耦合地下水文過(guò)程的流域氣候水文模型研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-20 00:18
氣候變暖加快了全球和區(qū)域尺度的水文要素的變化。流域氣候水文模型是研究流域水循環(huán)最重要的手段和工具,在以往的研究中,陸表水文過(guò)程是大家關(guān)注的焦點(diǎn),地下水過(guò)程以其復(fù)雜性和不可見(jiàn)性通常被忽略或簡(jiǎn)單考慮。此外由于流域和地下水流系統(tǒng)的劃分方法不一致,很少有人從概念機(jī)理上解釋流域和地下水流系統(tǒng)之間的關(guān)系,并識(shí)別出將地表水和地下水統(tǒng)一的水文循環(huán)三維空間。本論文通過(guò)理論分析并結(jié)合實(shí)際案例,對(duì)以上問(wèn)題開(kāi)展研究。首先提出水文要素比例原理簡(jiǎn)潔模型,得到年尺度上流域蒸散量隨土壤-植物-大氣連續(xù)體水儲(chǔ)量變化的無(wú)參數(shù)公式,將多年時(shí)間尺度Budyko模式推廣到年際尺度。并利用該無(wú)參數(shù)公式構(gòu)建了新型三參數(shù)氣候水文模型-bcd模型。上述理論和模型被成功應(yīng)用到美國(guó)Nebraska州NLRB流域,得到流域水文年際變化在Budyko空間的移動(dòng)路徑不同于任何一條經(jīng)典Budyko曲線。通過(guò)將水儲(chǔ)量變化考慮到年際水文過(guò)程中來(lái)擴(kuò)展Budyko框架,本論文推導(dǎo)了水文敏感性系數(shù)的理論解析公式。進(jìn)一步將bcd模型改進(jìn),使其考慮農(nóng)田灌溉利用地下水過(guò)程。并將其成功應(yīng)用到美國(guó)Illinois州12個(gè)流域,發(fā)現(xiàn)農(nóng)田顯著增加了實(shí)際蒸散量和徑流對(duì)氣候...
【文章來(lái)源】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：157 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
NLRB流域數(shù)據(jù)在新Budyko框架中的變化
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）博士學(xué)位論文31年氣象數(shù)據(jù)和選擇的0~1之間典型的η值進(jìn)行敏感性分析，Si/Pi與Epi/Pi和Ei/Pi與Epi/Pi的數(shù)據(jù)點(diǎn)結(jié)果展示在圖2-9中。從圖2-9ad可以得到，Si/Pi通常隨著干旱指數(shù)的增加而減小，隨著η值的減小斜率和波動(dòng)范圍都變校Ei/Pi對(duì)變化的干旱指數(shù)的響應(yīng)與減小的η值的結(jié)果展示在圖2-9eh中。Ei/Pi通常隨著干旱指數(shù)的增加而增加，隨著η值的減小Ei/Pi>1發(fā)生的概率也減少。式(2-27)也可以用來(lái)估算多年時(shí)間尺度長(zhǎng)期行為的SPAC系統(tǒng)水儲(chǔ)量。當(dāng)Si=Si-1=S時(shí)，可以得到221(12)4(1)2(1)SP（2-29）式中S為多年平均初始SPAC儲(chǔ)量，代表很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)每一年初始SPAC儲(chǔ)量的平均值。S/P是多年平均初始SPAC儲(chǔ)量與多年平均降水量的比值。多年平均蒸散比率，F(xiàn)=E/P，也可以通過(guò)下式得到：21(12)4(1)12kSFcP（2-30）這是本文發(fā)展的新Budyko類(lèi)型公式。S/P-曲線和F-曲線對(duì)應(yīng)不同的η值結(jié)果展示在圖2-9中，用來(lái)和NLRB流域的年數(shù)據(jù)點(diǎn)作比較。從圖2-9dh中可以看出，當(dāng)η值較小時(shí)（<0.4），年數(shù)據(jù)和多年行為的曲線匹配較好。表明當(dāng)η<0.4時(shí)，式(2-29)和(2-30)可以近似用來(lái)捕捉E/P和S/P的年際趨勢(shì)。圖2-9在NLRB流域氣象條件下年S/P-數(shù)據(jù)（a-d）和F-數(shù)據(jù)（e-h）對(duì)應(yīng)不同η的散點(diǎn)圖。參數(shù)η=c/(k+c)由式(2-28)定義。曲線為多年S/P和E/P的理論曲線，由式(2-29)和(2-30)確定。由于新提出的Budyko公式和Wang和Tang（2014）提出的公式都是基于廣
