本文關(guān)鍵詞：變化環(huán)境下水文要素變異研究

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【摘要】：在全球性氣候變化明顯和人類活動急劇增長的情況下,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、運行管理的基本資料,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。對已建、在建和待建的水利工程造成直接威脅,進而會影響國家和民族的安全與發(fā)展。因此,本文針對變化環(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、運行管理提供科學(xué)依據(jù),并推動本學(xué)科發(fā)展。本文以渭河流域為研究對象,針對變化環(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對徑流、地表徑流和基流變異的貢獻率,找出了變異的主要驅(qū)動力,構(gòu)建了水文要素變異綜合診斷體系。本文取得的主要研究成果如下:(1)系統(tǒng)分析了渭河流域水文要素的變異及等級劃分。采用Mann-Kendall變異診斷方法,對渭河流域降水、蒸發(fā)、氣溫和徑流序列進行變異診斷,對變異劃分了7個等級。結(jié)果表明水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;變異點基本都出現(xiàn)在1990s;渭河流域徑流變異程度為3級,整體呈現(xiàn)出上游輕、下游重,支流重、干流輕的特性,變異情勢存在著明顯差異;(2)定量分析了支流匯入對徑流變異的影響。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)間是對應(yīng)的。對流量變化貢獻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率高;對變異系數(shù)變化貢獻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率高;(3)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對徑流變異的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣候變化對渭河流域林家村、咸陽、臨潼和華縣4個水文站的徑流減少的貢獻率分別為37%,23%,57%和43%。與氣候變化相比,直接人類活動的影響較強,貢獻率分別為63%,77%,43%和57%。直接人類活動的影響是渭河徑流減少的主要驅(qū)動因子。(4)揭示了渭河流域基流變化規(guī)律,并定性分析了基流變化對流域水量平衡的影響。采用了 Nathan和McMahon在1990年提出的基流分割法對研究區(qū)域進行基流分割,從1960年到2005年,各站基流年際變化較大,變化趨勢隨著徑流總量的趨勢變化,當(dāng)徑流總量較大時,基流量也較大,而地表徑流則變化不明顯,較穩(wěn)定。(5)定量分析了氣候變化和人類活動對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個水文站的兩階段降水分配模型(Two-stage annual 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)動因子,貢獻率均大于76%;人類活動是基流變異的主要驅(qū)動因子,貢獻率均大于59%。(6)定義了水文要素的變異點,區(qū)分了變異點與突變點的不同,并描述了其內(nèi)涵。基于無量綱化的均值和變差系數(shù),提出了水文要素變異等級劃分方法。系統(tǒng)總結(jié)和分析了國內(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系和方法,給出了綜合診斷方法分的4個步驟:變異背景分析、變異點診斷、變異等級劃分和綜合診斷。以渭河流域華縣水文站徑流變異診斷為實例,對51年的年徑流序列進行了變異綜合診斷體系和方法的驗證,表明文中提出的綜合診斷方法具有一定的科學(xué)性和合理性。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P33

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本文編號：1263637