高海拔水庫流域在氣候變化下水文特征研究

1、氣候變化影響下高海拔水庫水文特征研究匯報(bào)人：王 炎導(dǎo) 師：沈 冰 權(quán) 全西安理工大學(xué)西安理工大學(xué)目錄1.研究背景及意義2.研究?jī)?nèi)容及方法3.總結(jié)研究背景在過去的 20 多年里，WCRP （世界氣候研究計(jì)劃）配合 IPCC （政府間氣候變化專門委員會(huì)）進(jìn)行氣候變化的評(píng)估和預(yù)測(cè)，表明最近 50 年觀測(cè)到的大部分增暖可歸因于人類活動(dòng)。氣候的變化改變了降水量、蒸發(fā)量，從而影響了水循環(huán)過程，驅(qū)動(dòng)了徑流量等水文要素的變化，改變了區(qū)域水量平衡。氣候變化人類活動(dòng)降水量蒸發(fā)量土地利用/覆蓋水文循環(huán)水庫區(qū)域水量平衡水位徑流量水溫水質(zhì)水生態(tài)政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)（IPCC，2013）的報(bào)告表明，在 20世紀(jì)的10

2、0年中，全球地面氣溫平均上升0.40.8，根據(jù)不同的氣候情景模擬和估計(jì)未來100年，全球平均溫度將上升1.45.8近 40 年黃河上游流域年降水量呈逐年減少下降的趨勢(shì)，特別是 1987 年龍羊峽水庫建成后，黃河上游來水量減少速率加快，黃河上游流域來水量一直偏枯，降水量減少是龍羊峽水庫長(zhǎng)期處在低水位運(yùn)行的直接原因。20 世紀(jì) 80 年代中后期黃河上游地區(qū)氣溫持續(xù)升高，90 年代后期變化趨勢(shì)更加明顯。（戴升等，2009）隨著全球變暖和黃河上游流量長(zhǎng)期以來呈現(xiàn)出的偏枯趨勢(shì)乃至經(jīng)常斷流現(xiàn)象，以致黃河流域水資源供需矛盾日趨尖銳（申紅艷等，2010）?，F(xiàn)狀研究意義氣候因素是影響水庫水文特征變化的重要原因，

3、水庫水文特征的變化直接影響著河道水庫生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性和完整性。高海拔水庫具有獨(dú)特的氣候條件、河流水文特征以及生態(tài)環(huán)境，探究氣候變化對(duì)水庫水文的影響以及水生態(tài)環(huán)境的影響，對(duì)高海拔庫區(qū)水資源科學(xué)管理和水生態(tài)習(xí)性研究提供科學(xué)依據(jù)。目錄1.研究背景及意義2.研究?jī)?nèi)容及方法3.總結(jié)水庫水文簡(jiǎn)單來說用水庫蓄水量及其變化規(guī)律進(jìn)行描述水量平衡入庫流量出庫流量水庫表面蒸發(fā)量出庫地表、地下徑流水庫表面降水量入庫地表、地下徑流工農(nóng)業(yè)引水水庫蓄水量水庫水位流量與氣候變化因子之間的關(guān)系： B=R-E-Q-W，B 為水量平衡；R 為流域平均降水量； T 為月平均氣溫；E為流域蒸發(fā)量；Q 為河流徑流量；W 為土壤蓄水量，單

4、位均為 mm。 根據(jù)物質(zhì)總量收支平衡原理，當(dāng)流域處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，多年水量平衡應(yīng)該為零，則徑流量可表示為：Q=R-E-W。通過高橋浩一郎公式的轉(zhuǎn)換可以發(fā)現(xiàn)徑流量是與氣溫、降雨量的函數(shù)。通過分析流量與氣候因子之間的關(guān)系，以下通過兩個(gè)步驟展開分析 采用生態(tài)流量指標(biāo)方法分析徑流變化與降水的關(guān)系 采用數(shù)學(xué)建模的方法，將徑流、水位等水文數(shù)據(jù)和氣溫、降雨量等氣象數(shù)據(jù)作為數(shù)模的邊界條件，最后以水溫變化作為輸出結(jié)果反映氣象-水文變化產(chǎn)生的影響電站名稱正常蓄水位最大壩高庫容裝機(jī)容量調(diào)節(jié)性能使用狀態(tài)mm億m萬KW黃河源4270.1518240.025無已建茨哈298025244.74260季規(guī)劃班多276078.4

5、50.153536日已建羊曲271515014.724120季在建龍羊峽2600178247128多年已建地勢(shì)西南高東北低，高程在2656-6350m范圍內(nèi)，屬于高原大陸性氣候，主要表現(xiàn)為晝夜溫差較大，降雨分布差異較大，日照時(shí)間較長(zhǎng)等多年平均氣溫-2.1，多年平均降水541.5mm，從流域尺度來看屬于半濕潤(rùn)地區(qū)，降水呈現(xiàn)東南多西北少的格局氣候變化對(duì)河流生態(tài)的影響 本研究中認(rèn)為唐乃亥水文站（龍羊峽水庫入庫控制站）的流量指標(biāo)變化反應(yīng)單純的氣候變化對(duì)河流生態(tài)的影響。 基于流量歷時(shí)曲線的生態(tài)盈余量和生態(tài)不足量作為生態(tài)流量指標(biāo)，作為反應(yīng)河流徑流變化對(duì)自然狀態(tài)的偏離程度。考慮到龍羊峽水電站1987年后開始