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）博士學(xué)位論文99二大沉積盆地（圖6-1）。四周被山地圍繞，東部是呂梁山，西部為賀蘭山-六盤(pán)山，南部是秦嶺，北部為陰山。鄂爾多斯盆地內(nèi)含有豐富的自然資源，如煤、石油、天然氣和稀土等，已經(jīng)成為21世紀(jì)最重要的國(guó)家級(jí)能源、重化工基地之一（侯光才等，2008），因此對(duì)水資源的需求也日益增加。由于地表水相對(duì)貧瘠，地下水水資源就顯得及其重要。（一）地形地貌鄂爾多斯盆地周邊的山地海拔在1500~2500m之間，盆地主體主要由北部的沙漠高原和南部的黃土高原兩大地貌單元構(gòu)成，被白于山構(gòu)成的東西向地表分水嶺所分割。白于山海拔高度約1500~1800m。鄂爾多斯盆地地勢(shì)總體呈西北高東南低，局部地區(qū)有較大起伏。受地形地貌的控制，盆地兩側(cè)的氣候、水文和水文地質(zhì)等條件有較大差異。北部的沙漠高原區(qū)也被稱(chēng)之為鄂爾多斯高原，面積約8.1×104km2，是本文的研究區(qū)。地形呈波狀起伏，但相對(duì)高差不大。海拔高度從中部的四十里梁（1400~1500m）到東部、西部和北部邊緣（1100~1200m）逐漸下降。地下水在地表一級(jí)分水嶺-四十里梁處接受補(bǔ)給，在重力作用下經(jīng)淺層-深層交替垂向流和水平徑流向兩側(cè)的河流和湖泊排泄。圖6-1鄂爾多斯盆地地下水系統(tǒng)分布圖（侯光才等，2008）
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]流域非閉合特性對(duì)巖溶地區(qū)水文過(guò)程模擬的影響[J]. 吳喬楓,劉曙光,蔡奕,蔣楊明. 水利學(xué)報(bào). 2017(04)
[2]基于MODIS數(shù)據(jù)的海流兔河流域蒸散量的計(jì)算[J]. 張雨航,王曉林,胡光成. 地球科學(xué)(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)). 2012(02)
[3]基于GIS的宜昌市近50年來(lái)氣溫與降水時(shí)空演變規(guī)律研究[J]. 秦天玲,張萍,嚴(yán)登華,嚴(yán)向東,耿思敏. 熱帶地理. 2011(05)
[4]氣候變化對(duì)水文水資源影響問(wèn)題的探討[J]. 劉昌明,劉小莽,鄭紅星. 科學(xué)對(duì)社會(huì)的影響. 2008(02)
[5]45年來(lái)中國(guó)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的變化特征及其成因[J]. 申雙和,盛瓊. 氣象學(xué)報(bào). 2008(03)
[6]中國(guó)氣候變化的檢測(cè)及預(yù)估[J]. 丁一匯,任國(guó)玉,趙宗慈,徐影,羅勇,李巧萍,張錦. 沙漠與綠洲氣象. 2007(01)
[7]利用小蒸發(fā)皿觀測(cè)資料確定參考作物蒸散量方法研究[J]. 樊軍,王全九,郝明德. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2006(07)
[8]中國(guó)氣候與環(huán)境演變?cè)u(píng)估(I):中國(guó)氣候與環(huán)境變化及未來(lái)趨勢(shì)[J]. 秦大河,丁一匯,蘇紀(jì)蘭,任賈文,王紹武,伍榮生,楊修群,王蘇民,劉時(shí)銀,董光榮,盧琦,黃鎮(zhèn)國(guó),杜碧蘭,羅勇. 氣候變化研究進(jìn)展. 2005(01)
[9]鄂爾多斯盆地水文地質(zhì)特征及地下水系統(tǒng)分析[J]. 王德潛,劉祖植,尹立河. 第四紀(jì)研究. 2005(01)
[10]1948～2000年全球陸地年降水量場(chǎng)趨勢(shì)變化的時(shí)、空特征[J]. 施能,黃先香,楊揚(yáng). 大氣科學(xué). 2003(06)
博士論文
[1]巴丹吉林沙漠包氣帶水觀測(cè)與模擬研究[D]. 周燕怡.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 2019
[2]鄂爾多斯高原生態(tài)水文指數(shù)與地下水的關(guān)系研究[D]. 齊蕊.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 2017
[3]盆地多級(jí)次地下水流系統(tǒng)識(shí)別方法研究[D]. 王俊智.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 2015
