【精品硕博论文-水利水电工程】气候变化对流域水文影响评估及水资源适应性调度研究

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1、前言气候变化对流域水文影响评估及水资源适应性调度研究Researchontheclimatechangeimpactsonthehydrologysystemandadaptiveoperationofwaterresources前言气候作为人类赖以生存的自然环境的重要组成部分，它的任何变化都会对自然生态系统以及社会经济产生深刻影响。近百年来，气候除了自然的周期性波动以外，越来越多地受到人为因素的影响，其中最显著的是全球大气化学组成的改变，主要表现为臭氧耗减和温室气体的增加，造成全球气候持续呈现以变暖为主要特征的变化。根据联合国政府间气候变化

2、专门委员会（IPCC）第五次评估报告，1880-2012年间，全球海陆表面平均温度升高了0.85℃，并且在过去30年（1983-2012），每10年地表温度的上升幅度高于1850年以来的任何时期，同时预期21世纪末全球平均气温将比1850~1900年上升1.5~2.0℃。水循环系统是气候系统的重要组成部分，在气候变化的影响下，全球水文循环过程加剧，水分蒸发量增加，降水趋势呈现显著的年际和年代际振荡，流域原有的产汇流过程改变，流域水分储量和流量发生变化，区域水量平衡被打破，引起水资源在数量上的改变和在时空上的重新分配。我国人口众多且水资源先天条

3、件并不优越，气候变化势必对未来我国水资源规划和管理带来新的挑战。首先，气象要素的改变将打破流域水文循环平衡，并直接引起区域水资源量的改变。第二，以极端降水为代表的极端天气事件发生的强度、频率、历时等在全球范围均呈加剧趋势，水旱灾害的年、季交替越来越突III前言出，对流域的防洪抗旱安全构成了严峻威胁。第三，农业、工业以及生活需水均发生变化，水资源供需矛盾更加突出，危机进一步加剧。第四，气候系统中气温、降水等因素与水体中营养物和污染物的循环紧密相关，在气候变暖背景下，这些因素的变化也将引起水环境系统的变化，对水质和水生态系统构成影响。气候变化对水

4、文水资源的影响评估是2l世纪水文科学研究的前沿问题之一，也是水文科学发展战略性高层次问题。该领域不仅着眼于全球性气候系统的变化，而且针对区域性和全球性的水文循环和水文过程，涉及全球生态、环境以及社会经济乃至政治问题。本文深入研究气候变化背景下水文水资源系统的变化规律，揭示气候变化与水文水资源以及生态环境变化之间的关系，分析水循环演变特征，评估未来气候变化对流域水文与水资源的影响，为未来水资源系统的规划设计、开发利用和运行管理提供科学依据，这对于分析流域或区域水文水资源循环和演变规律，科学合理开发利用流域水资源以及保障流域水资源安全等均具有重要

5、的理论和实际意义。论文的创新点主要体现在以下四方面：（1）提出气候变化条件下水资源适应性调度与管理的研究框架与方法在传统气候变化影响评估的基础上，分析确定气候变化条件下水资源适应性调度的任务，同时对流域水资源系统进行概化，构建水资源系统模拟模型。并且，明确目标函数、系统动力方程以及约束条件的数学表达，构建气候变化条件下流域水资源适应性调度模型，运用ELQG算法进行求解，研究提出应对气候变化水资源适应性调度方案与综合管理措施。（2）探索运用扩展性线性二次高斯法（ExtendedLinearQuadraticGussian,ELQG）求解复杂水资

6、源系统调度问题针对水资源系统及调度模型的特点，研究ELQG控制算法模型求解中的应用步骤与程序，提出基于退火精确罚函数法和多次罚函数法的约束处理机制，可短时间内在可行域内寻找到较优解，有效克服其它调度方法中维数灾、早熟收敛以及求解时间过长等问题，在复杂水资源系统的联合应急调度、结合短期预报的水资源调度、水库汛限水位动态控制等领域具有广阔的应用前景。（3）基于CMIP5数据的气候变化对于水文水资源系统影响评估研究本文首先定义基于典型浓度路径（RepresentativeConcentrationPathway,RCP）的未来气候变化情景，利用误差

7、订正与空间分解（BiasCorrectionandSpatialIII前言Disaggregation,BCSD）法对CMIP5中全球气候模式的输出进行降尺度分析，驱动新安江月水量平衡模型，模拟气候变化条件下流域的水文响应，全面评估气候变化对流域水文与水资源系统的影响。（4）气候变化对钱塘江流域水文影响评估与水资源适应性调度研究通过BCSD方法将钱塘江流域CMIP5中GCM主要输出变量进行降尺度分析，构建新安江月水量平衡模型，模拟流域未来气候变化情景下径流的时空分布情况，全面评估气候变化对于钱塘江流域水文水资源系统的综合影响。构建钱塘江流域水

8、资源系统模拟和适应性调度模型，并利用ELQG优化算法对模型进行求解，将模型优化结果与常规调度结果进行对比分析，为未来气候变化条件下钱塘江流域水资源的保护与管理提供对