【精品硕博论文-水利水电工程】气候变化对新安江流域水资源影响评估

'前言本科毕业论文气候变化对新安江流域水资源影响评估ImpactsAssessmentofClimateChangeonWaterResourcesofXin’anRiverBasin前言自20世纪以来，全球气候呈现以变暖为主要特征的变化趋势，已成为目前国际社会普遍关注的热点问题。气候变化指经过相当一段时间的观察，在自然气候变化之外由人类活动直接或间接地改变全球大气组成所导致的气候改变，近百年来呈现出以全球气候变暖为主的变化。2013年9月，政府间气候变化专门委员会（IPCC）公布了第五次评估报告（AR5）第一工作组报告的决策者摘要。报告显示大气和海洋已变暖，积雪和冰量已减少，海平面已上升，温室气体浓度已增加，指出气候变暖是非常明确的，1950年以来的气候变化是千年以来前所未有的，过去3个10年的地表已连续偏暖于1850年以来的任何一个10年。全球气候变化通过大气环流变化、蒸发增加、冰雪条件变化等引起降雨、蒸发、入渗、土壤湿度、河川径流、地下水流等一系列的水文条件变化，全球水文循环以及能量系统平衡被打破，引起水资源在空间、时间上的重新分配，旱灾、洪灾的频率与强度的扩大，极端天气频繁发生，对未来地球生态环境保护、社会经济发展和人类生存带来了新的挑战。在此背景下，预测未来流域尺度水文要素变化特征与趋势，全面评估气候变化对流域水资源系统影响，研究应对气候变化水资源管理相应对策与措施显得刻不容缓。本文研究气候变化对水文水资源影响机理，运用BCSD方法对全球气候模式（GCM）数据进行降尺度分析，构建新安江月水量平衡模型对新安江流域的未来径流进行预测，揭示水文气象要素之间的演变规律，评估气候变化对新安江流域水文水资源的影响，并研究提出水资源管理对策措施。这对于加强流域水资源科学开发利用，保障流域水资源安全，维持流域生态环境健康均有重要意义，也可为气候变化情景下我国水资源的规划与管理提供科学参考和依据。I 摘要摘要自20世纪以来，全球气候呈现以变暖为主要特征的变化趋势，已成为目前国际社会普遍关注的热点问题。在气候变化背景下，水文要素发生改变，全球水循环与能量系统平衡被打破，导致水资源量在空间、时间上的重新分配，极端天气事件频繁发生，对未来地球生态环境、社会经济发展和人类的生活带来了新的挑战。新安江是钱塘江的一条Ⅱ级支流，干流长373km，流域面积1.1万多km2，是长三角地区重要的生态屏障，在地区水资源供给、农业灌溉、防洪、旅游、经济发展等领域均发挥了重要作用。研究气候变化对新安江流域水文水资源的影响，揭示水文气象要素之间的演变规律，预测流域未来径流变化情况，对气候变化下流域水资源合理开发利用，进一步保障流域水资源安全具有重要意义。本文研究气候系统组成以及气候变化及其对水文水资源影响机理，采用BCSD方法对全球气候模式（GCM）数据进行降尺度分析，构建新安江月水量平衡模型对新安江流域的未来径流进行预测，分别分析三种情景模式下的降雨、气温、蒸发与径流四个水文要素的变化特征，研究气候变化对新安江流域水文水资源的影响。本文主要研究内容和成果如下：（1）阐述全球气候系统的概念、组成及其属性和特征，气候变化在大气、海洋、冰冻圈、海平面、碳循环和其他生物地球化学循环五个方面的现状，气候变化的原因及主要影响，尤其是对水文水资源的影响，结合全球气候变化的情景模式，典型浓度路径RCPs，构建气候变化对水文水资源影响评估方法。（2）阐述误差订正空间分解法（BCSD）降尺度方法的原理与步骤，主要分为误差订正和空间分解两步，并对BCSD方法的适应性和局限性进行说明。（3）研究新安江日模型的结构、原理与计算，分蒸散发、产流、水源划分和汇流计算四个层次结构，论述从日模型简化得到的新安江月模型的结构与计算，月模型在水源划分中不考虑壤中流，在汇流中不考虑河网汇流；分析新安江模型参数，参数率定与检验的方法。并且采用新安江月水量平衡模型，利用历史1979~2005年共27年的实测数据进行参数率定和检验，率定期的实测流量与模拟流量的相关系数为0.958，检验期为0.978，说明新安江模型模拟效果较理想。III 摘要（4）采用已参数率定的新安江月水量平衡模型，对BCSD方法降过尺度后的GCM降雨及蒸发数据进行未来94年的径流预测。结果表明：三种情景模式未来平均径流大致相等，径流逐年变化趋势不明显；从各机构径流分布范围可知，出现极值事件即暴雨洪水的几率较大，应做好防洪调度的准备。（5）从年平均和多年月平均两个角度，对各个水文要素即气温、降雨、蒸发和径流的历史时段和未来时段进行对比，分析得到年平均气温随时间呈现明显的上升趋势，且未来气温比历史气温上升趋势更明显，RCP85上升速度明显高于RCP45和RCP26；未来年平均降雨呈现增加趋势，趋势不明显，三个情景模式的平均降雨基本相等；蒸发与气温的趋势基本一致，而径流与降雨的趋势基本一致。（6）对气候变化下呈现的问题，提出了水资源管理适应性对策：进一步完善政策法规，加强流域水资源综合管理；加强节水力度，提高用水效率；加大水利投资力度，加强水利基础设施建设；加强污水处理，加强流域水质监测和监督管理；加强气候变化及其对水资源影响的研究；完善水库调度制度，合理利用水资源。关键词：气候变化；BCSD降尺度；新安江模型；水文水资源；影响评估III ABSTRACTABSTRACTSincetwentiethCentury,thetrendtoglobalclimatewarmingasthemainfeature,ithasbeenahotproblemofcommonconcerntotheinternationalcommunity.Underthebackgroundofclimatechange,hydrologicalchanges,theglobalwatercycleandenergybalanceisbroken,leadingtothewaterresourcesintheallocationofspace,time,extremeweathereventsoccurfrequently,intheearth"secologicalenvironment,socialeconomicdevelopmentandhumanlifehasbroughtnewchallenges.Xin"AnriverisagradeIItributaryoftheQianTangRiver,riverlength373km,watershedareaofmorethan1.1km2,isanimportantecologicalbarrierfortheYangtzeRiverDeltaregion,hasplayedanimportantroleinthefieldofregionalwatersupply,agriculturalirrigation,floodcontrol,tourism,economicdevelopment.StudyoneffectsofclimatechangeonhydrologyandwaterresourcesintheXin"AnRiverBasin,revealingtheevolutionlawsbetweenhydrologicalandmeteorologicalelements,predictthefuturerunoffbasin,theclimatechangeintherationaldevelopmentandutilizationofwaterresources,tofurtherprotectthewaterresourcessecurityisofgreatsignificance.Thispaperstudyonclimatesystemandclimatechangeanditsimpactonhydrologyandwaterresourcesmechanism,usestheBCSDmethodtotheglobalclimatemodel(GCM)ofdownscalingdata,buildtoforecastfutureXin"AnRiverrunoffvariationcharacteristicsofmonthlywaterbalancemodel,arethreekindsofscenarioanalysismodeofrainfall,temperature,evaporationandrunofffourhydrologicalfactors,impactofclimatechangeonhydrologyandwaterresourcesinXin"AnRiverbasin.Inthispaper,themainresearchresultsareasfollows:(1)Thecompositionanditspropertiesandcharacteristics,theconceptofglobalclimatesystem,climatechangeintheatmosphere,oceans,cryosphere,sealevel,carbonandotherbiogeochemicalcyclepresentsituationfiveaspects,andthemaincausesofclimatechange,especiallytheimpactonhydrologyandwaterresources,withglobalclimatechangeinthescenemode,thetypicalconcentrationpathRCPs,assessmentmodelofclimatechangeonhydrologyandwaterresourcesisconstructedinthispaper.(2)Theerrorcorrectionspacedecompositionmethod(BCSD)principleandstepsofdownscalingmethod,consistsoferrorcorrectionandspatialdecompositionoftheIX ABSTRACTtwostep,andtheadaptabilityandlimitationsoftheBCSDmethodareexplained.(3)Thestructure,principleandcalculationofXin"Anriverdaymodel,dividedevapotranspiration,runoff,waterdividesandconfluencecalculationfourlevelsstructure,expoundsthestructureandcalculationmodelissimplified,theXin"Anrivermodel,modeldoesnotconsidertheinterflowinthewaterdivision,donotconsidertheroutingonthebusinXin"AnRiver;thenthemodelparameters,calibrationmethodandinspection.AndtheXin"AnRivermonthlywaterbalancemodel,parametercalibrationandtestdatafrom1979~2005historyof27years,thecorrelationcoefficientwasmeasuredflowandsimulationflowofregularinspectionperiodis0.958,0.978,theXin"Anrivermodeltosimulatetheeffectofideal.