气候水文模型ABCD的应用和参数特征研究

发布时间：2020-10-15 21:43

　　 ABCD模型是由美国学者Thomas提出的气候水文模型,只有4个参数(a,b,c,d),以降水量和潜在蒸散量为输入,可同时模拟蒸散、径流以及土壤水、地下水的变化,适用于进行月步长或年步长流域模拟。本论文把ABCD模型用于研究多个流域水文状态的气候响应特征。第1个案例是美国那布拉斯加州北Loup河流域,该流域具备超过60年的气象和水文数据。通过对初值和参数进行敏感性分析,发现模型初值误差只影响10年以内的模拟结果。利用对初值不敏感时期的实测径流量优化识别了模型参数,模拟得到的地下水储量变化与前人根据地下水位变化推算的结果基本一致,验证了ABCD模型的有效性。以50年一遇的极端干旱和极端湿润气候条件为情景,采用ABCD模型预测了流域水文状态的可能变化,结果表明土壤水很快适应了气候变化,对径流几乎没有调节作用,而地下水响应较慢,其储量衰减或增加一半所需要的时间均超过10年,从而降低了流域径流对极端气候的敏感性。第2个案例是中国鄂尔多斯高原的海流兔河流域,模拟得到的基流量与前人得到的结果基本一致,也验证了ABCD模型的有效性。该流域对极端气候情景的响应与前一个案例基本一致,而且地下水储量对极端气候的响应更慢。ABCD模型的潜在缺陷是没有考虑地下水蒸发,不一定能够充分反映鄂尔多斯高原的特点。以鄂尔多斯高原为背景,本论文采用HYDRUS模型与ABCD模型对比的方式,研究了ABCD模型变量和参数的物理意义。以HYDRUS-1D模拟的土壤-植物-大气连续体(SPAC)模型逐日步长结果作为实际蒸散量,用ABCD模型拟合月尺度和年尺度的实际蒸散量,在此基础上再对土壤水储量和泄漏量的模拟结果进行评价。结果表明:在月尺度上,采用实际蒸散量校正后的ABCD模型不能得到真实的月泄漏量和土壤水储量变化;在年尺度上,采用实际蒸散量校正后的ABCD模型可以近似得到泄漏量,却不能真实模拟土壤水储量变化。HYDRUS模型对蒸散量的模拟结果与各个土壤水力参数(饱和含水率?s,残余含水率?r,饱和渗透系数Ks,曲线参数?和n)都有一定的关联。反演识别的ABCD模型结果主要取决于参数a和b的值,本文分析了这2个参数与传统水文地质参数的相关关系。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：P333;P339
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 前言
    1.1 选题意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 全球气候变化趋势
        1.2.2 流域水文对气候变化响应的评估模型
        1.2.3 概念性模型优点和存在的问题
    1.3 研究内容和技术路线
第2章 ABCD模型原理
    2.1 发展历程
    2.2 模型结构和公式
    2.3 参数物理意义的初步分析
第3章 用ABCD模型分析NLRB流域
    3.1 美国NLRB流域概况
    3.2 流域长时间序列数据
    3.3 ABCD模型参数反演
        3.3.1 反演方法和参数取值区间
        3.3.2 反演结果和效率评价
    3.4 对极端气候响应的模拟
        3.4.1 情景设计
        3.4.2 模拟结果及分析
第4章 用ABCD模型分析海流兔河流域
    4.1 海流兔河流概况
        4.1.1 地理位置
        4.1.2 地质和水文地质背景
        4.1.3 水文变化及人类活动的影响
    4.2 流域数据初步分析
        4.2.1 气候数据
        4.2.2 水文数据
    4.3 海流兔河流域的ABCD模型
        4.3.1 模型参数识别
        4.3.2 反演结果和效率评价
        4.3.3 极端气候的水文情景模拟
第5章 基于HYDRUS模拟的ABCD模型参数分析
    5.1 问题及其研究思路
    5.2 土壤-植物-大气连续体模型设计
        5.2.1 SPAC模型框架
        5.2.2 气候情景设计
        5.2.4 预热期分析
    5.3 HYDRUS模拟结果的参数敏感性
        5.3.1 土壤残余含水率
        5.3.2 土壤饱和含水率
        5.3.3 土壤水分特征曲线参数
        5.3.4 土壤饱和渗透系数
        5.3.5 参数敏感性小结
        5.3.6 参数的联合影响
    5.4 ABCD模型参数的物理相关性
        5.4.1 水文月尺度模型的等效参数
        5.4.2 水文年尺度模型的等效参数
        5.4.3 月尺度参数相关性分析
        5.4.4 年尺度参数相关性分析
第6章 结论和建议
    6.1 主要结论
    6.2 问题和建议
致谢
参考文献
作者简介

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本文编号：2842286