發(fā)布時間：2018-04-19 13:30

  本文選題：數(shù)字濾波法 + 基流��； 參考：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：流域水量平衡計算是水資源管理的主要組成部分�；髟诰S持河川徑流和流域水量平衡中起著重要的作用，研究基流對流域水量平衡的影響對于揭示地表水和地下水的相互作用過程具有重要的實用價值。本文以美國密歇根州為研究區(qū)，在密歇根州境內(nèi)選取了17個水文測站，采用ArcGIS對17個測站所控制的流域面積進行流域劃分并提取了流域特征值，基流是通過Web-based Hydrograph Analysis Tool（WHAT）程序中的兩參數(shù)遞歸數(shù)字濾波法（也稱為Eckhardt濾波法）對日徑流序列（1967 2011）進行基流分割來獲得的，，統(tǒng)計分析軟件（Statistical Analysis Software，簡稱SAS）被用于建立基流和基流指數(shù)（Baseflow Index，簡稱BFI）與流域特征值之間的多元回歸模型。采用基于Budyko假設(shè)（Budyko假設(shè)描述的是多年平均的水量平衡與可利用水量和能量之間的關(guān)系）的傅氏公式，通過對比徑流的觀測值和用傅氏公式計算的徑流的預(yù)測值驗證了Budyko假設(shè)在17個研究流域的多年平均水量平衡和年水量平衡計算中的適用性，并探討了基流對流域多年平均水量平衡和年水量平衡的影響。取得了以下主要成果： （1）多年平均基流和BFI在研究時段（1967 2011）內(nèi)的變化范圍分別為162 345mm和0.45 0.80，平均的BFI是0.71，表明研究區(qū)域內(nèi)約70%的長期徑流源于基流的貢獻。所建立的三個回歸模型（其中兩個用于年基流的預(yù)測，一個用于BFI的預(yù)測）在建模之外的流域中進行了驗證，回歸模型所預(yù)測的基流和BFI的相對誤差（Relative Error，簡稱RE）的變化范圍分別為29% 48%和14% 19%。在缺少可靠的信息來確定地下水對河川徑流的排泄量時，本文所建立的回歸模型可用于密歇根州年基流和BFI的預(yù)測。 （2）徑流觀測值的變化范圍為237 529mm/yr，研究流域在1967 2011的多年平均徑流的均值是363mm�；贐udyko假設(shè)的傅氏公式預(yù)測的多年平均徑流的納西效率系數(shù)（Nash-Sutcliffe efficiency，簡稱ENS）和均方根誤差（Root Mean Square Error，簡稱RMSE）分別是0.07和64.1mm/yr。依據(jù)傅氏公式的參數(shù)w的不同取值將17個研究流域劃分為3組，對應(yīng)的w值分別為2.40、1.83和2.05；3組流域在研究時段（1967 2011）內(nèi)相應(yīng)的徑流系數(shù)的變化范圍依次是0.29 0.34、0.36 0.38和0.41 0.51，平均的徑流系數(shù)是0.42，表明研究流域內(nèi)大約40%的長期降水轉(zhuǎn)化為徑流。 （3）多年平均徑流的氣候敏感性分析結(jié)果表明：多年平均降水增加10%，多年平均徑流增加16.7%；多年平均潛在蒸散發(fā)（Potential evapotranspiration，簡稱ETp）增加10%，多年平均徑流減少6.9%。這表明17個研究流域的多年平均徑流對多年平均降水變化的敏感性大于對多年平均ETp變化的敏感性。除Trap Rock River（04043050）和Macatawa River（04108800）流域外，余下的15個研究流域的徑流系數(shù)和BFI的相關(guān)系數(shù)為0.46，表明隨著BFI的增加，徑流系數(shù)也相應(yīng)地增加，有著相近BFI值的流域具有相近的實際蒸散發(fā)率（實際蒸散發(fā)（Actual evapotranspiration，簡稱ETa）與降水（Precipitation，簡稱P）的比值，記作ETa/P）；相反地，如果研究流域的BFI值差異很大，ETa/P也不盡相同。 （4）基于Budyko假設(shè)的傅氏公式所預(yù)測的年徑流的變化范圍是105 716mm/yr，且ENS和RMSE的變化區(qū)間分別為2.0 0.98和48.5mm/yr 91.9mm/yr。雖然傅氏公式能為多數(shù)研究流域提供合適的年徑流預(yù)測值，但是傅氏公式在模擬BFI大的流域的徑流時表現(xiàn)的較差。年徑流對年降水和年ETp的敏感性系數(shù)的變化區(qū)間分別是0.25 0.71和0.27 0.24，即年徑流對年降水變化的敏感性大于對年ETp變化的敏感性。年ETa/P和干旱指數(shù)（潛在蒸散發(fā)與降水的比值，記作ETp/P）的相關(guān)系數(shù)的變化范圍是0.65 0.40，BFI介于0.78到0.80的流域的ETa/P與ETp/P呈負相關(guān)，其違背了Budyko假設(shè)。不過隨著BFI的減小，ETa/P與ETp/P之間的相關(guān)性總體上由負相關(guān)過渡為正相關(guān)，進而服從Budyko假設(shè)。因此，以基流為主的流域，基流對徑流的不同貢獻改變了氣候因素對年水量平衡的影響。 （5）研究時段（1967 2011）內(nèi)的年徑流的變差系數(shù)和極值比的變化范圍分別是0.08 0.30和1.5 4.4。BFI大的流域其相應(yīng)的徑流年際變化明顯偏小，說明以基流為主的流域其相應(yīng)的徑流量的年際變化更為平穩(wěn)。徑流偏差率（即年徑流的標準差與年降水的標準差的比值）（StreamflowDeviation Ratio，簡稱SDR）的相對誤差（記作λQ）與BFI的相關(guān)系數(shù)為0.62，以BFI為解釋變量所建立的SDR的預(yù)測方程與原來的基于傅氏公式的Koster and Suarez解析模型的模擬結(jié)果相比較，決定系數(shù)（coefficient of determination，記作R2）由原來的0.28增加至0.62，RMSE和平均絕對誤差（MeanAbsolute Difference，簡稱MAE）略有增加，分別從17.67mm/yr和14.07mm/yr增加至19.51mm/yr和14.54mm/yr，ENS的值由原來的0.28減少至0.12。若剔除異常點（Macatawa River（04108800）流域），修正模型的預(yù)測能力將顯著提高，對應(yīng)的ENS、R2、RMSE和MAE依次為0.45、0.52、13.03mm/yr和11.62mm/yr�？傊�，考慮基流對流域水量平衡的影響，可提高對徑流年際變化量的預(yù)測精度。 本文構(gòu)建了基流和BFI與流域特征之間的回歸模型，在評價流域水量平衡的基礎(chǔ)上，量化了徑流響應(yīng)于氣候要素（P和ETp）變化的敏感性，并定性地分析了基流對流域水量平衡的影響。研究結(jié)果有利于開拓流域水循環(huán)和水平衡的研究思路（重視基流對流域水量平衡的影響），對于研究區(qū)水資源的合理開發(fā)利用具有重要的參考價值，對我國開展無資料區(qū)的水文循環(huán)過程及規(guī)律的研究具有重要的借鑒價值，尤其是對氣候變化影響下的流域水文水資源變化分析具有重要的實際意義。
[Abstract]:嫻佸煙姘撮噺騫寵　璁＄畻鏄按璧勬簮綆＄悊鐨勪富瑕佺粍鎴愰儴鍒

本文編號：1773292