變化環(huán)境下流域徑流演變分析——驅(qū)動力 演化模式及模擬預(yù)測

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時間:2018-12-09

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1、變化環(huán)境下流域徑流演變研究一一驅(qū)動力、演化模式及模擬預(yù)胃哪專業(yè):自然地理學(xué)作者:石教智導(dǎo)師:陳曉宏教授摘要自地球在宇宙中出現(xiàn)起,地球及其環(huán)境就無時無地不在變化。從這個意義上講,全球變化是自始自終地進行著的。只是在人類文明出現(xiàn)之前,這種變化是一種自然演化過程,如海陸變遷、風(fēng)化侵蝕等,具有一定的隨機性和規(guī)律性;有了人類文明之后,人類活動開始和各種自然因素交織一起,改變著人類的居住環(huán)境,如修渠筑壩、墾伐種植等。而且隨著人類文明的不斷進步,環(huán)境變化受人類活動影響越來越大,表現(xiàn)在水資源領(lǐng)域,則是一方面:水資源的需求量不斷增加,供需矛盾日益突出:另一方面:受水資源開發(fā)利用等人類活

2、動和氣候等自然因素變化的雙重影響,水文要素產(chǎn)生變異,水循環(huán)過程日益復(fù)雜。變化環(huán)境下的水循環(huán)研究正成為全球變化研究計劃的若干核心研究計劃之一。流域徑流作為水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)和人類可利用水資源的主要存在形式,是流域水資源綜合開發(fā)利用、優(yōu)化配置、科學(xué)管理最重要的依據(jù),它的形成受到人類活動和氣候變化等越來越多的影響。因此,本文以流域徑流為研究對象,在分析流域徑流形成過程及其影響因素的基礎(chǔ)上,采用時間序列分析和水文模型模擬等多種方法對變化環(huán)境下流域徑流的演化模式、成因及其未來變化進行了研究,為各種水利工程規(guī)劃、水量分配方案和水資源調(diào)查評價提供更為可靠的水文設(shè)計數(shù)據(jù)和分析原理。論文

3、主要研究成果如下:(1)在分析國內(nèi)、外研究成果的基礎(chǔ)上,選取能代表我國南方濕潤地區(qū)的廣東省東江流域為研究實例,系統(tǒng)介紹了東江流域概況及其水文氣候特征,揭示了流域受人類活動影響的一些水文變化基本特征,并結(jié)合作者參與的項目,分析了有關(guān)資料的來源、基本情況以及資料的可靠性、一致性和代表性。(2)全面系統(tǒng)地研究了氣候、人類活動、水文下墊面和太陽活動等對徑流的影響,并初步探討了變化環(huán)境下徑流演變的驅(qū)動模式,對東江流域徑流演化,首次進行了比較科學(xué)合理的驅(qū)動力分類。指出變化環(huán)境下流域徑流演變符合“自然一人工”的二元驅(qū)動模式,其驅(qū)動因子可分為系統(tǒng)性因素和非系統(tǒng)性因素,非系統(tǒng)性因素又可

4、分為可定量因素和不可定量因素。(3)研究了年徑流序列的時、頻特性,指出由于受諸多因素影響,年徑流序列表現(xiàn)為非線性和非平穩(wěn)性,可以描述成若干成分的線性疊加模型,并可以在頻率域上分析各成分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。(4)針對年徑流序列的時、頻特征,引入新的時、頻分析方法一一HHT方法,指出這種方法的突出優(yōu)點,并就HHT方法應(yīng)用中的三個關(guān)鍵問題:包絡(luò)線求法、離散瞬時頻率的數(shù)值計算和EMD分解的邊界問題進行了探討,在華南地區(qū)徑流演化研究中,首次提出并應(yīng)用了基于徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)模型的“邊篩分,邊延拓”的邊界處理方法,比一般常用的鏡像延拓方法更有效。(5)應(yīng)用HHT方法對東江流域年徑流序列進行了

5、分析與計算,得出其不同頻率成分和演化模式,并結(jié)合其它分析方法對其周期特征、趨勢性和跳躍性進行了驗證,對其演變成因進行了研究,發(fā)現(xiàn):東江流域?qū)崪y年徑流存在2.60年,4.95年,9.40年和23.6年等幾個周期,序列沒有呈現(xiàn)較明顯的遞增或遞減的長期變化趨勢,且在二元驅(qū)動模式下序列于1972年前后有較為明顯的跳躍現(xiàn)象;東江流域降雨徑流變化過程關(guān)系密切,但由于下墊面的調(diào)蓄作用,降雨對徑流的影響具有滯后性,且隨著人類活動的日益劇烈,其影響有隨著年代推移而減弱的趨勢,而人類活動對東江流域徑流的影響程度則越來越大。(6)引入了分布式流域水文模型一-SWAT模型,并在東江流域首次充

6、分應(yīng)用GIS平臺、arcGIS軟件和DEM進行氣象數(shù)據(jù)空間離散化,獲取分布式的模型輸入數(shù)據(jù),如氣象數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)等,與SWAT模型進行了松散耦合。(7)在對東江流域進行子流域劃分的基礎(chǔ)上,通過模型模擬驗證進行模型參數(shù)調(diào)試,建立了基于徑流演變二元驅(qū)動模式下的東江流域SWAT模型,并分別模擬計算氣候不變、下墊面條件改變和氣候改變、下墊面條件不變情況下的天然徑流量,研究氣候變化和人類活動對徑流變化的影響,描述未來可能氣候條件下的徑流變化情景。Ⅱ(8)論文基于新的預(yù)測理念,在華南地區(qū)徑流演化研究中,首次將HHT方法的自適應(yīng)多分辨分析同人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的強有力的逼近功能結(jié)合起來

7、,建立了基于HHT方法的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型,并對東江流域年徑流序列進行了模擬和中長期預(yù)測,得到了比較理想的結(jié)果,豐富了徑流預(yù)測的理論和方法。關(guān)鍵詞:流域徑流變化環(huán)境人類活動影響東江流域演變規(guī)律Hilbert-Huang變換二元驅(qū)動模式流域分布式水文模型lIIVariation對Q贏qOmoffun以'raChangingEnvironment柳倒州驢叼坼,矽月甜Jlo竹JiaozhiTutor_:.o艇Ⅳ蜘£otl8Profe.ra”AbstractAsweaHknow,sincetheearthcomesintobeingintheuniver

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