6、發(fā)電，以1961-1987年各時(shí)段的流量作為天然流量，并以其為基準(zhǔn)對(duì)1961-1987年時(shí)段內(nèi)每一年的年、季節(jié)流量進(jìn)行 排序，得到75%和25%對(duì)應(yīng)年或季節(jié)的流量歷時(shí)曲線以生態(tài)盈余量為例，對(duì)于每一年，若流量歷時(shí)曲線高于75%流量歷時(shí)曲線，則兩個(gè)曲線所圍成的面積與多年平均的年流量的比值定義為生態(tài)盈余量春季夏季生態(tài)盈余量生態(tài)不足量生態(tài)盈余量生態(tài)不足量0.23-0.150.62-0.60秋季冬季生態(tài)盈余量生態(tài)不足量生態(tài)盈余量生態(tài)不足量0.51-0.520.32-0.26生態(tài)流量指標(biāo)與降水的相關(guān)系數(shù)在春季和冬季，生態(tài)流量指標(biāo)與降水的相關(guān)性較差；與春季相比，夏季和秋季生態(tài)流量指標(biāo)與降水的相關(guān)性相對(duì)較強(qiáng)。

7、這表明黃河上游降水減少是夏秋季徑流減少的重要原因年生態(tài)盈余量在1990年前均值較大，為0.10，1990年之后均值較小為0.04。相反年生態(tài)不足量在1990年前較小，均值為-0.03，在1990年之后較大，均值為-0.08， 19912005生態(tài)流量減少顯著，2005年之后，生態(tài)流量有上升趨勢(shì)；生態(tài)盈余量的變化與年降水的變化較為一致，表明年降水是年尺度低流量變化的主要原因前面通過生態(tài)流量指標(biāo)法分析了黃河龍羊峽上游多年徑流量與降雨量之間的關(guān)系，下面通過2014-2015年龍羊峽入庫流量和降雨量分析實(shí)際情況受季風(fēng)氣候的影響，龍羊峽水庫的徑流量具有顯著的季節(jié)變化特征和年際變化特征。庫區(qū)降雨主要集中在

8、4-10月，在5-10月為豐水期，入庫流量占全年總量的80%以上，入庫流量的峰值滯后于雨量的峰值。龍羊峽電站從5月開始蓄水，水位隨著入庫流量的增大逐漸抬高，在汛期時(shí)蓄水過程，月平均水位在蓄水過程增幅為14.53m；在11月-來年4月庫區(qū)降雨量大幅減少，入庫流量較少，水庫水位逐漸降低。出入庫流量引起的水量平衡的變化造成了水庫蓄水量和水位的變化。氣象水文因子對(duì)水庫水動(dòng)力狀態(tài)的影響 構(gòu)建基于上游來水量、下游出水量以及支流的匯入以及降雨、蒸發(fā)滲漏量為水動(dòng)力模塊邊界和氣溫、入庫水溫等為水溫模塊邊界的龍羊峽水庫水環(huán)境模型。月份月份入庫水溫（入庫水溫（）氣溫（氣溫（）大氣濕度大氣濕度（%）晴空指數(shù)晴空指數(shù)（

9、%）風(fēng)速（風(fēng)速（m/s）10-0.640560.3205.345560.631.38.850601.146.51350651.9510.316.255602612.915.760701.771518.360751.5815.116.265701.3912.313.860651.1108.2955600.81121.850600.6120-3.840560.3多年平均徑流量（億m3）204實(shí)測(cè)最大洪量（億m3）120.5設(shè)計(jì)洪量（億m3）164總庫容（億m3）274.190.744實(shí)測(cè)0.439水溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分層依據(jù)SDJ302-88水利水電工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范推薦的指標(biāo)法和指標(biāo)判別法，其判別公式

10、為： = 多年平均年徑流量/總庫容 當(dāng) 10 時(shí)為分層型水庫， 20 時(shí)為混合型水庫，10 20 為過渡型水庫。 一次洪水總量總庫容 當(dāng)0.5 時(shí)洪水對(duì)水溫結(jié)構(gòu)無影響；當(dāng)0.51.0 時(shí)洪水對(duì)水溫結(jié)構(gòu)有影響。 根據(jù)資料中設(shè)計(jì)洪量計(jì)算，和 值結(jié)果見表各月計(jì)算結(jié)果取典型時(shí)刻水溫值，選用縱向沿程中心線剖面來給出庫區(qū)沿程垂向水溫分布圖6月7月8月2月3月 在5-10豐水月份的時(shí)候，水庫呈現(xiàn)分層狀態(tài)，在11-4月水庫基本處于上下等溫的狀態(tài)。春季由于氣溫升高、入庫流量增大，水庫開始形成分層，在夏季表層水溫最高，在有大規(guī)模洪水入庫時(shí)，水庫表底的溫度差異被削弱。秋冬季節(jié)，由于氣溫和光照的影響，以及入庫流量大幅減少，表層水體密度增大與下層溫度較高，密度較小的暖水產(chǎn)生對(duì)流運(yùn)動(dòng)，水庫水溫呈現(xiàn)垂直分布，近乎等溫分布的狀態(tài)。 。目錄1.研究背景及意義2.研究?jī)?nèi)容及方法3.總結(jié) 使用生態(tài)流量指標(biāo)法分析黃河龍羊峽水庫上游流量，在年際