流域降水径流非一致性诊断方法及应用研究

发布时间：2020-06-14 08:17

【摘要】：在水资源管理、规划与配置、防洪减灾方案的设置和实施以及各类水利水电、土木工程的规划、设计、施工及运行管理中,都要求一定标准的设计值,而设计值往往基于水文序列的一致性假设取得。全球气候变化以及人类活动引起了水文要素的剧烈变化,如流域蒸散发量增大、河川径流减少甚至断流,旱涝事件频频发生,等。这使得一些水文序列的一致性受到挑战。为检验变化环境下流域降水径流非一致性及其演变规律,本文在目前诸多水文非一致性研究的基础上,对非一致性的内涵进行剖析和定义,基于定义对水文非一致性的表现形式进行分类,并提出了相应的流域降水径流非一致性诊断方法。该诊断方法被成功应用在海河北系和京津地区。主要研究内容与成果如下：(1)在对水文非一致性产生原因的分析基础上,通过对水循环系统及其状态和运行机制的分析,对水文非一致性进行定义：是在水循环物理条件变化的背景下,水文监测资料不再属于同一总体的现象,反应了水循环过程对变化环境的综合响应过程,体现在水文样本不再满足独立同分布假设。根据水文非一致性的定义,并借鉴于时间序列分析,将水文非一致性的表现形式分为差分非一致性和趋势非一致性两类,分别体现了方差和均值的变化,补充了现有对非一致性的认识。(2)根据水文非一致性的两种表现形式,提出了单序列的非一致性诊断方法,能够识别出均值和方差的变化,改进了现有方法重点考察均值,忽略方差的弱点,方法更严谨,诊断结果更可靠。在此基础上,提出非一致度的概念,提出针对多序列的非一致性诊断方法,从而实现非一致性程度的量化。(3)将流域降水径流非一致性诊断方法运用到海河北系和京津地区,对研究区域总共981个时间序列进行非一致性诊断。结果表明,海河北系和京津地区的降水非一致度为80/380,极端降水非一致度为161/220,径流非一致度达到280/380,降水径流关系表现非一致性。从非一致性形式上看,降水由差分和趋势共同组成(差分/趋势：39/46),表明降水的均值与方差变化相当,极端降水非一致性主要表现为差分非一致性(差分/趋势：159/18),即以方差的变化为主,径流非一致度主要表现为趋势非一致性(差分/趋势：124/252),即以均值的变化为主。从空间分布上看：山前地区的降水非一致程度较高,山区的极端降水非一致程度较高,且以方差的变化为主；桑干河上游大型灌区等地区径流非一致程度较高,以均值的下降为主。(4)通过案例分析,证明本文所提出的流域降水径流非一致性诊断方法可以准确地筛选出非一致序列,并能识别非一致序列的所属种类,得到流域降水、径流要素的非一致变异最为显著的时间尺度,以及极端降水非一致变异最为显著的特征,实现了对水文要素在多个时间尺度上的非一致性变化程度的量化和比较,以及对多个站点的非一致性变异程度的量化和比较。
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P333

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本文编号：2712507