[4]地下水與陸面蒸散相互作用的模型研究[D]. 陳添斐.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京） 2014
[5]海流兔河流域地下水對(duì)植被指數(shù)分布的影響研究[D]. 呂京京.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京） 2013
[6]網(wǎng)格型松散結(jié)構(gòu)分布式水文模型及地貌瞬時(shí)單位線研究[D]. 石朋.河海大學(xué) 2006
碩士論文
[1]氣候水文模型ABCD的應(yīng)用和參數(shù)特征研究[D]. 韓鵬飛.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 2016
本文編號(hào)：2926836
【文章來(lái)源】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：157 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
NLRB流域數(shù)據(jù)在新Budyko框架中的變化
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）博士學(xué)位論文31年氣象數(shù)據(jù)和選擇的0~1之間典型的η值進(jìn)行敏感性分析，Si/Pi與Epi/Pi和Ei/Pi與Epi/Pi的數(shù)據(jù)點(diǎn)結(jié)果展示在圖2-9中。從圖2-9ad可以得到，Si/Pi通常隨著干旱指數(shù)的增加而減小，隨著η值的減小斜率和波動(dòng)范圍都變校Ei/Pi對(duì)變化的干旱指數(shù)的響應(yīng)與減小的η值的結(jié)果展示在圖2-9eh中。Ei/Pi通常隨著干旱指數(shù)的增加而增加，隨著η值的減小Ei/Pi>1發(fā)生的概率也減少。式(2-27)也可以用來(lái)估算多年時(shí)間尺度長(zhǎng)期行為的SPAC系統(tǒng)水儲(chǔ)量。當(dāng)Si=Si-1=S時(shí)，可以得到221(12)4(1)2(1)SP（2-29）式中S為多年平均初始SPAC儲(chǔ)量，代表很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)每一年初始SPAC儲(chǔ)量的平均值。S/P是多年平均初始SPAC儲(chǔ)量與多年平均降水量的比值。多年平均蒸散比率，F(xiàn)=E/P，也可以通過(guò)下式得到：21(12)4(1)12kSFcP（2-30）這是本文發(fā)展的新Budyko類(lèi)型公式。S/P-曲線和F-曲線對(duì)應(yīng)不同的η值結(jié)果展示在圖2-9中，用來(lái)和NLRB流域的年數(shù)據(jù)點(diǎn)作比較。從圖2-9dh中可以看出，當(dāng)η值較小時(shí)（<0.4），年數(shù)據(jù)和多年行為的曲線匹配較好。表明當(dāng)η<0.4時(shí)，式(2-29)和(2-30)可以近似用來(lái)捕捉E/P和S/P的年際趨勢(shì)。圖2-9在NLRB流域氣象條件下年S/P-數(shù)據(jù)（a-d）和F-數(shù)據(jù)（e-h）對(duì)應(yīng)不同η的散點(diǎn)圖。參數(shù)η=c/(k+c)由式(2-28)定義。曲線為多年S/P和E/P的理論曲線，由式(2-29)和(2-30)確定。由于新提出的Budyko公式和Wang和Tang（2014）提出的公式都是基于廣
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）博士學(xué)位論文99二大沉積盆地（圖6-1）。四周被山地圍繞，東部是呂梁山，西部為賀蘭山-六盤(pán)山，南部是秦嶺，北部為陰山。鄂爾多斯盆地內(nèi)含有豐富的自然資源，如煤、石油、天然氣和稀土等，已經(jīng)成為21世紀(jì)最重要的國(guó)家級(jí)能源、重化工基地之一（侯光才等，2008），因此對(duì)水資源的需求也日益增加。由于地表水相對(duì)貧瘠，地下水水資源就顯得及其重要。（一）地形地貌鄂爾多斯盆地周邊的山地海拔在1500~2500m之間，盆地主體主要由北部的沙漠高原和南部的黃土高原兩大地貌單元構(gòu)成，被白于山構(gòu)成的東西向地表分水嶺所分割。白于山海拔高度約1500~1800m。鄂爾多斯盆地地勢(shì)總體呈西北高東南低，局部地區(qū)有較大起伏。受地形地貌的控制，盆地兩側(cè)的氣候、水文和水文地質(zhì)等條件有較大差異。北部的沙漠高原區(qū)也被稱(chēng)之為鄂爾多斯高原，面積約8.1×104km2，是本文的研究區(qū)。地形呈波狀起伏，但相對(duì)高差不大。海拔高度從中部的四十里梁（1400~1500m）到東部、西部和北部邊緣（1100~1200m）逐漸下降。地下水在地表一級(jí)分水嶺-四十里梁處接受補(bǔ)給，在重力作用下經(jīng)淺層-深層交替垂向流和水平徑流向兩側(cè)的河流和湖泊排泄。圖6-1鄂爾多斯盆地地下水系統(tǒng)分布圖（侯光才等，2008）