(4)TherateofXin"Anriverhasparametermonthlywaterbalancemodelset,GCMrainfallandevaporationdatadropscaleontheBCSDmethodofforecastingrunoffinthefuture94years.Theresultsshowthat:threescenariosoffutureaveragerunoffareroughlyequal,runoffhasnoobviouschange;fromtheagenciesthatrunoffdistributionrange,thereishighprobabilityofextremeeventsofflood,floodcontrolschedulingshouldbeprepared.(5)Fromtheaverageannualandmonthlyaveragetwopointofview,thehydrologicalelementssuchastemperature,rainfall,evaporationandrunoffperiodandfutureperiodswerecompared,analysis,theannualaveragetemperaturewithtimeshowedarisingtrend,andthefuturetemperaturethanthehistoricaltemperaturerisetrendmoreobvious,RCP85risevelocitywassignificantlyhigherthanthatofRCP45andRCP26;theaverageannualrainfallincreased,thetrendisnotobvious,theaveragerainfallisequaltothreescenarios;evaporationandtemperaturetrendisbasicallythesame,buttherunoffandrainfallarebasicallythesametrend.(6)Onclimatechangeproblems,putsforwardthemanagementofwaterresourcesadaptivecountermeasures:furtherimprovepoliciesandregulations,strengthenthecomprehensivemanagementofriverbasinwaterresources;strengthenthesavingwater,improvingwateruseefficiency;increasethewaterconservancyinvestment,strengthenthewaterconservancyinfrastructureconstruction;strengthenthesewagetreatment,strengtheningriverbasinwaterqualitymonitoringandsupervisionandmanagement;strengtheningresearchclimatechangeanditsimpactonwaterresources;improvethereservoiroperationsystem,therationaluseofwaterresources.IX ABSTRACTKeywords:climatechange；BCSDdownscalingmodel；XinanjiangHydrologicModel；waterresources；impactassessmentIX 目录目录前言I摘要IIABSTRACTIV第一章绪论11.1研究背景及意义11.2国内外研究动态21.3论文主要研究内容及技术路线61.3.1论文主要研究内容61.3.2论文研究技术路线7第二章气候变化对水文水资源影响评估基本理论82.1全球气候系统82.1.1气候系统的组成82.1.2气候系统的属性和特征82.2气候变化及其主要影响102.2.1气候变化的现状102.2.2气候变化的原因122.2.3气候变化的主要影响132.3气候变化对水文水资源影响机理与评估方法142.3.1气候变化情景模式142.3.2气候变化对水文水资源影响机理162.3.3气候变化对水文水资源影响评估方法182.4本章小结19第三章BCSD降尺度方法研究203.1BCSD降尺度方法简介203.2BCSD降尺度原理与步骤203.2.1误差订正203.2.2空间分解223.3适应性与局限性分析243.4本章小结24IX 目录第四章新安江月水量平衡模型254.1新安江模型结构与原理254.1.1新安江模型结构254.1.2新安江模型计算264.1.3新安江月水量平衡模型324.2新安江模型参数率定与检验研究344.2.1新安江模型参数344.2.2新安江月模型参数率定与检验364.3适应性与局限性分析374.4本章小结38第五章气候变化对新安江流域水文及水资源影响评估405.1新安江流域概况405.1.1自然地理405.1.2气象水文415.1.3新安江水电站415.1.4社会经济425.2新安江流域全球气候模式输出降尺度分析425.2.1数据准备425.2.2降尺度分析过程435.2.3降尺度分析结果465.3气候变化情景下新安江流域径流预测475.3.1新安江月模型参数率定475.3.2新安江月模型参数率定检验结果分析495.3.3新安江流域径流预测515.4新安江流域主要水文要素变化特征分析545.4.1气温545.4.2降雨585.4.3蒸发615.4.4径流645.5新安江流域未来水资源管理适应对策研究675.6本章小结69第六章总结与展望70IX 目录6.1总结706.2展望71参考文献73致谢77IX 水利水电工程专业本科毕业论文第一章绪论1.1研究背景及意义气候系统是由大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈组成并且相互作用的高度复杂的开放系统，具有复杂性、稳定与可变的二重性和可预报性。气候变化指经过相当一段时间的观察，在自然气候变化之外由人类活动直接或间接地改变全球大气组成所导致的气候改变。2013年9月，政府间气候变化专门委员会（IPCC）公布了第五次评估报告（AR5）第一工作组报告的决策者摘要。报告显示大气和海洋已变暖，积雪和冰量已减少，海平面已上升，温室气体浓度已增加，指出气候变暖是非常明确的，1950年以来的气候变化是千年以来前所未有的，过去3个10年的地表已连续偏暖于1850年以来的任何一个10年。在北半球，1983~2012年可能是过去1400年中最暖的30年，在1880~2012年期间温度升高了0.85℃，1850~1900年时期和2003~2012年时期的平均温度之间的总升温幅度为0.78℃[1]。全球气候变化通过大气环流变化、蒸发增加、冰雪条件变化等引起降雨、蒸发、入渗、土壤湿度、河川径流、地下水流等一系列的水文条件变化，打破全球水文循环和能量系统平衡，引起水资源在空间、时间上的重新分配，导致旱灾、洪灾的频率与强度的扩大，极端事件发生频率的增加，对地球生态环境以及社会经济发展造带来新的挑战[2]。新安江流经皖浙两省，是钱塘江的一条Ⅱ级支流，发源于安徽黄山休宁县，经浙江千岛湖汇入钱塘江，是长三角地区重要的生态屏障。干流长373km，流域面积1.1万多km2，在安徽省内上游河段的新安江，是仅次于长江、淮河的第三大水系。新安江水库，是我国长三角地区最大的淡水人工湖和重要的水源地。新安江流域属亚热带季风气候区，温暖湿润，雨量充沛，多年平均降水量1733mm，人均水资源量6405m3。新安江流域对当地水资源供给、农业灌溉、防洪、旅游、社会经济发展等方面有重要作用。77 水利水电工程专业本科毕业论文然而新安江流域存在以下问题：降水量时空分布不均，春夏多雨易洪、秋冬少雨多旱，易发生洪涝、干旱等极端天气；气候变化引起的高温等对水资源利用影响较大；山高坡陡，当降雨强度大时，容易诱发滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害；用水效率不高，浪费现象严重，水资源利用不合理，季节性工程型缺水严重，水资源管理制度措施不健全，水质污染日益严重等。在未来气候变化背景下，新安江流域气象水文要素变化的不确定性增加，水资源时空分布不均矛盾更加突出，极端天气事件发生频率与强度均呈增强趋势，流域水资源科学利用与安全保障面临新的挑战。为此，本文研究气候变化对新安江流域水文水资源的影响，揭示水文气象要素之间的演变规律，预测流域未来径流变化情况，并提出相应的适应性对策措施，这对气候变化情景下，加强流域水资源合理的开发利用，保障流域水资源安全，维持流域良好健康的生态环境，对保证社会经济的可持续发展，均具有重要的参考价值和现实意义。1.2国内外研究动态气候变化是目前全球性的重要课题之一。关于气候变化影响的研究起步于20世纪70年代，由世界气象组织(WMO)、联合国环境署(UNEP)、国际水文科学协会(IAHS)等国际组织促进，先后开展实施了世界气候影响研究计划(WCPI)、全球能量水循环试验(GEWEX)等项目的研究。气候变化对水文水资源的影响很早就引起国内外气候和水文学界的关注[3]。1977年，美国国家研究协会(USNA)组织会议讨论了气候、气候变化和供水之间的相互关系和影响。1979年在瑞士召开了“世界气候大会”，尽管在会上有些学者呼吁应当开展气候变化与水资源之间的研究，但在当时并没有引起足够重视[4]。1982年Nemee和Shcaake应用概念性流域水文模型分析了气候变化对干旱和湿润地区径流的影响。1985年，世界气象组织(WMO)出版了气候变化对水文水资源影响的综述报告，并推荐了一些检验和评价方法，之后又出版了水文水资源系统对气候变化的敏感度分析报告。1987年国际水文科协(IAHS)在第十九届国际IUGG大会中举办“气候变化和气候波动对水文水资源影响”的专题学术会议。1990年，Nash采用由美国国家气象局开发的概念性水文模型,以科罗拉多河流域为例研究了流域水文资源对气候变化的响应。Waggoner于1990年出版《气候变化和美国水资源》一书，该书系统的总结了气候变化对水资源的影响研究方法、内容和结果[5]。随后在里约热内卢环境与发展大会上发表21世纪议程，指出气候变化对水资源的影响，是全球应予以高度关注的问题。