a和0.24 mm/a。三种模式下年降水峰值均集中于汛期,但随着CO2排放量的增加,降水峰值有一定后移的特征。RCP 4.5内的降水峰值较RCP 2.6后移半月,RCP 8.5内的降水峰值较RCP 4.5又后移半月。（6）将各雨量站的逐日降水量输入HEC-HMS模型中的时间序列模块,通过验证后的HEC-HMS模型获取未来三种情景下流域出口的逐日流量数据,通过对数据进行分析得出在RCP 2.6、RCP 4.5以及RCP 8.5三种情景下的径流深均有所增加,三种情景下未来径流深相较于基准期增加值分别为143.86 mm、151.05 mm及135.28 mm。在RCP 2.6、RCP 4.5以及RCP 8.5三种情景下径流量较基准期均有所增加,不同模式中较基准期增加值不同,其值分别为2.41亿m3、2.34亿m3和2.25亿m3。三种情景下未来径流量整体呈现减少的趋势,不同模式下多年平均径流量依次为7.59亿m3、7.52亿m3和7.43亿m3;年均下降率依次为0.025亿m3/a、0.0032亿m3/a和0.006亿m3/a。三种情景下的峰现时间同降水量相似,均有后移的特征,RCP 4.5下的峰现时间较RCP 2.6后移半月,RCP 8.5下的峰现时间较RCP 4.5后移时间更久。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究目的与意义
  •   1.2 国内外研究进展
  •     1.2.1 水文要素变化规律研究进展
  •     1.2.2 HEC-HMS模型研究进展
  •     1.2.3 气候变化的研究进展
  •   1.3 研究内容与技术方法
  •     1.3.1 研究内容
  •     1.3.2 技术路线
  • 第二章 研究区概况及数字流域信息
  •   2.1 研究区概况
  •     2.1.1 流域概况
  •     2.1.2 研究区基础数据
  •     2.1.3 流域水文要素变化
  •   2.2 数字流域信息
  • 第三章 HEC-HMS模型建立
  •   3.1 模型构建
  •     3.1.1 降雨损失模拟
  •     3.1.2 直接径流模拟
  •     3.1.3 基流模拟
  •     3.1.4 河道洪水演算模拟
  •   3.2 HEC-HMS模型建立
  •   3.3 模型参数率定与验证
  •     3.3.1 模型误差分析与精度评定
  •     3.3.2 模型参数率定
  •     3.3.3 模型验证
  •   3.4 历史时期分析
  •   3.5 小结
  • 第四章 SDSM模型建立
  •   4.1 SDSM模型构建
  •     4.1.1 数据准备
  •     4.1.2 筛选预报因子
  •   4.2 模型率定
  •   4.3 模拟结果与分析
  •   4.4 小结
  • 第五章 未来情景下的径流变化
  •   5.1 未来情景降水量模拟
  •     5.1.1 RCP2.6 情景降水量模拟
  •     5.1.2 RCP4.5 情景降水量模拟
  •     5.1.3 RCP8.5 情景降水量模拟
  •     5.1.4 未来降水量分析
  •   5.2 未来气候情景的径流量变化
  •     5.2.1 RCP2.6 情景径流量分析
  •     5.2.2 RCP4.5 情景径流量分析
  •     5.2.3 RCP8.5 情景径流量分析
  •     5.2.4 未来径流量分析
  •   5.3 小结
  • 第六章 结论与展望
  •   6.1 研究成果与结论
  •   6.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间发表学术论文

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 刘晓清

    导师: 郑秀清

    关键词: 模型,降水量,径流模拟,气候情景,碧流河水库流域

    来源: 太原理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 气象学,地球物理学

    单位: 太原理工大学

    分类号: P333;P467

    总页数: 85

    文件大小: 3534K

    下载量: 243

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