發(fā)布時(shí)間：2020-05-07 08:47

【摘要】：水資源是維持干旱區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要保障。受不斷加劇的氣候變化和日益增強(qiáng)的人類活動(dòng)影響,干旱區(qū)流域水資源的數(shù)量和時(shí)空分布發(fā)生了顯著變化,給水資源管理帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。水資源管理是一個(gè)涉及水文模擬與預(yù)報(bào)以及水資源優(yōu)化配置的復(fù)雜過程。由于受降水的隨機(jī)性、政策的主觀性、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的波動(dòng)性等因素影響,水資源系統(tǒng)存在大量的不確定性,加劇了水資源管理的難度。如何表征系統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性,提高水文模擬與預(yù)報(bào)的精度,制定可靠的水資源管理方案,是干旱區(qū)可持續(xù)發(fā)展面臨的主要問題。因此,本文在系統(tǒng)辨識(shí)水文過程以及水資源管理中存在的復(fù)雜性和不確定性基礎(chǔ)上,開展了干旱區(qū)流域水文過程分析,揭示了影響水文過程模擬與預(yù)報(bào)的主要因素;開發(fā)了一套基于隨機(jī)分析的水資源管理方法體系,制定了穩(wěn)健的水資源管理策略。具體開展了以下幾方面工作:(1)建立了開都河流域SLURP(Semi-distributed land-use based runoff process)水文模型,設(shè)計(jì)了 24 種數(shù)字高程模型(DEM,digital elevation model)分辨率和子流域劃分水平的組合,量化了流域空間分辨率對(duì)徑流模擬的影響,揭示了 DEM分辨率和子流域劃分水平的交互性與徑流變化的關(guān)系,優(yōu)化了模型的輸入。結(jié)果發(fā)現(xiàn)子流域劃分水平對(duì)徑流的影響程度比DEM的影響大,200m DEM和183個(gè)子流域數(shù)目組合下的流域徑流模擬效果最好。(2)開發(fā)了耦合多氣候情景的逐步聚類-SLURP模型,分析了多種氣候模型(GCM,global climate model)和溫室氣體排放情景下開都河流域溫度、降水和徑流的變化。該模型不僅能反映氣候變化情景的不確定性對(duì)徑流的影響,提出的逐步聚類降尺度方法還能夠有效處理氣候尺度下延時(shí)預(yù)報(bào)因子和預(yù)報(bào)量之間存在的非線性和離散性特征,避免了函數(shù)假設(shè)關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)開都河流域春季和冬季的溫度上升幅度大,春季和秋季的降水增加,春季徑流先增加后減少,而且對(duì)氣候變化最為敏感。(3)集成了 GCM、隨機(jī)天氣發(fā)生器、SLURP水文模型和區(qū)間多階段隨機(jī)規(guī)劃方法,構(gòu)建了模擬-優(yōu)化集合模型,探究了氣候變化對(duì)開孔河流域中游人類活動(dòng)用水和下游生態(tài)用水的影響。該模型系統(tǒng)不僅能充分反映氣候變化對(duì)水資源管理的影響,還能有效表征氣候模式的不確定性,以及水資源管理系統(tǒng)中存在的隨機(jī)性、動(dòng)態(tài)性和區(qū)間不確定性。通過求解模型能夠得到不同氣候變化模式和生態(tài)調(diào)水計(jì)劃下的水資源配置方案,為開孔河流域適應(yīng)氣候變化以及降低缺水帶來的風(fēng)險(xiǎn)提供了決策支持。(4)依托可能性模糊規(guī)劃、彈性模糊規(guī)劃和機(jī)會(huì)約束規(guī)劃,提出了模糊機(jī)會(huì)約束方法,該方法能有效處理農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中參數(shù)表征為可能性分布、概率分布和彈性約束的多重不確定性信息,幫助決策者有效權(quán)衡系統(tǒng)收益以及系統(tǒng)違約風(fēng)險(xiǎn)。以阿姆河下游農(nóng)業(yè)灌區(qū)為例,構(gòu)建了農(nóng)業(yè)水-土地資源聯(lián)合管理模型,設(shè)置了 1080種情景,探究了不同農(nóng)業(yè)灌溉效率對(duì)水-土地資源關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的影響;得到了最優(yōu)的水資源配置方案和農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu),在保障糧食安全和效益最大化的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)灌溉效率為0.61時(shí)能夠有效適應(yīng)水資源波動(dòng)帶來的不確定性,并適合阿姆河下游灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展。(5)基于模糊可信度規(guī)劃、機(jī)會(huì)約束規(guī)劃和分式規(guī)劃,建立了模糊隨機(jī)分式規(guī)劃方法,用于處理水資源-糧食-能源關(guān)聯(lián)系統(tǒng)中的隨機(jī)和模糊不確定性,同時(shí)反映系統(tǒng)中的多目標(biāo)性;以開孔河流域?yàn)槔?構(gòu)建了基于隨機(jī)模糊分式規(guī)劃的水資源-糧食-能源關(guān)聯(lián)模型,探究了來水量、需水量以及污染物和CO2減排的不確定性對(duì)水資源分配、農(nóng)業(yè)種植和電力生產(chǎn)的影響,發(fā)現(xiàn)水資源供需的波動(dòng)對(duì)火電生產(chǎn)和蔬菜種植的影響最大,結(jié)果為保障水資源、糧食和能源安全提供了最優(yōu)的管理模式。總之,本文探究了流域空間分辨率和氣候變化對(duì)開都河流域水文過程的影響,揭示了徑流變化的影響因素,提高了模型模擬與預(yù)報(bào)的精度。提出了一套基于隨機(jī)分析的干旱區(qū)流域水資源綜合管理模型,平衡了氣候變化、有限水資源量、糧食和能源生產(chǎn)以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的矛盾,優(yōu)化了干旱區(qū)流域水資源配置方案、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和電力生產(chǎn)模式,提高了水資源利用效率,緩解了干旱區(qū)流域水資源短缺帶來的風(fēng)險(xiǎn)。
【圖文】：

