永定河山区流域未来气候变化及径流响应研究

扫码查看

原文链接

NETL

中文摘要：全球气候变化加剧了水文循环过程，改变了流域水资源时空分布格局，将给水资源管理与保护及水资源可持续利用带来更大挑战。永定河流域是我国北方半干旱半湿润区颇受关注的水资源及生态环境脆弱地区，对于气候变化的适应能力较低。开展永定河流域气候变化对径流的影响研究，对于流域应对气候变化和加强水资源管理与保护至关重要。本文以永定河山区流域为研究对象，基于第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的情景模式比较计划中包含4种核心SSP-RCP组合情景的4个全球气候模式（GCM），分析了未来降水和气温的时空变化特征，采用SWAT水文模型模拟了未来气候变化下的径流响应。主要研究工作和成果如下：（1）基于流域水文气象、数字高程模型、土地利用和土壤类型等数据，考虑水库运行、灌溉用水、工业用水和生活用水等人类活动影响，构建了永定河山区流域SWAT水文模型，采用流域内5个水文站的径流资料对模型参数进行率定和验证，率定期月径流模拟的R2和NSE均在0.5以上，验证期R2均在0.5以上，NSE值也都在0.5及以上，表明模型适用性良好。（2）采用泰勒图对CMIP6全球气候模式在永定河山区流域的适用性进行评估，结果表明多模式集合的综合模拟能力最佳。采用逐步多元回归方法（SMLR）并加入多重共线性检验筛选出最佳预报因子，构建了永定河山区流域气象要素的SDSM统计降尺度模型，模型对气温的模拟效果要好于降水，气温在率定期和验证期R2和NSE均在0.92以上，降水在率定期和验证期R2和NSE均在0.16~0.60之间。采用分位数图法（QM）对降尺度模拟的多模式集合数据进行偏差修正，修正后的降水和气温都得到不同程度的改善，尤其日降水量模拟值更接近于实测值，降水概率分布得到了极大改善。（3）未来4种气候情景下平均气温、最高气温和最低气温变化趋势大体一致，均呈上升趋势，变化幅度总体上表现为远期gt;中期gt;近期，SSP585gt;SSP370gt;SSP245gt;SSP126。三种气温年内变化规律也基本一致，6~9月增幅最为显著，11~1月气温增幅次之。空间分布上，未来3种气温不同气候情景下的空间分布特征均与基准期大体一致，东北部气温最高，呈环状分布，向外延伸气温逐渐递减，在西北方向呈带状分布，自西北向东南递增。平均气温增幅自东南向西北递增，最高气温增幅自西南向东北递增，最低气温增幅在西北、东北和东南区域均呈现出一个变幅中心，呈环状分布，西北和东北中心向外延伸气温增幅逐渐递减，东南中心向外延伸气温增幅逐渐递增。（4）未来降水量变化较剧烈，年际降水量波动起伏较大，增长趋势不显著。近期降水量低于基准期，不同气候情景下降幅变化为SSP585gt;SSP370gt;SSP126gt;SSP245。中期和远期的降水量高于基准期，不同气候情景下增幅表现为SSP585gt;SSP370gt;SSP245gt;SSP126。不同气候情景下降水量年内变化规律基本一致，整体上降水量在10~3月变化幅度明显大于其他月份，且其中1~3月降水量增幅最显著。不同气候情景下降水量在空间分布上差异性较大，SSP126和SSP245情景下，降水量增幅自西北向东南递增，随着时段推移，流域东南和西南部降水量呈现增幅的面积渐增。SSP370和SSP585情景下，近期降水量自西南向东北递增，降水量空间分布表现为东高西低，中期降水量空间分布规律与基准期大体一致，自西北向东南递增，远期降水量自西南向东北递减，降水量表现为西高东低、南高北低的空间分布特征。（5）采用构建的SWAT模型模拟未来4种气候情景下径流量变化，各气候情景下未来径流量均呈现增长趋势，近期不同气候情景下增幅表现为SSP245gt;SSP370gt;SSP585gt;SSP126，中期和远期不同气候情景下增幅均表现为SSP585gt;SSP370gt;SSP126gt;SSP245。流域模拟的未来年径流量较基准期上升，未来3个时段不同气候情景下年内各月径流量较基准期均显著增加，SSP585情景下表现最明显，枯水期（12~4月）的径流量增幅均大于丰水期（7~10月）。不同气候情景下径流量空间分布特征与基准期大体一致，在西北、东北和东南区域的径流量相比其他区域较为丰富，未来径流量在西南和东南区域明显增多，在SSP370和SSP585情景下表现得尤为显著。

作者：

李云鹏

展开 >

关键词：

山区流域径流响应气候变化水文循环 SWAT模型

授予学位：

硕士

学科专业：

水利工程

导师：

李建柱、韩元元

学位年度：

2022

学位授予单位：

天津大学

语种：

中文

中图分类号：