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]流域非閉合特性對(duì)巖溶地區(qū)水文過(guò)程模擬的影響[J]. 吳喬楓,劉曙光,蔡奕,蔣楊明. 水利學(xué)報(bào). 2017(04)
[2]基于MODIS數(shù)據(jù)的海流兔河流域蒸散量的計(jì)算[J]. 張雨航,王曉林,胡光成. 地球科學(xué)(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)). 2012(02)
[3]基于GIS的宜昌市近50年來(lái)氣溫與降水時(shí)空演變規(guī)律研究[J]. 秦天玲,張萍,嚴(yán)登華,嚴(yán)向東,耿思敏. 熱帶地理. 2011(05)
[4]氣候變化對(duì)水文水資源影響問(wèn)題的探討[J]. 劉昌明,劉小莽,鄭紅星. 科學(xué)對(duì)社會(huì)的影響. 2008(02)
[5]45年來(lái)中國(guó)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的變化特征及其成因[J]. 申雙和,盛瓊. 氣象學(xué)報(bào). 2008(03)
[6]中國(guó)氣候變化的檢測(cè)及預(yù)估[J]. 丁一匯,任國(guó)玉,趙宗慈,徐影,羅勇,李巧萍,張錦. 沙漠與綠洲氣象. 2007(01)
[7]利用小蒸發(fā)皿觀測(cè)資料確定參考作物蒸散量方法研究[J]. 樊軍,王全九,郝明德. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2006(07)
[8]中國(guó)氣候與環(huán)境演變?cè)u(píng)估(I):中國(guó)氣候與環(huán)境變化及未來(lái)趨勢(shì)[J]. 秦大河,丁一匯,蘇紀(jì)蘭,任賈文,王紹武,伍榮生,楊修群,王蘇民,劉時(shí)銀,董光榮,盧琦,黃鎮(zhèn)國(guó),杜碧蘭,羅勇. 氣候變化研究進(jìn)展. 2005(01)
[9]鄂爾多斯盆地水文地質(zhì)特征及地下水系統(tǒng)分析[J]. 王德潛,劉祖植,尹立河. 第四紀(jì)研究. 2005(01)
[10]1948～2000年全球陸地年降水量場(chǎng)趨勢(shì)變化的時(shí)、空特征[J]. 施能,黃先香,楊揚(yáng). 大氣科學(xué). 2003(06)
博士論文
[1]巴丹吉林沙漠包氣帶水觀測(cè)與模擬研究[D]. 周燕怡.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 2019
[2]鄂爾多斯高原生態(tài)水文指數(shù)與地下水的關(guān)系研究[D]. 齊蕊.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 2017
[3]盆地多級(jí)次地下水流系統(tǒng)識(shí)別方法研究[D]. 王俊智.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 2015
[4]地下水與陸面蒸散相互作用的模型研究[D]. 陳添斐.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京） 2014
[5]海流兔河流域地下水對(duì)植被指數(shù)分布的影響研究[D]. 呂京京.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京） 2013
[6]網(wǎng)格型松散結(jié)構(gòu)分布式水文模型及地貌瞬時(shí)單位線研究[D]. 石朋.河海大學(xué) 2006
碩士論文
[1]氣候水文模型ABCD的應(yīng)用和參數(shù)特征研究[D]. 韓鵬飛.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 2016
本文編號(hào)：2926836
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