20世纪90年代以来，气候变化对水文水资源的影响研究工作迅速增加。1991年，第20届国际大地测量与国际地理联合大会在维也纳召开，水文科学组主要研究探讨了土壤—77 水利水电工程专业本科毕业论文大气之间相互作用的水文过程。2001年举行的IGBP会议、第六届IAMAP~IAHS大会以及2004年在巴西召开的IAHS大会均设立了气候变化对水文水资源的影响讨论专题，2007年的IUGG国际会议又一次讨论了气候变化对水文水资源的影响研究问题[3]。2009年，在丹麦首都哥本哈根举行的联合国气候变化大会（COP15），即《联合国气候变化框架公约》缔约方第15次会议暨《京都议定书》签字国第五次会议，会议计划就2012年后全球温室气体减排做出安排。世界水论坛在2009年集中讨论了全球气候变化的影响及其对策，在2012年举办“水和适应气候变化”高层圆桌会议[6]。2013年，联合国气候大会在波兰华沙召开。可见进入21世纪，气候变化已成为各种国际会议的主要议题，并在巴西、北京、墨西哥和意大利等国依次召开了与气候变化对水文水资源影响相关的国际会议[7]。另外，在1988年，联合国环境计划署和世界气象组织共同组建了联合国政府间气候变化委员会（IPCC），其主要任务是为政府决策者提供气候变化的事实和对未来气候的可能变化作出预测，以使决策者认识人类对气候系统造成的危害并采取相应对策。到目前为止，IPCC分别于1991年、1996年、2001年、2007年和2013年完成并发布了五次评估报告，这些报告已成为国际社会认识和了解气候变化问题的主要科学依据[7]。我国从20世纪80年代起开展了气候变化对水文水资源影响方面的研究。1988年，国家自然科学基金开展了“中国气候与海面变化及其趋势和影响研究”，它是中国科学院及国家自然科学基金支持下的重大项目，该项目的主要内容包括：全球气候变暖，中国气候变化历史，中国海平面变化情况，气候变化对西北华北水资源的影响[4]。1991年，国家科委启动的“八五”国家科技攻关项目“全球气候变化的预测、影响和对策研究”中设立了“气候变化对水文水资源的影响及适应对策”专题，1994年，中美合作开展了“国家研究”，这两个项目都包括气候变化对水文水资源的影响及适应对策研究[3]。1993~1996年，“八五”科技攻关项目“气候变化对水文水资源的影响及适应对策研究”中以我国汉江、东江、黄河、淮河、海河、松辽河的典型支流为研究对象，采用集总式水量平衡模型，分析气候变化对流域径流的影响，井根据7个GDMS的输出结果，对未来流域的水资源形势进行了展望[7]。1996~2000年，“九五”科技攻关项目“我国短期气候预测系统的研究”，其中包括“气候异常对我国水分循环及水资源影响评估模型研究”专项，选择淮河流域和青藏高原作为研究区域，参加GEWEX在亚洲季风区试验即GAME项目[3]。77 水利水电工程专业本科毕业论文2001~2003年，“十五”科技攻关项目“中国可持续发展信息共享系统的开发研究”中设立了“气候变化对我国淡水资源的影响阈值及综合评价”专题，拓展了以往研究内容与技术手段，在对未来需水预测和未来水资源量情势分析的基础上，研究了未来气候变化情境下，我国水资源脆弱性和气候变化对我淡水资源的影响阈值[7]。2008年，“气候变化对我国水安全影响以及适应性对策研究”被列为水利行业的重大研究专项[7]。2009年，我国开展的国家973项目“气候变化对我国东部季风区陆地水循环与水资源安全的影响及适应对策”以及重点基础研究发展规划项目“我国生存环境演变和北方干旱化趋势预测研究”则针对全球变暖问题，重点研究我国北方干旱地区未来的气候情势、人类活动和水资源相互作用关系以及适应对策[3]。2010年，全球变化国家重大科学研究计划项目包括“气候变化对黄淮海地区水循环的影响机理和水资源安全评估”和“气候变化对西北干旱区水循环影响机理与水资源安全研究”也关注了气候变化对水文水资源的影响的研究[6]。2013年，为积极应对全球气候变化，统筹开展全国适应气候变化工作，国家发改委、财政部、水利部、农业部等9部门联合制定了《国家适应气候变化战略》，这是中国第一部专门针对适应气候变化方面的战略规划。国内外学者在该领域已进行了一定的探索和研究。1996年，邓慧平和吴正方等[8]从目前的研究方法、已取得的成果和研究中存在的问题几个方面比较系统地阐述了气候变化对水文水资源的影响。1998年，沈大军等[9]分别从水文系统中的降水、蒸发、径流等和水资源系统中的的供水、需水及区域水资源管理等方面论述了气候变化对水文水资源系统的影响。2001年，戴君虎、晏磊等[10]在由二氧化碳、甲烷等温室气体引起的温室效应导致全球变暖、人类活动及农业生态对气候系统变化的影响、臭氧层空洞、荒漠化和沙尘暴与气候变化之间的关系、太阳风暴干扰大气电离层诱导气候变化过程，减缓气候变化产生的经济效益，全球水循环与水资源的时空变化，全球变化与自然地质灾害等多领域、多角度、多方位的研究了全球变化如何影响着人类生存环境及可持续发展的进程。2002年，游松财等[11]以改进的水分平衡模型为基础，研究了全国未来地表径流量的变化与不同气候变化的因果关系，但未能对GCM模型（通用环流模型）的输出结果加以尺度上的变化，并在理想的假设条件下，采用了季风气候区的Thornthwaite公式，未准确的计算实际蒸发量，使得最后结果与实际情况相差较大。2003年，王云璋等[12]77 水利水电工程专业本科毕业论文建立了天然径流量计算公式，分析计算了降水量变化对径流量的影响；2004年，陈玲飞、王红亚[13]构建气候因子对径流的影响模型，分析探讨了径流变化对全国气候变化的响应程度；2006年，孙万光、徐世国等[14]利用CCSR/NIES和CSIR0-MK2两个模型模拟未来气候变化情景，探讨了水文要素对气候变化的响应。2007年，李菲菲[15]将PRECIS区域气候模式与VIC模型进行单向耦合，驱动水文模型，模拟出未来近百年间黑河上游地区的蒸发量以及径流的变化过程，借此研究气候变化对水文水资源系统的影响。2010年，郭靖[16]应用SSVM、SDSM和ASD统计降尺度方法预测汉江流域未来降水、气温变化，采用两参数月水量平衡模型和VIC分布式水文模型与GCM进行耦合，预测未来丹江口水库及整个汉江流域径流量情况，并用HBV水文模型分析气候变化情景下，汉江上游径流极值事件的变化情况。2011年，仕玉治[3]以东北地区两个流域为研究实例,以大尺度流域水文模型SWAT为基础，开展气候变化及人类活动对流域水资源的影响研究。2012年，徐翔宇[17]通过构建分布式水文模型，定量评估了人类活动和气候变化对潘家口水库流域径流的影响，并模拟了未来气候情景下径流的可能变化。2013年，刘宏权[18]采用区域气候模型STAR，结合气候变化趋势分析，采用不同升温幅度，对区域未来气候进行了低中高升温情景的仿真模拟，通过模拟递推法、回归分析法和模糊优选神经网络模型等方法研究了气候变化对径流和水资源量的影响以及气候变化对社会经济用水量的影响，构建了区域水资源承载力量化模型，并分析了气候变化对区域水资源承载力的影响。经过几十年的发展，国际上和国内的科学工作者们开展的关于气候变化对水文水资源影响的研究工作已取得了很大的进展，研究方法也得到了不断的改善。对GCM的输出降解由直接的插值法发展到考虑统计、物理特性的各种降尺度方法；水文模拟也由简单的统计模型发展到考虑大气一植被一土壤交换的分布式水文模型[16]。但是目前的研究中仍存在一些问题与不足，未来需要解决这些问题并不断改进，主要表现在：（1）当前所应用的模型只是把气候模式的输出数据当作水文模型的输入数据进行研究，两者只是单向连接，且没有考虑大气和陆面之间的相互影响，因此需要研究解决气候模型和水文模型的双向耦合问题和陆地水文循环过程[19]。（2）陆面水文降水与径流过程都存在很强的次网格不均匀性，而大多数GCM是假定模型网格内的植被和土壤在水平面上是均匀的，这对陆面水文过程参数化过于简单，从而使得模拟精度不高[16]77 水利水电工程专业本科毕业论文。未来气候变化对水资源的影响研究主要依靠GCM的数据，但是单一气候模型受到模型结构、分辨率和温室气体排放方案等不确定性因素影响，预测未来气候变化具有较大不确定性，进而导致流域水资源影响量化结果具有较大差异。因此，应建立多种气候模型来进行未来气候变化对流域水资源的影响研究[3]。（3）目前，大多采用概念性模型进行模拟预测，但是这类模型物理机制不明确，很多时候只是用数学方法进行参数率定，因此，需要改进传统的水文模型，发展具有物理机制的大尺度分布式水文模型，并且这种模型不仅包括水文循环过程的描述，还应包含有各种水管理模型和水评价模型等[20]。（4）目前的研究内容主要集中在反映气候变化对流域径流过程平均变化的影响，而关于气候变化对水文极值事件的响应、对水环境、水质的影响和水资源系统脆弱性等方面的研究比较少，因此，应加强这些方面的研究[16]。1.3论文主要研究内容及技术路线1.3.1论文主要研究内容本文研究气候系统组成以及气候变化及其对水文水资源影响机理，采用BCSD方法对全球气候模式（GCM）数据进行降尺度分析，构建新安江月水量平衡模型对新安江流域的未来径流进行预测，分别分析三种情景模式下的降雨、气温、蒸发与径流四个水文要素的变化特征，研究气候变化对新安江流域水文水资源的影响。主要包括以下内容：（1）阐述全球气候系统的概念、组成及其属性和特征，阐述气候变化的事实，分析气候变化原因及主要影响，尤其是对水文水资源的影响，并且结合全球气候变化的情景模式，典型浓度路径RCPs，构建本文气候变化对水文水资源影响评估模型。（2）研究误差订正空间分解法（BCSD）降尺度方法的原理与步骤，主要为误差订正和空间分解两步，并对BCSD方法的适应性和局限性进行分析。（3）研究新安江日模型的结构、原理与计算，以及从日模型简化得到的新安江月模型的结构与计算，并且说明新安江模型参数率定与检验的方法。（4）采用新安江月水量平衡模型，对BCSD方法降过尺度后的GCM降雨及蒸发数据进行径流预测。对各个水文要素即气温、降雨、蒸发和径流的历史时段和未来时段的变化特征进行对比，在不同情景模式下的各水文要素的变化情况进行分析，以得到气候变化下新安江流域水文水资源的变化情况。从而对气候变化下呈现的问题，提出新安江流域未来水资源管理适应性对策。77 水利水电工程专业本科毕业论文1.3.2论文研究技术路线本文综述全球气候系统与气候变化及其影响，介绍BCSD降尺度方法的原理与步骤，新安江日模型与月模型的结构计算及参数率定；并采用BCSD方法、新安江月水量平衡模型，对新安江流域的未来径流进行预测，分别分析三种情景模式下降雨、气温、蒸发与径流四个水文要素的变化特征，从而说明气候变化对新安江流域水文水资源的影响，论文研究技术路线如图1-1所示。图1-1论文研究技术路线图77 水利水电工程专业本科毕业论文第二章气候变化对水文水资源影响评估基本理论本章介绍全球气候系统的概念、组成及其属性和特征，阐述气候变化的事实，分析气候变化原因及其主要影响，尤其是对水文水资源的影响，结合全球气候变化的情景模式，提出气候变化对水文水资源影响评估方法。2.1全球气候系统2.1.1气候系统的组成1974年，国际上首次提出气候系统的概念。