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摘要
水是生命之源,也是经济和社会发展的命脉。近些年来受全球气候环境变化
及人类活动影响,许多国家地区出现河流流量减少、水环境恶化以及水质污染等
问题,严重制约了社会经济的可持续发展。渭河流域是资源性缺水地区,气候变
化使气温、降水、径流等水循环要素在季节和空间上发生改变,增加了流域旱涝
灾害的发生机率,导致水资源安全情势将更为严峻,未来流域供需矛盾将更加突
出。随着气候变暖和用水需求日益增大,充分认识并分析气候变化下流域水循环
演变规律显得尤为迫切和重要。
本文首先利用分布式水文模型对渭河流域水文循环系统进行模拟,并在此基
础上运用现代统计学手段对流域水循环演变特征进行分析,同时结合统计降尺度
模型开展未来气候变化情景下水循环要素模拟及预测研究,以期为流域水资源综
合开发利用及水量调度管理提供科学参考和依据。主要研究成果与结论如下:
(1)根据渭河流域地理条件及气象水文特征,基于 EasyDHM 水文模拟平
台建立渭河流域分布式水文模型,完成模型参数率定及验证工作,取得了较好的
模拟效果。结果表明,EasyDHM 在渭河流域具有较好的适用性,构建的模型能
够客观描述该流域水循环过程,可以应用于实际问题研究。
(2)在构建渭河流域分布式水文模型的基础上,采用多种统计检验手段,
从年、季、汛期和枯水期等不同时段角度,对渭河流域近 55 年(1954~2008 年)
气温、降水及径流要素的时空分布特点及演变特征规律进行分析,结果表明:①
从空间分布看,多年平均气温及降水量在空间上存在不均衡性,气温以西安站为
中心向外呈辐射递减趋势,降水呈现由东部和南部向西北部逐渐减少的分布格
局。②从均一性分析看,气温、降水及径流时间序列在 95%置信水平下都存在均
一性。③从趋势变化上看,流域年平均气温呈现显著上升趋势,降水量变化趋势
不显著,径流量呈现显著减少趋势;除冬季的降水量呈现显著上升趋势以外,其
余季节及汛、枯期变化趋势与年际大体相同,且上述变化趋势未来仍可能持续。
④从突变分析上看,流域年平均气温及径流量存在明显突变情况,而降水量无显
著突变现象发生;除冬季的降水量存在显著突变现象以外,其余研究时段突变分
析结果与年际结果一致;⑤从周期分析上看,不同时段的气温、降水和径流要素
均存在多个特征时间尺度,具有不同的周期成分,径流的周期变化特征与气温和
降水的周期变化特征表现出很好的相关性。
(3)基于统计降尺度模型 SDSM 建立渭河流域气温及降水要素的降尺度模
型,并完成模型标定和验证期模拟能力评估,结果表明模型的模拟结果较为可靠,
可以应用于渭河流域气温、降水等气候要素未来变化趋势的预估。选取 A2 和
B2 气候变化情景进行分析可知,两种情景下未来 90 年(2010~2099 年)渭河流
域的平均气温呈现较为显著的上升趋势,而降水量总体变化趋势不显著。将统计
降尺度模型与已构建的分布式水文模型相耦合,对渭河流域未来径流量总体变化
进行预测并对干支流上 5 个主要控制性水文站径流变化展开研究,结果显示:渭
河流域未来径流量相对基准期(1961~2009 年)多年平均水平总体上有所减少,
其中 A2 情景下减少趋势十分明显,而 B2 情景变化趋势不显著。
关键词:分布式水文模型,演变规律,气候变化,SDSM 模型,渭河流域
ABSTRACT
Water is the source of life, also is the lifeblood of economic and social
development. In recent years