气候变化与人类活动对金沙江流域径流的影响研究

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水资源是人类赖以生存和发展的物质基础,气候变化与人类活动对流域水文过程产生影响,两者影响程度的定量区分一直是国际水文水资源领域研究的热点和前沿问题。以往研究常采用还原天然径流法(简称“作差法”)定量区分两者对径流的影响,作为一种间接方法,它将人类活动作用看作黑箱模型,缺乏详细物理机制的考虑,计算精度有待商榷。鉴于此,本文尝试将径流的各个影响因素均纳入流域水文模拟过程,从而直接计算各因素的水文响应。
  论文以金沙江流域为研究区,在对过去水文、气象及人类活动变化分析的基础上,综合考虑相关研究成果,分析得到径流的主要影响因素有二:气候变化与水库调蓄。聚焦以上两因素,研究以SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型为主要工具,将气候变化与水库调蓄作用考虑进水文模拟过程,并采用情景模拟法定量分析两者对径流的影响,最后使用偏差校正的全球气候模式(Global ClimateModels,GCMs)预测未来30年流域水资源演变趋势。针对SWAT模型自带水库算法的缺陷,本文基于简单且易实现的调度函数改进水库出流算法,以适应金沙江流域各大型综合利用水库的模拟需要。主要工作和结论如下:
  (1)1970–2018年,流域实测降水和气温的上升趋势显著,径流变化则无明显趋势;同时,21世纪以来流域径流系数下降明显。历史时期研究区土地利用变化较小,其对径流的影响微乎其微;然而近20年来,金沙江流域经历了水利工程建设高峰期,其对河川径流的影响不容忽视;(2)SWAT目标库容法对大型综合利用水库的径流模拟效果很差,甚至不及忽略水库的做法。相比之下,基于调度函数改进的出库算法在水库影响显著区域具有明显的优越性,说明以往绝大多数研究采取的忽略水库的做法在水文模拟效果上存在一定提升空间,特别是对于水库影响显著区域而言;(3)历史时期水利工程运行一定程度上降低了金沙江流域的径流量,气候变化的作用则相反。从参考期(1970–1989年)到考察期(1999–2018年),水库运行使流域总出口径流减小26m3/s,气候变化使径流增加272m3/s。总体上看,气候变化对径流量的影响占据主导地位。对径流极值变化的归因表明:历史时期小得石与屏山水文站上游水利工程运行很大程度上缓解了气候变化导致的径流极大值增长,体现了水利工程对河川径流的“削峰”作用;(4)与基准期(1970–2005年)相比,2021–2050年研究区降水量和气温均将增大,增幅分别为+0.7%~+11.0%和+1.0℃~+2.1℃;总出口径流量变化则不存在可预见的方向,其相对基准期的变化率为–5.6%~+11.0%(相当于年径流量增大–16.9mm~+33.1mm)。
  本论文为考虑水库调度行为的水文模拟研究提供了新思路,研究结果可为未来时期长江源区水能资源的合理开发利用提供参考。
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