1979年，世界气候大会明确提出将气候系统的五个圈层（即大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈）结合起来研究[21]。气候系统是由上述五个圈层组成并且相互作用的高度复杂的系统。气候系统内部在太阳辐射的作用下产生一系列的复杂过程，并有连续的外界能量输入，且其各个组成部分之间通过物质和能量交换紧密地相互联系和影响着，所以气候系统是一个非线性的开放系统，如图2-1所示。气候系统的各个组成部分（即子系统）也都是开放系统，因为大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈内部及其相互之间普遍存在着能量、动量和物质的输送与交换过程。这些子系统之间复杂的物理、化学和生物作用，形成了气候系统行为的多样性和复杂性。气候系统随时间演变的过程既受到自身内部动力学的制约，也受到外部强迫的影响。在气候系统的五个圈层中，大气圈是气候变化的中心，它具有不稳定、变化快等特点。大气圈不但受到其他四个圈层的直接作用与影响，而且与人类活动有最密切的关系，大气圈的状态和变化直接影响着人类的生存条件和各种活动[22]。2.1.2气候系统的属性和特征2.1.2.1气候系统的基本属性气候系统的基本属性可以概括为以下四个方面：（1）热力属性，包括空气、水、冰和陆地的温度；（2）动力属性，包括风、洋流以及与之相联系的垂直运动和冰体移动；（3）水分属性，包括空气湿度、云量以及云中含水量、降水量、土壤湿度、河湖水位、冰雪范围和储量等；77 水利水电工程专业本科毕业论文图2-1气候系统各组成部分、其过程和相互影响示意图（IPCC2007）（4）精力属性，包括大气和海水的密度和压强、大气的组成成分、大洋盐度及气候系统的几何边界和物理常数等。这些属性在一定的外因条件下通过气候系统内部的物理过程（也有化学和生物过程）而互相关联着，并在不同时间尺度内变化着。2.1.2.2气候系统的基本特征气候系统的基本特征包括以下三个方面：（1）气候系统的复杂性。气候系统是一个庞大的、非线性的、开放的复杂系统，它包括了若干个子系统，且这些子系统又各自包含有许多更小的二级子系统，具有复杂的多级结构。子系统之间以某种或多种方式发生复杂的非线性和非平衡的相互作用，导致其在时间和空间上产生各种复杂形式的相关结构，形成了气候系统的空间复杂性特征。气候系统是有序态、随机态和混沌态共同存在于一个复杂系统中，依系统内外不同参数条件随时间和空间变化，且对初始条件、参数和环境的微小扰动高度敏感[21]。从热力学系统分类的角度看，气候系统是开放的，既有能量的不断耗散，又有一些相对稳定的周期性变化，还具有某些随机扰动的性质。从气候系统随时间的演变看，其复杂性表现在既有相对缓慢稳定的趋势变化，又有剧烈的突变现象；既有相对规则的周期性变化，也有随机性的不规则变化。77 水利水电工程专业本科毕业论文（2）气候系统具有稳定与可变的二重性。气候系统的稳定性是气候系统演变过程中的重要特性。气候系统的相对稳定性主要受两个因素的制约：一个是能量收支方面的外部因素，一个是气候系统内部的性质。气候系统的可变性往往表现为由一种稳定的气候状态向另一种稳定的气候状态的转化。（3）气候系统的可预报性。气候预测分为两类：第一类与时间有关，即习惯上的气候可预测性问题；第二类与时间无关且非线性的，即气候变化的不确定性问题。气候本身从某种意义上讲具有统计性和概率性，所以气候系统的可预报性具有对所考虑时空尺度的依赖性。2.2气候变化及其主要影响2.2.1气候变化的现状《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）第一款中，将“气候变化”定义为：“经过相当一段时间的观察，在自然气候变化之外由人类活动直接或间接地改变全球大气组成所导致的气候改变。”UNFCCC因此将因人类活动而改变大气组成的“气候变化”与归因于自然原因的“气候变率”区分开来。目前，国际社会所讨论的气候变化问题，主要是指温室气体的增加所产生的全球气候变暖问题[23]。气候系统的变暖已被证实。自20世纪50年代以来，观测到的许多变化在几十年乃至上千年时间里都是前所未有的。根据IPCC第五次评估报告显示：大气和海洋已变暖，积雪和冰量已减少，海平面已上升，温室气体浓度已增加。具体表现为：（1）大气：过去3个10年的地表已连续偏暖于1850年以来的任何一个10年。在北半球，1983~2012年可能是过去1400年中最暖的30年。全球平均陆地和海洋表面温度的线性趋势计算结果表明，在1880~2012年期间温度升高了0.85（0.65~1.06）℃。基于现有的一个单一最长数据集，1850~1900年时期和2003~2012年时期的平均温度之间的总升温幅度为0.78（0.72~0.85）℃。图2-2为观测到的全球平均陆地和海表温度距平变化（1850-2012年），各距平均相对于1961-1990年均值。（2）海洋：海洋变暖在气候系统储存能量的增加中占主导地位，1971~2010年间累积能量在90%以上。1971~2010年期间，海洋上层（0~700m）已经变暖，海洋上层75m以上深度的海水温度升幅为每十年0.11（0.09~0.13）℃；1957~2009年间，海洋在700m和2000m深度之间可能已经变暖。77 水利水电工程专业本科毕业论文图2-2全球平均陆地和海表温度距平变化（1850-2012年）（IPCC决策者报告，2013）图2-3观测到的多项全球气候变化指标：(a)北半球3~4月（春季）平均积雪范围；(b)北极7~9月（夏季）平均海冰范围；(c)2006-2010年相对于1970年全球平均海洋上层(0~700m)热含量变化；(d)相对于1900~1905年全球平均海平面变化（IPCC决策者报告，2013）（3）冰冻圈：格陵兰冰盖和南极冰盖一直在损失，全球范围内的冰川继续萎缩，而北极海冰和北半球春季积雪已呈持续减少的趋势。77 水利水电工程专业本科毕业论文在1971~2009年间，全世界冰川的冰量损失平均速率（不包括冰盖外围的冰川）很可能是每年226（91~361）Gt，在1993~2009年间很可能是每年275（140~410）Gt。1979~2012年北极海冰面积每10年以3.5%~4.1%的速度减少。自20世纪80年代初以来，大多数地区多年冻土温度已升高。（4）海平面：自19世纪中叶以来，海平面上升速度一直高于过去两千年的平均速率。1901~2010年，全球海平面平均上升了0.19m（0.17~0.21m）。很可能的是，全球平均海平面上升速率在1901~2010年间的平均值为每年1.7（1.5~1.9）mm，1971~2010年间为每年2.0（1.7~2.3）mm，1993~2010年间为每年3.2（2.8~3.6）mm。可见，海平面上升速率一直在提高。如图2-3（d）所示。（5）碳循环和其他生物地球化学循环：大气中CO2、CH4、N2O浓度已经上升到过去80万年来的最高水平。CO2浓度已经比工业革命前水平上升了40%，从1750年至2011年，因化石燃料燃烧和水泥生产释放到大气中的CO2排放量为375（345~405）GtC，因毁林和其它土地利用变化估计已释放了180（100~260）GtC。这使得人为CO2排放累积量为555（470~640）GtC。海洋吸收了30%的人为CO2排放量，从而导致海洋酸化[1]。如图2-4所示。图2-4观测到的多项全球碳循环的变化指标：（a）1958年起在莫纳罗亚（19°32′N,155°34′W–红色曲线）和南极（89°59′S,24°48′W–黑色曲线）大气二氧化碳浓度；（b）海洋表面溶解的CO2分压（蓝色曲线）和实地pH测量值（绿色曲线，测量海水酸度）（IPCC决策者报告，2013）2.2.2气候变化的原因气候变化包括季节、年际、年代际、世纪以及更长的多种时间尺度的变化，引起这些不同时间尺度气候变化的原因十分复杂，不仅与气候系统外强迫因子的变化有关，还涉及气候系统内部的变化与复杂的反馈过程。77 水利水电工程专业本科毕业论文气候系统中一般存在两种反馈机制，一种是能使整个系统恢复到平衡状态的负反馈机制，另一种是使整个系统偏离平衡状态的正反馈机制。气候系统在较长时间内主要是负反馈机制控制，从而使整个地球气候在相当长的时期内处于相对稳定的状态；而在某一发展阶段或某一局部区域，正反馈机制可能占优势，从而导致某一时期或某一局部区域气候发生某种趋势性变化。不同时间尺度气候变化产生的原因是不同的，但从根本上说，造成气候变化的原因有两种：（1）自然的原因，即太阳辐射变化、火山活动等自然外强迫和气候系统内部子系统相互作用产生的单一或耦合气候变化；（2）人类活动的强迫，即人类造成的温室气体和气溶胶等排放、土地利用、植被破坏等造成的气候变化。目前，在大多数情况下，气候变化是指由上述两种原因造成的气候变化，但IPCC科学评估报告近年来指出，人类活动尤其是工业化以来向大气中排放的温室气体增加对20世纪全球气候变化（尤其是近50年的气候变化）产生了明显的影响，因此受到了更大的关注，如《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）完全是针对人类活动引起的气候变化的。气候变异受到太阳辐射变化、火山喷发等自然的外部强迫。在外部强迫下，气候变率的大小取决于强迫的大小及气候系统对强迫的敏感性。如果外部强迫足够缓慢，则地球系统的各圈层均维持平衡。如果强迫的变化是瞬时的，或者仅维持较短时间（如火山喷发），气候系统则将在多个时间尺度上产生响应。人类作为气候系统中的重要成员，一方面受到气候系统中各种自然过程的影响，另一方面，随着人类社会和经济的发展，人类活动对气候变化的影响愈加显著。人类影响气候的方式有：（1）矿物燃料利用及农业和工业活动排放的二氧化碳等温室气体增加大气中温室气体浓度；（2）人类活动排放导致大气中气溶胶浓度的变化；（3）人类社会的发展不断改变土地利用方式及下垫面的性质。这些活动基本都直接或间接地改变了地球辐射平衡，气候对这些辐射平衡改变直接响应，同时又通过反馈机制的变化对这些响应进行放大或缩小。2.2.3气候变化的主要影响气候变化已经对全球的主要经济部门、自然生态系统和区域都产生了影响。未来气候变暖的趋势将进一步加剧，极端天气气候事件发生频率可能增加，降水分布不均现象会更明显，强降水事件发生频率增加，干旱区域范围可能扩大，海平面上升趋势进一步加剧。气候变化的主要影响表现为：77 水利水电工程专业本科毕业论文（1）农业：气候变化使高纬度地区热量资源改善，生育期延长，喜温作物界限北移，促进了作物种植结构调整；使原有作物生育过程加快，生育期缩短，抵御气候波动能力减弱；增加了农业土壤有机质和氮流失，加速了土壤退化、侵蚀的发展，削弱了农业生态系统抵御自然灾害的能力；加剧病虫害的流行和杂草蔓延，农药的施用量将增加，控制难度提高。（2）草地畜牧业：草地植物的物候每年都会由于气候的年际变化在一定范围内波动，且随气候变化趋势也有一定的倾向性；气候对草地生物多样性有重要影响，降水量的多少直接影响草地生物量，干旱是引起植物变化的最主要因素，降水减少和温度增加都会引起干旱化，从而使草地退化；气候变化引起的一些极端天气事件对草地也有重要影响。