气候变化对农田排涝模数影响问题的研究

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1、气候变化对农田排涝模数影响问题的研究ResearchontheEffectsofClimateChangeonFarmlandDrainageModulus（申请硕士学位）学科专业：水利工程作者姓名：朱春焕指导教师：冯平教授天津大学建筑工程学院二零一七年十一月摘要设计排涝模数的计算对农田的安全和有效降低涝灾损失意义重大。气候变化对农田排涝模数的影响大小，现行排涝模数是否需要修订等问题一直存在争议。选取天津市宁河区一处封闭农田小区为研究对象，基于现场试验和模拟分析，研究平原地区的产流机制，探讨气候变化对农田排涝模数影响。主要研究内容及成果如下：(1)在试验区布设了雨量器、土壤

2、含水量测定仪、流量计、水位计等仪器，收集整理必要的水文数据，并将土壤含水量和地下水位相对变化量等土层厚度转化为水层厚度，为建模做准备。通过2016-2017年共2年的观测试验，经历了5场降雨过程，其中4场降雨事件用于模型率定，1场用于模型验证。(2)为解决观测样本有限的问题，在现场观测试验的基础上，以总径流深、土壤含水量和地下水位相对变化量为评价指标建立了三水源超渗-蓄满耦合产流模型。参数确定过程中，以总径流深为目标，基于拉丁超立方抽样样本，使用互信息、偏秩相关方法分析了参数敏感性，利用动态神经网络方法进行了模型参数自动率定，并结合敏感性分析结果以及土壤含水量，地下水位相对

3、变化量进行了人工试错，得到了合理的模型参数。结果表明，建立的超渗-蓄满耦合产流模型适用于天津市平原农田小区。(3)对研究区内1960-2015年的降水和蒸发数据进行趋势和突变检验，发现降水量在夏季呈显著下降趋势，年最大1日降水量变异点在1989年；蒸发量无明显变化，结合第一次水资源评价，确定1980年为分界点。并在此基础上设置了时间类比法、情景假设法、除涝结果对比三种气候场景。(4)三种方法得到的结果具有一致性。在下垫面条件不变的情况下，降水与排涝模数成正相关，蒸发与排涝模数成负相关，与2003年《除涝手册》相比，24h设计面雨量和设计排涝模数均减少，当重现期较小时，降水对

4、排涝模数的影响很小，但随重现期的增大，设计排涝模数的减少值也在增大，设计排涝模数与重现期之间的关系呈对数形式，但总体来讲气候变化对设计排涝模数影响并不大，2003年《除涝手册》可以不进行修订。关键词：气候变化，排涝模数，超渗-蓄满耦合产流模型，互信息，偏秩相关，NARX神经网络IIIABSTRACTCalculationofdesigndrainagemodulusisofgreatsignificanceforthesafetyoffarmlandandreducingwaterloggingloss.Theeffectsofclimatechangeonfarmland

5、drainagemodulusandifthecurrentdrainagemodulusneedrevisehavebeencontroversial.TakeaclosedfarmlandareainNingheDistrictofTianjinCityasanexample,basedonfieldtestandsimulationanalysis,therunoffgenerationmechanismofplainareaandtheinfluenceofclimatechangeonfarmlanddrainagemoduluswerediscussed.The

6、mainresearchcontentsandachievementsareasfollows:(1)Layraingauge,soilmoisturecontentanalyser,flowmeterandwaterlevelgaugeinthestudyarea.Thencollectnecessaryhydrologicaldataandconvertthesoilthicknessofsoilmoisturecontentandgroundwaterlevelvariationintowaterthickness.Throughtwoobservationtesty

7、earsin2016-2017,fiverainfallprocesseshavehappened,ofwhichfourrainfalleventswereusedformodelcalibration,andoneeventwasusedformodelverification.(2)Inordertosolvethelimitedproblemofobservationalsamples,onthebasisoffieldobservationtest,athree-sourceinfiltrationexc