氣候變化下基于SWAT模型的錢塘江流域水文過程研究.pdf

1、在全球氣候變化背景下，近100年中國年平均地表氣溫增加明顯。氣溫增加，大氣持水能力就會增加，進而影響大氣降水模式，對整個水循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響，同時帶來了許多水文氣象極端事件的頻繁發(fā)生。氣候變化已經(jīng)成為目前國際社會公認的最主要的全球性環(huán)境問題之一，研究氣候變化對水文水資源的影響可以為水資源規(guī)劃管理、開發(fā)利用、工程設(shè)計和防災減災提供一定的參考價值。
　　氣候變化對水文水資源尤其是極端事件的影響評估中存在著較大的不確定性，本文主要以錢

2、塘江流域為研究對象，采用氣候變化評估中的各種方法進行研究，包括全球氣候模式、降尺度方法和水文模型等工具。首先，主要通過天氣發(fā)生器和頻率分析方法，研究了氣候變化對錢塘江流域極端降雨的影響。其次，在上游子流域建立SWAT模型，以月尺度進行徑流模擬，研究了氣候變化對水資源量的影響。然后，對SWAT模型進行日尺度模擬，結(jié)合頻率分析方法研究了氣候變化對極端徑流的影響，并重點分析了氣候排放情景不確定性、極值模型不確定性和SWAT模型參數(shù)不確定性對極

3、端徑流模擬結(jié)果的影響。最后，提出了后處理技術(shù)和多目標校準方法兩種改進極端徑流模擬的方法。論文主要工作和取得的成果如下:
　　(1)在A1B、A2和B1排放情景下，通過LARS-WG天氣發(fā)生器對HadCM3、CCSM3和ECHAM5模式的結(jié)果進行降尺度，生成未來三個時期的逐日降雨量并進行水文頻率分析。結(jié)果表明，跟基準期相比，大多數(shù)氣候排放情景和GCM模式下，錢塘江流域各站點不同重現(xiàn)期下的設(shè)計暴雨值跟基準期相比都是增大的。同時，計算結(jié)

4、果中也存在著較大的不確定性，在三種氣候排放情景和GCM模式下，杭州站百年一遇的設(shè)計暴雨值相對變化范圍為-16％～113％。
　　(2)采用GCM集合數(shù)據(jù)，通過降尺度處理后作為SWAT模型輸入數(shù)據(jù)，模擬了蘭江流域未來時期的徑流量。結(jié)果表明，蘭江流域未來時期的年降雨量沒有明顯變化，各子流域年降雨量變化范圍為-2.62％～2.74％。而月均降雨量的變化卻非常顯著，如A2情景下的金華子流域，月均降雨量最大增幅為13％，最大降幅為18％。未

5、來時期流域年平均潛在蒸發(fā)相對變化范圍為1.63％～13.67％，說明氣候變化下潛在蒸發(fā)有增大的趨勢。年平均徑流量的變化范圍為-21.72％～1.28％，表明氣候變化下蘭江流域徑流量有減小的趨勢，意味著未來時期的可利用水資源量有減小的趨勢。
　　(3)針對中國東部，構(gòu)建了PRECIS區(qū)域氣候模式，對HadCM3的結(jié)果進行降尺度，利用SWAT模型模擬未來時期蘭江流域逐日徑流，采用三個極值模型進行頻率分析，評估了氣候變化對極端徑流的影響

6、，并分析了其中的不確定性。結(jié)果表明，2011-2040時期不同排放情景下蘭江流域較小重現(xiàn)期下的設(shè)計洪水都有增大的趨勢。對于金華和義烏佛堂站，較大重現(xiàn)期下的設(shè)計洪水也有增大的趨勢，說明未來可能有更加頻繁的洪澇災害發(fā)生。同時，未來極端徑流的模擬中存在著很大的不確定性。在考慮的三個不確定性來源中，SWAT模型參數(shù)是未來設(shè)計洪水模擬不確定性的一個比較重要的來源，其次是排放情景和極值模型。隨著重現(xiàn)期的增大，極值模型貢獻的不確定性也會隨著增大。

7、r>　　(4)采用SWAT和GR4J模型對蘭江流域進行日徑流模擬，利用超閾值（Peaks Over Threshold，以下簡稱POT）法提取其中的極端徑流，并對提取的極端徑流采用分位數(shù)映射（Quantile Mapping，以下簡稱QM）法和兩個廣義線性模型（Generalized Linear Model，以下簡稱GLM）進行后處理。另外，采用多目標校準方法對GR4J模型進行參數(shù)校準和驗證(GR4J-M)，以提高極端徑流的模擬能力，