第三章：開都河流域水文過程分析。該章節(jié)主要探討了流域空間分辨率和氣逡逑候變化對(duì)水文過程的影響，分為兩部分內(nèi)容：（１邋）邋ＤＥＭ分辨率和子流域劃分水逡逑平對(duì)徑流模擬的影響。迎過設(shè)置多組ＤＥＭ分辨率和子流域劃分水平，探究不同逡逑組合下徑流模擬效果以及月徑流和峰值流量的變化等，從而有效辨識(shí)影響徑流過逡逑程的主要因素。（２）耦合多氣候情景的逐步聚類－ＳＬＵＲＰ模型分析開都河流域水逡逑文過程。耦合多種全球氣候情景、逐步聚類降尺度方法、ＳＬＵＲＰ水文模型，探逡逑究多種氣候情景下的溫度、降水、徑流的變化，進(jìn)而分析影響徑流變化的因素。逡逑７逡逑

３．１．２開都河流域概況逡逑開都河流域位于我國(guó)西北干旱區(qū)，隸屬于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自逡逑治州，介于東經(jīng)８２°５８４６°５５１卩北緯４１°４７＇－４３°２ｒ之間（如圖３－２所示）［２１６］。河逡逑流的起源地是天山南麓的伊連哈比爾尕山，流經(jīng)和靜縣、焉耆縣和博湖縣，，最終逡逑流入博斯騰湖｜２１Ｚ２１８】。河流全長(zhǎng)６１０邋ｋｍ，流域面積達(dá)２．２萬ｋｍ２。流域徑流主要逡逑是依靠冰雪融水和雨水共同補(bǔ)給，是焉耆盆地與孔雀河流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要水逡逑源，也是塔里木河流域下游生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展的重要保障［２１９￣２２（）１。流域內(nèi)荒逡逑漠土為主，并分布著沼澤土、草甸土和凍土。由于地形、氣候、土壤等原因，流逡逑域內(nèi)植被覆蓋率較低，且７０％為草地（大多分布在降水較多的河源區(qū)域），耕地逡逑和林地較少｜２２１１。流域上游人類活動(dòng)稀少，下游農(nóng)墾開發(fā)活動(dòng)較強(qiáng)，導(dǎo)致河流的逡逑自然形態(tài)受到破壞。因此
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV213.4;P333;S274

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2652726