（3）水资源：气候变化对冰和冻土区域的自然水系统已产生了明显影响；一些河流系统发生了以下变化：江河径流普遍减少，地下水位下降，洪涝灾害加剧，南涝北旱的格局加剧。（4）自然生态系统：越来越多的观测证据表明，近期的气候变化已经强烈地影响着自然生态系统：动植物的分布向高纬度和高海拔地区推移；生物的物候期提前，20世纪80年代初以来，在许多区域已出现春季植被提前“返青”的趋势，增加的净初级生产力与生长季节延长有关联；某些生态系统的物种数量和种群结构发生变化，少量当地物种消失；高纬海洋藻类、浮游生物和鱼类已向极地方向迁移；高纬和高山湖泊藻类和浮游动物增加，河流中鱼类的地理分布发生变化并提早迁徙等。（5）海平面上升：全球增暖导致海水受热膨胀以及大陆冰盖和山地冰川融化，造成全球海平面上升；随着全球变暖，海岸带的生态与环境也在变化之中，代表着海洋生态群落的海岸湿地、珊瑚礁和红树林受到气候变化影响；海平面上升对一些低洼岛国和海岸带地区构成严重威胁，海平面的很小升高都会淹没大片区域，加重海岸侵蚀；海平面上升，风暴潮影响也将加剧，最高潮位也在升高。（6）人类健康：气候变化引起热浪频率和强度增加，极端事件增加，空气污染加重，传染性疾病和水源性、食物性传播性疾病，以及媒介传播性疾病增加，都会对人类健康构成严重威胁。2.3气候变化对水文水资源影响机理与评估方法2.3.1气候变化情景模式77 水利水电工程专业本科毕业论文气候系统可用不同复杂程度的模式进行描述，气候模式不仅用作一种研究和模拟气候的工具，而且还有业务用途，包括月、季、年际气候预测。气候情景是在一组内部一致的气候学关系的基础上，对未来气候作出的一种合理的和通常简化的表述，而已建立的各种气候学关系通常作为输入因子应用于影响模型，以研究人为气候变化的潜在后果。为了预估未来全球和区域的气候变化，须事先提供未来温室气体和硫酸盐气溶胶的排放情况，即所谓的排放情景（SpecialReportonEmissionsScenarios，SRES）。排放情景通常是根据一系列因子假设而得到（包括人口增长、经济发展、技术进步、环境条件、全球化、公平原则等）。对应于未来可能出现的不同社会经济发展状况，通常要制作不同的排放情景。温室气体排放情景是气候模拟的基础在全球和区域气候变化预估中得到广泛应用。IPCC先后发展SA90、IS92、SRES等情景，并应用于历次评估报告。随着气候变化影响评估的发展，IPCC发展了新的情景框架，2013年IPCC专家组经分析建议新情景采用典型浓度路径（RepresentativeConcentrationPathways，RCPs）来表示。典型浓度路径（RCPs）是利用单位面积的辐射强迫强度来表示未来100年稳定浓度的新情景，主要作用是加速综合情景开发进程，使气候模型能够同时模拟排放情景。RCPs是基于综合评估模式、简单气候模式、大气化学和全球碳循环模式的结合，每一个RCP定义为代表一大类当前关注的多种气体的综合情景，并且每个RCP都提供全面的高空间分辨率资料集，涉及土地利用变化、基于行业的空气污染物排放量、到2100年的人为排放量和温室气体浓度。大多数CMIP5（theCoupledModelIntercomparisonProjectPhase5）和地球系统模式模拟都按规定的CO2浓度运行，即，到2100年大约为421ppm（RCP2.6）、538ppm（RCP4.5）和936ppm（RCP8.5）。在计入预先规定的CH4和N2O浓度后，综合CO2当量浓度为475ppm(RCP2.6)、630ppm(RCP4.5)和1313ppm(RCP8.5)，如图2-5。对RCP8.5，额外的CMIP5地球系统模式模拟按规定的CO2排放（由综合评估模式提供）运行。在所有的RCP情景下，都使用更新的大气化学资料和模式（包括大气化学和CMIP5的气候组分）及RCP情景规定的化学反应气体(CH4、N2O、HFCs、NOx、CO、NMVOC)的排放进行额外计算。这些模拟可用于分析研究碳循环反馈和大气化学的不确定性。（说明：本文中将RCP2.6，RCP4.5，RCP8.5分别用RCP26，RCP45，RCP85代替。）77 水利水电工程专业本科毕业论文图2-5四种RCP情景模式下CO2排放相当浓度2.3.2气候变化对水文水资源影响机理全球气候变化通过大气环流变化、蒸发增加、冰雪条件变化等引起降雨、蒸发、入渗、土壤湿度、河川径流、地下水流等一系列的水文条件变化，必然引起全球水文循环的变化（如图2-6），进而引起水资源量的改变，导致水资源在空间、时间上的重新分配，最终将影响地球生态环境以及社会经济发展。全球气候变化引起的全球水文循环的变化如图2-7所示。气候变化对径流的影响主要体现在两个方面：一个是降水变化导致径流变化，另一个是气温升高导致冰川融雪的增加，进而影响径流。全球气温逐年升高，温室效应明显增加，这必然导致蒸发量增加。而蒸发过程涉及水量平衡和能量平衡，是大气—陆地水循环耦合作用中最重要的联系，由蒸发产生的水汽进入大气并随大气活动而运动。大气中的水汽主要来自海洋，一部分还来自大陆表面的蒸散发。大气层中水汽的循环是蒸发－凝结－降水－蒸发的周而复始的过程。蒸发量增加，大气中的水分增加，导致降雨发生变化，而径流变化的趋势与降水变化的趋势是一致的，从而径流变化。同时，由于气温上升，冰雪条件改变，也导致径流发生变化。77 水利水电工程专业本科毕业论文图2-6水循环图2-7气候变化影响水循环各分量示意图（张建云，2007）77 水利水电工程专业本科毕业论文全球气候变化问题的不断加剧使水文条件变化的同时将引起水资源变化：（1）在降水方面，由于全球变暖使水循环更加的活跃，大气中的水容量增多，所以发生暴雨的几率会不断增加，极端降水时间发生的频率会不断增加，同时发生干旱和洪涝灾害的面积也会不断增加。（2）在空间分布上，全球不同区域内会表现出不同的降水量变化，而这些变化也会比20世纪的降水变化明显的多，首先是高纬度地区全年降水量会增加，中纬度北部地区、南极、热带的冬季以及亚洲东部与南部的夏季降水量会增加，而与之对应的澳大利亚、中美洲以及非洲南部降水量则会减少。（3）全球气候变暖也会影响水质与水量，同时温度的增加会使水质量不断退化，水质量也会随着水流容量的变化发生改变[25]。气候变化对我国水文水资源的影响也已经开始显露出来。（1）首先是气候变化对我国的降水分布、强度及频率上已经产生了很大的影响。西部降水总量呈现增加的趋势，西北增加而西南地区则趋于减少；东部地区降水量区域性变化较大，华北中部、长江中下游和西南沿海降水增多，而华北大部、华东北部以及东北东部则呈现出降水量下降的趋势；在降水频率方面除华南以外的东部地区在明显减少，而西部地区则增加。（2）其次是气候的变化使我国冰雪覆盖面积减少，冰川退化，明显体现在西北山区的冰川面积不断减少，直接导致我国以冰川为主要补给的河川径流也在不断减少。（3）再次气候变化也会影响水灾害发生的频率与强度，并可能引发水灾害以外的其他自然灾害，对森林、湿地等生态系统的稳定性也会产生很大影响。（4）随着水资源自身温度的增加，蒸发量的加大会导致径流量减少，使河流污染加重，同时温度的增加也会使河流中污染物的分解加快，影响我国水资源的质量[25]。图2-8观测到的1901-2010年和1951-2010年期间的降水变化图（IPCC决策者报告，2013）2.3.3气候变化对水文水资源影响评估方法77 水利水电工程专业本科毕业论文气候变化对水文水资源的影响研究，主要是通过研究气候变化所引起的流域内降水、蒸发、气温等变化来预测径流可能变化的增减趋势。评价气候变化影响的方法一般有：影响、相互作用和集成方法。气候变化对区域水文水资源的影响一般采用影响方法，即如果发生某种变化，水文循环各分量将随之发生相应的变化，其步骤为：（1）定义未来气候变化情景；（2）选择、建立、验证水文水资源模型；（3）将气候变化情景作为流域水文模型的输入，模拟、分析区域水文循环过程和水文变量；（4）评估气候变化对水文水资源的影响，根据水文水资源的变化规律和影响程度，提出相应的对策和措施[20]。本文所用的气候变化对水文水资源的影响评估方法具体步骤为：（1）在典型浓度路径RCP下，收集历史观测值与全球气候模式GCM模拟的历史和未来数据；（2）对GCM数据用BCSD方法进行降尺度处理；（3）用新安江月水量平衡模型进行参数率定并检验，确定模型所需参数值；（4）用新安江月模型对未来已降尺度的GCM数据进行模拟，预测未来径流；（5）分析预测结果，找出相应水文要素变化规律及变化特征，评估气候变化对新安江流域水文水资源的影响，提出相应的对策。2.4本章小结本章分析介绍了全球气候系统的概念、组成及其属性和特征，气候变化的事实、原因及主要影响，尤其是对水文水资源的影响，结合全球气候变化的情景模式，构建气候变化对水文水资源影响评估方法。（1）全球气候系统是由大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈五个圈层组成并且相互作用的高度复杂的系统，气候系统有热力、动力、水分、精力四个属性，复杂性、稳定与可变的二重性和可预报性三个特征。（2）阐述了气候变化在大气、海洋、冰冻圈、海平面、碳循环和其他生物地球化学循环五个方面的现状；气候变化由自然和人类活动两方面导致；气候变化对于农业，草地畜牧业，水资源，自然生态系统，海平面，人类健康等的主要影响。（3）重点研究气候变化对于全球水循环、水文及水资源量与时空分布的影响。论述了全球气候情景模式，典型浓度路径RCPs，并提出气候变化对水文水资源的影响评估方法。77 水利水电工程专业本科毕业论文第三章BCSD降尺度方法研究本章研究BCSD降尺度方法的原理与步骤，包括误差订正和空间分解，并对该方法适应性和局限性进行分析。3.1BCSD降尺度方法简介误差订正空间分解法（BiasCorrectionSpatialDisaggregation，BCSD）克服了全球气候模式模拟偏差和分辨率低的缺陷，应用广泛。该方法最早由Wood等提出，并应用在季度水文预测中，之后被广泛应用在气候变化影响评估中。在误差订正方面，BCSD方法不仅调整模拟结果的均值或方差，而且调整模拟结果的概率分布使之与观测一致。在降尺度方面，BCSD方法应用模式输出的降水作为预报因子来获取局地降水信息。Widmann等指出采用模式输出的降水作为预报因子的效果与采用大尺度环流场作为预报因子进行降尺度的效果相当；Maurer等指出采用模式输出的降水作为预报因子的主要优势是可以抓住降水的复杂物理过程，而采用大尺度环流因子却不具备这样的特性。另外，东亚区域季风环流与局地降水未必能够找到准确、合适的统计关系，而且也未必能够移除模式的系统误差[26]。3.2BCSD降尺度原理与步骤BCSD降尺度方法是对大尺度模型输出结果进行误差订正后，空间分解到小尺度，分为误差订正和空间分解两个步骤。由于本文中用BCSD方法对全球气候模式（GlobleClimateModels，GCM）输出进行降尺度分析，故介绍原理与步骤时结合GCM输出数据进行说明。3.2.1误差订正通常情况下，全球气候模式GCM模拟的降水、气温等气候要素与实测值相比存在一定误差。若将GCM模式输出结果直接应用于流域水文模拟中，必然会导致流域水文过程模拟的偏差。