高山流域降水径流过程机理及模拟研究

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1、高山流域降水径流过程机理及模拟研究(申请清华大学工学博士学位论文)培养单位：水利水电工程系学科：水利工程研究生：贺志华指导教师：胡和平教授二○一五年五月ResearchonHydologicalModelinginHighMountianBasinsDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinHydraulicEnginee

2、ringByHeZhihuaDissertationSupervisor:ProfessorHuHepingMay,2015摘要摘要高山流域是世界上诸多大河的源区，是世界“水塔”，在水资源开发利用中占有重要地位，但其降水径流过程有显著的特殊性。论文关注高山流域降水径流过程的以下四个主要特征：径流过程的降水驱动空间差异大；产流过程复杂，径流成分的时间和空间变异性大；融雪水是高山流域重要的径流成分；地形起伏大，土壤和植被等下垫面条件显著的空间变异性导致流域降雨产流条件在空间上显著变化。针对这些特征导致的

3、水文模拟难点，提出了改进水文模拟精度的方法。基于空间分布模式的遥感和地面降水融合方法：TRMM等卫星遥感降水产品可以较好地反映降水的空间分布模式，并用TRMM栅格和雨量站点所在栅格雨量的差值定量表征。将地面站的点雨量观测优势和TRMM的空间分布观测优势结合，以雨量站点为控制点对每个TRMM栅格的数据进行校正。校正降水产品改进了雨量站稀疏的澜沧江流域洪峰的模拟效果。基于径流成分划分的水文模型参数分步率定方法：综合高山流域气温随高程递减和积雪冰川分布起始高程不同的特点，建立了高山流域径流成分的识别方法。

4、将高山流域径流过程线划分为由不同径流成分主导的子集，径流过程线的每个子集根据其物理成因对应于模型参数的一个子集，模型参数依据相应的径流过程线子集分别逐步率定。参数分步率定方法应用于新疆的台兰河流域，增强了参数率定的物理基础，提高了参数率定的计算效率。基于积雪累积和消融过程信息的度日因子估计方法：综合温度对雨雪转换和融雪的控制作用，将流域积雪过程划分为累积段、消融段和累积消融并存段。在累积段，观测的降雪量即为积雪水当量，结合遥感积雪面积和地面积雪深数据可估算流域积雪密度。在消融段，依据估算的积雪密度和

5、观测的积雪深数据，可估算融雪水当量，由此估计融雪度日因子。度日因子估计方法应用在奥地利山区的Lienz流域，有效地改进了流域积雪覆盖的模拟效果。基于地形指数的澜沧江流域变结构水文模型：以新安江产流计算方法和HBV产流计算方法为基准产流计算方法，选定地形指数作为产流条件控制因子，建立了产流计算方法随流域下垫面条件变化的水文模型。当子流域计算单元的平均地形指数大于某一阈值时，以新安江模型方法计算产流，反之，则以HBV模型方法计算产流。变产流计算方法的模型结构显著地改进了澜沧江流域洪峰的模拟效果。关键词：

6、高山流域；降水融合；径流划分；融雪估计；变结构模型IAbstractAbstractHighmountainbasinsarethe“watertower”oftheword.Mostofthelongestriversinthewordarederivedfromthesebasins.Waterresourceinhighmountainbasinsisveryimportanttotheglobalwaterresourcemanagement.However,hydrologicalproc

7、essesinsuchbasinsownslotsofspecialcharacteristicsduetothecomplexhydrometeorologicalandtopographicconditions.Thisstudyfocusesonthebelowfourcharacteristicsofhydrologicalprocessesinhighmountainbasins:Thespatialvariabilityofprecipitationisratherstrong;Runo

8、ffgenerationconditionsarecomplex,thespatialvariabilityofrunoffcomponentsinbasindischargeissignificant;Snowmeltgreatlycontributstothetotalrunoff;Thelandscapecharacteristicvariesstronglyinspace,andproducediverserunoffgenerationconditionsa