误差订正的目的就是找到这种偏差并消除。误差订正用频率匹配法，即根据实测的气候要素值的累积频率曲线来对模型模拟结果进行校正，使校正后得到的气候要素的累积频率曲线与实测值的累积频率曲线一致。为了使不同空间分辨率的全球气候模式（通常在1.5°~3°77 水利水电工程专业本科毕业论文之间）都能得到应用，全球气候模拟的输出一开始必须重新划分网格到某一个通用的低分辨率X，同时，设定目标空间高分辨率Y。误差订正的具体步骤如下：（1）收集数据并统一到尺度X：收集三组数据，分别是A．尺度Y的历史观察数据（OBS）；B．GCM模拟的历史数据，尺度较大，且各个机构的网格大小不同；C．GCM模拟的未来数据，空间分辨率同B。收集完数据后，先对三组数据进行预处理，统一到尺度X。对于历史实测数据（OBS），用面积加权平均的方法将其从尺度Y升到尺度X；对于用GCM模拟的历史和未来的数据，将网格重新划分（REGRID），得到尺度X的数据。最终我们得到四个变量的数据，分别是月降水量（P）、每日平均气温（Tavg）、每日最低气温（Tmin）和每日最高气温（Tmax）。（2）识别误差：在低分辨率网格X上，先在已确定的两个数据集即历史观测值（OBS）和历史GCM模拟值中找出误差，再将这种误差用于GCM模拟的未来数据，识别误差需要采用历史实测和模拟的同一时期的数据集。根据OBS和GCM历史和未来数据，对网格内某月的变量值进行排序，构造累积频率函数（CDF），得到该网格该月OBS的累积频率函数和GCM整个时期的累积频率函数，成对的CDF相结合形成“分位图”，在图上根据概率或者百分数可读出GCM和OBS之间的误差。（3）订正误差：用第二步生成的分位图来订正用GCM模拟的历史和未来的数据。在任意一个时间点上，订正步骤包括读取GCM的值，对应到分位图中GCM累计频率函数曲线并读取对应的概率P，再读取对应P的OBS数据值，将该值返回到时间序列图对应时间点上，该值即为订正后的GCM值（见图3-1）。但是在误差订正时需要注意以下三点：（1）该方法假定GCM模拟数据的误差分布在历史时期和未来时期是不变的，分位图中GCM累计频率函数曲线是历史与未来两个时期合并的一个长序列的排频曲线。（2）在将误差订正应用到未来时期的温度调整上时，先将未来GCM中温度的趋势变化去除，再进行误差订正，订正后将这种趋势加上去，得到订正后的GCM温度值。当应用到未来降雨时，不需要将趋势移除。77 水利水电工程专业本科毕业论文（3）频率匹配法存在的主要问题是未来时段内模型模拟的某些气候要素的变化范围会超过现代气候条件下该要素的变化范围，特别是未来时段内模型模拟的气温明显高于现代气候条件下的气温。因此，对未来时段内模型模拟的气温时间序列进行订正时，首先将模拟的气温相对于现代气候条件的增量从序列中减掉，对剩余的序列进行误差订正后，再将订正后的序列与被减掉的增量相加，作为未来时段内模型模拟气温的误差订正结果。图3-1应用分位图对GCM数据进行误差订正（Reclamation，2013）3.2.2空间分解空间分解是在空间上将误差订正后的GCM数据从尺度X降尺度到我们需要的尺度Y。（1）计算订正因子值f：将每个低分辨率X的网格单元GCM模型输出的订正值与该网格实测值的多年平均值相比较，得到订正因子值。当变量为降雨时，将误差订正后的GCM和OBS多年平均值的比值作为因子值f。当变量为气温时，将误差订正后的GCM减去OBS多年平均值的差值作为因子值f。（2）对订正因子值f插值，得到高分辨率网格的订正因子值：这一步将低分辨率网格的因子值转化为高分辨率网格的因子值。通过距离方向加权平均法（SYMAP算法）进行空间插值。该方法描述如下：1）首先选择距离目标网格最近的n个站点，并计算各站点的距离权重：（3-1）式（3-1）中：x0为衰减距离，用来反映站点观测值在空间上的衰减程度，x为气象站点至目标网格的水平距离；m为调节系数，取值范围为1~8，通常取为4；wk为第k个站点对目标网格的距离权重。2）计算n个站点距离权重的修正系数ak：77 水利水电工程专业本科毕业论文（3-2）修正后的总距离方向权重Wk为：（3-3）3）对各站点的降水量进行加权平均，得到目标网格的降水量：（3-4）式（3-4）中：Pint为目标网格的降水量，Pk,obs为站点k的实测降水量。（3）计算误差订正及空间分解后的GCM值：将降尺度后的订正因子值与降尺度后的OBS多年平均值计算得到降尺度后GCM值。设高分辨率网格的订正因子为f’，高分辨率网格历史实测值的多年平均值为OBSMean，网格的统计降尺度结果输出为D。对于降雨，降尺度结果D=OBSMean×f’；对于气温，降尺度结果D=OBSMean+f’[28]。图3-2BCSD降尺度方法原理图77 水利水电工程专业本科毕业论文3.3适应性与局限性分析全球气候模式（GCM）存在一定模拟偏差，现有全球大气环流模式的分辨率低，无法给出区域气候变化的详细信息等问题，BCSD降尺度方法克服了这种尺度不匹配的缺陷，弥补了全球大气环流模式对区域气候预测的局限，并且BCSD方法不具有模式依赖性。另外，BCSD方法不仅适用于月尺度资料，也适用于日尺度的资料，用来订正大气环流模式逐日降水和温度以改进水文模式的模拟。同时，BCSD属于统计降尺度方法，计算简便快速，易于移植到其他区域，可以得到点尺度的区域气候信息，易于直接结合观测资料建立模型。但BCSD降尺度方法也存在一定局限性。首先，该方法的本质是修正模式的概率分布使其与观测的概率分布相似，但是不能保证某个特定的年份会与观测值对应，只有在累计年数较多时才能起到预期的修正作用。如果对某一年的某个月份进行误差订正和降尺度，则该方法不一定有效。其次，该方法修正的是一段时间内的统计量，而不是时间统计量。如一段时间内的均值、方差、峰度、偏度、分位点、极值等都是统计量；而线性倾向值、相关系数等属于时间统计量，该方法不一定能有修正的效果。最后，BCSD中的降尺度方法依赖于观测资料的分辨率，如果没有高分辨率的观测资料，则该方法无法进行[26]。3.4本章小结本章研究了BCSD降尺度方法的原理与步骤，分为误差订正和空间分解两步，并对其适应性和局限性进行了分析。（1）BCSD降尺度方法是对大尺度的GCM模型输出结果进行误差订正后，再将其空间分解到小尺度，分为误差订正和空间分解两个步骤。误差订正又分为收集数据并统一到大尺度X，识别误差和订正误差三个步骤，需注意模式的误差分布在历史和未来时期是不变的，处理未来气温时需先去趋势，而降雨不需要；空间分解分为计算订正因子值f，对订正因子值f用距离方向加权平均法插值以得到高分辨率网格的订正因子值，计算误差订正及空间分解后的GCM值三个步骤。（2）误差订正空间分解法（BCSD）克服了全球气候模式模拟偏差和分辨率低的缺陷，应用广泛，在水文预测，水文模型，气候变化影响评估中都有应用，且该方法能够有效地去除模式的系统误差。但是该方法存在一些局限性，其本质是修正模式的概率分布使其与观测的概率分布相似，其次，该方法修正的是一段时间内的统计量，而不是时间统计量，最后，BCSD方法依赖于观测资料的分辨率。77 水利水电工程专业本科毕业论文第四章新安江月水量平衡模型本章首先分析研究新安江模型的结构与原理，探讨新安江月水量平衡模型的计算过程，然后介绍模型参数率定与检验方法，最后对新安江月模型的适应性和局限性进行分析。4.1新安江模型结构与原理4.1.1新安江模型结构新安江模型是1973年河海大学赵人俊教授等[36]设计的国内第一个完整的流域水文模型，该模型在一定的物理成因基础上，对水文现象提出概化、假设和数学模拟。新安江模型在对产汇流过程做出概化假设后，以一定的参数来反映流域的气候及下垫面条件，在适用新安江模型的不同流域，只需要应用流域的特性率定出合适的参数即可，其核心是模型的结构和参数[27]。图4-1三水源新安江模型流程图77 水利水电工程专业本科毕业论文考虑降水和流域下垫面分布不均匀的影响，新安江模型的结构分为蒸散发计算、产流计算、水源划分计算、汇流计算四个层次。三水源新安江模型蒸散发计算采用三层模型；产流计算用蓄满产流模型；水源划分采用自由水蓄水库的方法将其划分为地表径流、壤中流和地下径流；汇流分为地表径流汇流、壤中流汇流和地下径流汇流，河道径流采用马斯京根分河段演算法。每块单元流域的计算流程如图4-1所示。4.1.2新安江模型计算4.1.2.1流域分块为了考虑降雨分布不均和下垫面分布的不均匀性，新安江模型将流域划分成N块单元流域进行计算，一般采用泰森多边形进行划分，每个单元流域至少有一个雨量站。单元流域大小适当，使得降雨分布相对比较均匀，并尽可能使单元流域与自然流域的地形、地貌和水系特征相一致。表4-1新安江模型各层次结构功能、计算采用的方法和相应参数表层次第一层次第二层次第三层次第四层次功能蒸散发计算产流计算水源划分（三水源）汇流计算坡面汇流河道汇流方法三层模型蓄满产流自由水蓄水库线性水库马斯京根参数KC、UM、LM、CWM、B、IMSM、EX、KI、KGCS、CI、CGKE、XE对划分好的每块单元流域分别进行蒸散发计算、产流计算、水源划分计算和汇流计算，得到单元流域出口的流量过程；对单元流域出口的流量过程进行出口以下的河道汇流计算，得到该单元流域在全流域出口的流量过程；将每块单元流域在全流域出口的流量过程线叠加，即为全流域出口总的流量过程。4.1.2.2蒸散发计算流域蒸散发在流域水量平衡中起着重要作用。蒸散发的计算成果正确与否直接影响模型产流计算成果。植物截流、地面填洼水量及土壤蓄水量的消退都消耗于蒸散发。因为国内流域都没有蒸散发的实测值，所以只能采用间接的方法来推求。在新安江模型中，流域蒸散发计算没有考虑流域内土壤含水量在面上分布的不均匀性，而是按土壤垂向分布不均匀性将土层分为三层，用三层蒸散发模型计算蒸散发量。77 水利水电工程专业本科毕业论文三层蒸发模式是基于土壤蒸散发机理，将土壤分为上层、下层和深层三个层次。各层次容纳张力水的能力称为张力水容量，分别是上层张力水容量UM、下层张力水容量LM、深层张力水容量DM和流域平均张力水容量WM。模型中的其他参数为深层蒸散发扩散系数C和蒸散发折算系数KC。蒸散发是按照从上到下的次序进行。各层蒸散发计算原则是：上层以蒸散发能力蒸发，如果上层土壤含水量不能满足流域蒸散发能力，则进行下层蒸发。当下层蒸发量与剩余蒸散发能力之比不小于深层扩散系数C，下层土壤蒸发量与剩余蒸散发能力及下层土壤含水量成正比，与下层土壤蓄水容量成反比，否则，下层土壤含水量全部用于蒸发。当下层土壤含水量蒸发完以后还不能满足流域蒸散发能力，则进行深层蒸发，深层蒸发按扩散蒸发，与扩散系数成正比。计算公式如（4-1）~（4-7）：上层蒸发量：（4-1）下层蒸发量：（4-2）深层蒸发量：（4-3）总蒸发量：（4-4）（4-5）（4-6）（4-7）具体计算流域蒸散发量时，分如下情况：若，则（4-8）若，则若，则（4-9）若，则（4-10）若，则（4-11）式（4-1）~（4-11）中，EU、EL、ED分别是上层蒸发量、下层蒸发量和深层蒸发量，单位为mm；WU、WL、WD分别是上层张力水蓄量、下层张力水蓄量和深层张力水蓄量，单位为mm；EP为流域蒸散发能力，P为降雨量，EM为流域器皿蒸发或水面蒸发，单位均为mm。4.1.2.3产流计算77 水利水电工程专业本科毕业论文产流计算采用蓄满产流模型，蓄满是指包气带的土壤含水量达到田间持水量。蓄满产流是指：在流域任何一点，土壤含水量在到达田间持水量之前，所有降水都被土壤吸收用来补充土壤缺水量，不产流；在土壤达到田间持水量以后即蓄满，所有净雨(即降雨扣除蒸发)都用来产流。考虑到土壤缺水量分布不均，计算时采用蓄水容量—面积分配曲线，即部分产流面积随蓄水容量而变化的累计频率曲线来确定蓄满产流的总径流量。实践证明，对于闭合流域，流域蓄水容量—面积分配曲线采用抛物线形为宜，为计算简便，假定不透水面积IM=0，其线型如式（4-12）（4-12）式（4-12）中，f为产流面积，km2；F为全流域面积，km2；α为流域产流面积比；W"为流域单点蓄水量，mm；WMM为流域单点蓄水容量，mm；B为蓄水容量．面积分配曲线指数，是反映流域蓄水容量不均匀性的一个常数，B越大表示越不均匀，B越小越均匀。流域蓄水容量—面积分配曲线见图4-2。图4-2流域蓄水容量—面积分配曲线图4-3蓄满产流计算示意图流域平均蓄水容量为：（4-13）（4-14）在具体计算流域产流时，计算公式如式（4-15）：（4-15）77 水利水电工程专业本科毕业论文（4-16）设扣除雨期蒸发后的降雨量为PE，则总径流量R的计算公式为（4-17）若，即局部产流时（4-18）若，即全流域产流时（4-19）式（4-13）~（4-19）中，为流域初始土壤需水量，mm；A为流域蓄水容量曲线中与对应的纵坐标，即前期雨量，mm；WM为流域平均最大蓄水容量，mm；PE为净雨，mm；R为总径流量，mm；其余符号意义同前。4.1.2.4分水源计算本文采用的是三水源新安江模型，即把水源划分为地表径流、地下径流和壤中流。三水源的水源划分借鉴了山坡水文学的概念，用自由水蓄水库结构解决水源划分问题，自由水蓄水库结构见图4-4。图4-4自由水蓄水库结构图图4-5自由水蓄水容量—面积分配曲线与各水源关系图自由水蓄水库结构考虑了包气带垂向调蓄作用，即对总产流量的再分配。按蓄满产流模式计算出来的总径流量R77 水利水电工程专业本科毕业论文，先进入自由水蓄水库进行调蓄，再划分水源。自由水蓄水库的宽度即为产流面积FR，自由蓄水库设置了两个出口，一个侧孔形成壤中流RI，出流系数为KI；一个底孔形成地下径流RG，出流系数为KG。自由水蓄水库的平均蓄量为SM，当水库中的自由水蓄量S加上产流量R超过SM的时候，形成地表径流RS。由于饱和坡面流的产流面积是不断变化的，所以在产流面积FR上的自由水蓄水量的分布是不均匀的。三水源划分模式采用了类似蓄满产流中的流域张力水蓄水容量—面积分布曲线的流域自由水蓄水容量—面积分配曲线来考虑流域内自由水蓄水容量分布不均的问题，即指部分产流面积随自由水蓄水容量而变化的累计频率曲线，其线型如式（4-20）所示，流域自由水蓄水容量—面积分配曲线与各水源的关系描述如图4-5所示。（4-20）式中，α为蓄水深大于S"的面积比；S"为流域单点自由水蓄水容量，mm；MS为流域单点最大自由水蓄水容量，mm；EX为流域自由水蓄水容量—面积分配曲线的方次；其余符号意义同前。在进行分水源计算时，与产流计算类似，计算公式如式（4-21）~（4-23）：产流面积（4-21）（4-22）（4-23）为了考虑本时段和上时段产流面积的不同引起的径流成分的变化，包为民教授提出如式（4-24）转换公式：（4-24）当，地面径流RS为（4-25）当，地面径流RS为（4-26）本时段的自由水蓄量为77 水利水电工程专业本科毕业论文（4-27）相应的壤中流和地下径流为（4-28）（4-29）本时段末即下时段初本时段末的自由水蓄量为（4-30）式中，FR0、FR分别为上时段和本时段的产流面积比例。4.1.2.5汇流计算汇流分为3个阶段进行：坡地汇流阶段、河网汇流阶段和河道汇流阶段。（1）在坡地汇流阶段，地表径流的坡地汇流时间不计，可直接进入河网，壤中流和地下径流采用线性水库模拟，计算公式如式（4-31）~（4-33）：（4-31）（4-32）（4-33）则单元面积河网总入流为：（4-34）式中，QS、QI、QG分别为地表径流、壤中流、地下径流，m3/s；QT为单元面积河网总入流，m3/s；CI、CG分别为壤中流、地下径流消退系数；U为单位折算系数，U=A/（3.6∆t），A为流域面积，km2，∆t为时段，h。（2）单元面积的河网汇流指水流由坡面进入河槽后，继续沿河网的汇集过程。在河网汇流阶段，汇流特性受制于水力学条件，各种水源是一致的，河网汇流采用滞后演算法，计算公式为：（4-35）式中，Q为单元面积出口流量，m3/s；CS为河网蓄水消退系数；L为滞后时间，h。（3）从单元面积以下是河道汇流阶段，河道汇流计算采用马斯京根分段连续演算法，计算公式为：77 水利水电工程专业本科毕业论文（4-36）式中，I1、I2分别为上时段和本时段河段入流，m3/s；Q1、Q2分别为上时段和本时段河段出流，m3/s；C0、C1、C2均是参数KE、XE、∆t的表达式，如式（4-37）~（4-39）所示：（4-37）（4-38）（4-39）其中，KE、XE为与河道水力特性有关的参数，KE的单位为h；∆t为演算时段，h；C0+C1+C2=1。4.1.3新安江月水量平衡模型全球气候模式（GCM）的降雨、蒸发、气温等资料以月为时间单位，为了使新安江模型与GCM时间尺度相匹配，在新安江日模型的基础上，根据月水文过程的特征，简化得到新安江月水量平衡模型。4.1.3.1新安江月模型结构新安江月模型主要是在以下两个方面做了简化：（1）水源划分。新安江模型将流域径流划分为汇流特性不同的成分，一般水源根据汇流快慢的特性划分为三种：地表径流、壤中流和地下径流，若时间步长为月，则地表径流和壤中流不需要划分，于是在模型结构上就相应地减少一种径流成分，即只分为地表径流和地下径流。（2）河网汇流。对于集水面积为几千平方公里的流域，河道汇流时间短，一般为2~3天。因此，对于月水量平衡模型，不需要考虑河网汇流过程。77 水利水电工程专业本科毕业论文图4-6新安江月水文模型结构示意图新安江水文月模型的结构概化如图4-6所示。该模型主要由两个蓄水体构成，即张力水蓄水体和自由水蓄水体。前者控制产流，即控制流域对降水的量的分配，是形成径流还是消耗于蒸发；后者控制汇流，即控制流域对径流的时空分配，形成快速响应或者慢速响应。4.1.3.2新安江月模型计算月模型计算在日模型的基础上进行了简化，具体计算如下：（1）蒸发计算。与三水源新安江模型相同，采用三层蒸发模型计算流域蒸发。月蒸发能力为模型输入变量，和降水一样，主要来源于实测，一般根据蒸发皿实测数据进行适当折算得到。（2）流域蓄水量计算。流域蓄水量是流域的状态变量，主要是指流域土壤中以张力水形式持蓄的水量，按此定义，它只能消耗于蒸发，不能形成径流，它从降水得到补给，其上限为流域蓄水容量WM。流域蓄水容量，仅指流域蓄水中易蒸发的部分，因此流域蓄水容量在数量上就等同于流域最大缺水量，其值主要反映流域气候条件。（3）产流计算。采用蓄满产流模式计算产流量。对单点来讲，降水超过蓄水容量的部分即形成径流，包括各种径流成分。对流域来讲，各点蓄水容量和实际蓄水量均不相同，用流域蓄水容量分布曲线来考虑蓄水分布的不均匀性。蓄水容量分布曲线一般采用B次方抛物线方程来表征。（4）水源划分。在新安江月模型中，径流划分为快速和慢速两种径流。划分方法是用自由水蓄水库调蓄的方法。自由水蓄水库容量为SM，上一步产生的总径流，首先进入自由水蓄水库，当蓄量超过库容时，超出部分即为快速径流。库中水量则向地下水排泄，形成慢速径流。为简化计算，可认为这种排泄当月即完成，也就是说，泄流系数为1。自由水蓄水容量也考虑空间分布不均匀性，用类似张力水容量分布曲线的方式表达。（5）汇流计算。新安江月模型中的汇流计算相当简单。快速部分可认为本时段（即当月）全部流出。慢速部分通过一个线性水库调蓄，调蓄性能用其流量消退系数CG表示。77 水利水电工程专业本科毕业论文4.2新安江模型参数率定与检验研究4.2.1新安江模型参数新安江模型是一个通过长期实践和对水文规律认识基础上建立起来的一个概念性水文模型，模型大多参数都具有明确的物理意义，它们在一定的程度上反映了流域的基本水文特征和降雨径流形成的物理过程。三水源新安江模型参数如表4-2所示。表4-2新安江模型各层次参数表层次参数符号参数意义敏感程度取值范围第一层次蒸散发计算KC流域蒸散发折算系数敏感　UM上层张力水容量（mm）不敏感10~20LM下层张力水容量（mm）不敏感60~90C深层蒸散发扩散系数不敏感0.10~0.20第二层次产流计算WM流域平均张力水容量（mm）不敏感120~200B张力水蓄水容量曲线方次不敏感0.1~0.4IM不透水面积占全流域面积的比例不敏感0.01~0.04第三层次水源划分计算SM自由水蓄水容量（mm）敏感　EX自由水蓄水容量曲线方次不敏感1.0~1.5KI自由水蓄水库对壤中流的日出流系数敏感　KG自由水蓄水库对地下径流的日出流系数敏感　第四层次汇流计算CI壤中流消退系数敏感　CG地下径流消退系数敏感　CS河网蓄水消退系数敏感　L滞后时间（h）敏感　KE马斯京根法演算参数（h）敏感KE=∆tXE马斯京根法演算参数敏感0.0~0.5注：表中各参数的取值仅供参考，在应用中，应根据特定流域具体分析确定。（1）蒸散发参数77 水利水电工程专业本科毕业论文蒸散发层次的参数为KC、UM、LM和C。流域蒸散发量没有实际观测值，实际运算中是用流域蒸散发能力通过三层蒸发模型计算得到。而流域蒸散发能力EP可以由水面蒸发EM计算得到，如式（4-40）：（4-40）蒸散发能力折算系数KC主要反映了水面与陆面蒸发的差异K1，水面与陆面所在地理位置高程差异K2，还反映器皿与水面蒸发差异K3，一般情况下：K1∙K3≈1，因此KC主要反映了流域平均高程与蒸发站高程之间差别的影响和蒸发皿蒸散发与陆面蒸散发间差别的影响。KC值通过调控流域的蒸散发量来控制水量平衡，是控制水量平衡很重要的参数。KC的取值一般小于1。UM为上层张力水容量，它反映了植物截留量，其大小跟植被及土壤类型有关，植被和土壤发育越好，枯枝落叶层越厚，其值就越大，反之，则越小。在一般的湿润和半湿润地区，取值约为20mm。LM为下层张力水容量，根据经验，其值可取60～90mm。但UM和LM总量一般保持在100mm。C为深层蒸散发扩散系数，和流域内深根植物的覆盖面积有关。根据经验，在北方半湿润地区，C=0.09～0.15；在南方多林地区，C=0.15～0.20。（2）产流参数WM表示流域平均张力水容量，是流域干旱程度的一项重要指标，反映气候特征。根据经验，年降雨量大于1000mm，WM的取值为120~160mm；年降雨量在600~1000mm时，WM的取值为160~220mm；年降雨量小于600mm时，WM的取值为220~300mm。B为流域张力水蓄水容量面积分布曲线的指数，反映了流域张力水蓄水容量的不均匀程度。B越大，分布越不均匀，否则，分布就均匀。B值一般和流域面积的大小有关，若流域面积小于5km2时，B取0.1左右；若流域面积为5~300km2时，则B=0.2~0.3；若流域面积大于300km2时，则B=0.4左右。IM为流域不透水面积占全流域面积的比例，在天然流域，此值很小，约为0.01~0.02；随着城市化进程的加快，IM值也在增大，这在一定程度上会影响流域的产流量和产流形式。在都市和沼泽地区可能很大。（3）分水源参数分水源参数主要有SM、EX、KI和KG。SM77 水利水电工程专业本科毕业论文为流域自由水蓄水容量，反映表层土壤的蓄水能力，和植被及土壤特性有关，其值受降雨资料时段均化的影响明显。一般流域取在10~20mm。在喀斯特流域可以达到30mm或者更大。EX为流域自由水蓄水容量面积分配曲线的指数，反映了流域自由水蓄水容量分布的不均匀程度。在山坡水文学中，它大体上反映了饱和坡面产流面积的发展过程。由于饱和坡面流由坡脚向坡上发展时，产流面积增加逐渐减慢，所以一般EX>1.0，根据经验，EX=1.0~1.5。KI+KG是自由水蓄水库模型中壤中流和地下径流的日出流系数。KG的大小反映了基岩和深层土的渗透性，KI的大小反映了表层土的渗透性。KI+KG代表出流的快慢，KG/KI则反映了地下径流和壤中流的比。中等流域退水历时一般在3d左右，所以KI+KG=0.7作为一个约束KI、KG取值范围的条件。（4）汇流参数汇流参数包括CS、CI、CG、KE和XE。CS、CI、CG分别为地面径流、壤中流、地下径流的消退系数，其值越大表明各自的径流成分消退的越慢，越小，表示径流成分消退的越快。KE为马斯京根分段演算的河段传播时间，XE为流量比重因素。KE等于河段稳定流传播时间，XE反映了河槽的调蓄能力，KE、XE取值取决于河道特征和水力特征。其值越大表示河道的调蓄能力越小。4.2.2新安江月模型参数率定与检验流域水文模型除了模型的结构要合理外，模型参数的率定也是一个十分重要的环节，即根据特定的目标准则（或目标函数），调整一套参数值，使模型用这一套参数值计算出的结果在给定准则下最优。新安江月模型参数率定框图如图4-7所示。图4-7模型参数率定框图新安江月模型参数的率定采用分层次分目标函数的优化方法，由表4-2有：（1）蒸散发：KC、UM、LM、C77 水利水电工程专业本科毕业论文（2）产流：WM、B、IM（3）分水源：SM、EX、KG（4）汇流：CG在每层次中待优化的参数不宜超过2个，因此就要采用剔除不敏感参数和增加约束性条件这两种方法进行降维，划有底线的参数即降维后待优化求解的参数，共3个。根据经验，参数UM、LM、C、IM一般都是不敏感的，不必参加优化，取一般常用值即可，WM与B有关，但据物理概念WM为120~200mm，则B为0.1~0.4，都不敏感。SM与EX有关，据研究，EX的变化不大，可取1.5。KG可取1。剩下参数尚有KC、SM、CG。在进行新安江水文模型参数率定时，用1979~1996年这十八年的数据进行参数率定，用1997~2005年九年的数据进行参数检验。率定时通常需要以平均相对误差Re最小及确定性系数DC最大为目标函数，如下所示：Re=（QS-QJ）/QS（4-41）（4-42）式（4-41）~（4-42）中，QJ为模拟流量，m3/s；QS为实测流量，m3/s；为实测平均流量，m3/s；n为资料系列长度。据此，新安江模型参数的优化步骤如下：（1）初定各个参数的初值；（2）优化KC，取式（4-41）为目标函数；（3）优化SM，取式（4-42）为目标函数；（4）优化CG，取式（4-42）为目标函数；（5）反复以上过程，最终确定各个参数。通过以上步骤，即可确定新安江月水文模型中的所有参数。4.3适应性与局限性分析新安江模型是目前国内外应用较为广泛的概念性流域水文模型之一，在洪水预报以及水资源评估和管理中得到了广泛的应用[29]77 水利水电工程专业本科毕业论文。新安江模型的结构特点可以简单的归纳为：①三分特点，即分单元计算产流、分水源坡面汇流和分阶段流域汇流；②模型参数较少，物理概念清晰；③模型参数与流域自然条件的关系比较清楚，有利于寻求参数与地理特征间的关系，建立参数地区规律；④模型中未设超渗产流机制，适用于湿润与半湿润地区。从产流机制上讲，湿润地区采用蓄满产流机制，干早地区采用超渗产流机制，而半干旱和半湿润地区则是蓄满和超渗产流两者皆有。由于新安江模型的核心是蓄满产流模型，对于有超渗产流的半干旱半湿润地区或者湿润地区植被较差、土层较薄的地区，新安江模型的使用有些限制[30]。比如将以蓄满产流理论为基础的新安江模型应用到半干旱地区，主要出现两方面的问题：①模拟的洪水总量有时与实测不符；②模拟的洪水过程有时与实测不对应，洪水前期土壤未饱和时模拟流量偏小，洪水后期土壤饱和时模拟流量偏大[31]。新安江模型属于概念性模型，具有以下特点和局限性：（1）在许多环节上，新安江模型主要采用概念性元素的模拟或者经验函数关系的描述，但是这样的模拟往往只涉及现象的表面而不涉及其本质或者物理机制。（2）用最优化方法确定模型参数对实测降雨径流资料的依赖性很大。新安江模型一般都包含有两个以上的参数需要由实测降雨和径流资料来反推。目标函数通常根据模型的状态变量或输出变量的模拟值与实测值之间的误差来构造，一般与模型本身的结构没有什么联系，所考虑的约束条件一般也与模型本身的结构没什么联系，因此，此方法求得的模型参数只能反映模拟值与实测值拟合程度，而不能揭示参数的物理意义。（3）模型输入的空间分散性和不均匀性。新安江模型是一种输入具有分散性和输出具有集中性的模型，在结构上一般与此并不匹配，在实际应用中考虑此问题时，几乎都采用将全流域按雨量站划分成若干单元面积的方法，认为当单元面积的尺度小到一定程度时，可作集中输入和集中输出的模型来模拟该单元面积的径流形成，最后将各单元面积对全流域出口断面输出的贡献迭加起来作为其出口断面的输出。显然，这种处理方法是不完善的。例如，如何考虑不同单元面积在径流形成机制和模型参数上的差别、各单元面积对全流域出口断面的贡献是否满足迭加原理等未能得到解决[32]。4.4本章小结77 水利水电工程专业本科毕业论文本章首先分析了新安江模型的结构与原理，探讨新安江日模型的计算，以及从日模型简化得到的新安江月模型的结构与计算，然后介绍新安江模型参数和月模型参数率定与检验，最后对新安江月模型的适应性和局限性进行了分析。具体研究成果如下：（1）新安江日模型计算分为蒸散发计算、产流计算、水源划分计算和汇流计算四个层次结构，蒸散发计算采用三层模型，产流计算用蓄满产流模型，水源划分采用自由水蓄水库的方法将其划分为地表径流、壤中流和地下径流，汇流分为地表径流汇流、壤中流汇流和地下径流汇流，河道径流采用马斯京根分河段演算法。（2）新安江月水量平衡模型是对日模型的简化，月模型在水源划分中不考虑壤中流，在汇流中不考虑河网汇流。模型主要由两个蓄水体构成，张力水蓄水体控制产流，自由水蓄水体控制汇流。模型计算分为蒸散发计算、流域蓄水量计算、产流计算、水源划分计算和汇流计算。（3）在新安江模型参数率定中，对各个参数按蒸散发、产流、水源划分和汇流计算四个层次结构进行分类说明，并给出了经验范围，然后介绍了新安江月模型参数率定的方法和步骤。77 水利水电工程专业本科毕业论文第五章气候变化对新安江流域水文及水资源影响评估本章首先简要分析新安江流域概况，其次对全球气候模式输出降尺度进行分析，预测气候变化情景下新安江流域径流，并分析主要水文要素气温、降雨、蒸发和径流的变化特征，分析存在的问题，并研究提出新安江流域未来水资源管理适应性对策。5.1新安江流域概况5.1.1自然地理新安江发源于安徽省徽州（现黄山市）休宁县与江西省交界处的五股尖山，有两大支流，南支称率水，北支称横江，于屯溪附近的老桥下汇合后，始称新安江。其干流经休宁、歙县，至街口入浙江省新安江水库，至浙江省与分水江汇合图5-1新安江流域图77 水利水电工程专业本科毕业论文称富春江。富春江流经富春县至闻家川与浙江省的衢江汇合后，方称钱塘江。可见，新安江仅是钱塘江的一条Ⅱ级支流。新安江干流长373km，流域面积1.1万多km2。在安徽省境内的新安江属于上游河段，干流长242.3km，有大小支流54条，面积6500km2，占钱塘江流域面积的11.9%，如图5-1所示。5.1.2气象水文新安江流域属亚热带季风气候，四季分明，雨量充足。流域年平均气温15~17℃，最冷月平均气温3~4℃，最热月平均气温28℃。流域年降雨量1670mm，人均水资源量6405m3，年均相对湿度78%，降水量时空分布不均，春夏多雨易洪、秋冬少雨多旱[33]。皖浙省界断面（街口断面）多年平均径流量为65.3亿m3，占流域下游主要湖泊千岛湖的多年平均入湖总量的68%以上[34]。新安江为山区河流，雨期集中在4～7月，洪水暴涨暴落，洪峰持续时间短。径流的年内分配较均匀，月最大值出现于5～6月，占年总量的20%左右，洪水年份时，可占到年总量的35～45%。在下半年的6个月中，月平均水量均低于年水量10%，月最小值一般在12月至翌年1月，占年总量2～3%。新安江正常年份每年入新安江水库径流量为72.3亿m3，占钱塘江流域总水量（467.99亿m3）的15.4%，单位面积总产水量为112万m3，居钱塘江流域之首位。流域山高坡陡、降雨强度大，容易诱发滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害，现有地质灾害隐患点1660多处，水土流失面积2300多km2。新安江流域地表水水环境质量整体较好，基本达到Ⅲ类以上标准，省境街口断面达到Ⅱ类以上标准，饮用水源地水质符合相应标准，但个别水域污染严重，水土流失问题也存在[33]。5.1.3新安江水电站新安江水库位于浙江省淳安县钱塘江上游新安江主流上，是为建设新安江水电站而建的大型水库，也是杭州市面积最大的水体。千岛湖集水面积10442km2，正常水位108m时，库容178.4亿m3，水域面积580km2。水库大坝设计高度105m(海拔115m)，于1957年破土动工，1959年9月水库建成开始蓄水。水库面积为580km2，总库容216.26亿m3，有效库容102.66亿m3。在正常高水位海拔108m时，库容为178.4亿m3。控制的流域面积约10442km2。77 水利水电工程专业本科毕业论文5.1.4社会经济截至2010年底，流域人口185.67万人，其中浙江省55.85万人，安徽省129.82万人，人口密度每平方公里162人。地区生产总值650.38亿元，其中第一、二、三产业增加值分别为89.59亿元、308.72亿元、252.07亿元，三产比为13.8:47.5:38.7。新安江流域涉及浙江省杭州市、安徽省黄山市。浙江省淳安县2010年农业总产值31.01亿元，同比增长10.7％；实现工业总产值203.73亿元；第三产业以旅游业为主，实现旅游收入45.4亿元，同比增长19.2%，共接待游客353.6万人，同比增长17.8%。安徽省黄山市2010年全市农业生产总值66.62亿元，同比增长4.5%；工业总产值330.69亿元；旅游业已发展成为地区主导产业，实现旅游收入达202.1亿元，同比增长20.2%，共接待游客2544.7万人，同比增长19.9%。5.2新安江流域全球气候模式输出降尺度分析5.2.1数据准备历史及未来的降雨和气温数据用全球气候模式GCM的其中九种模型的数据，各模型分辨率见表5-1，历史时期1850~2005年，未来时期2006~2099年；历史实测数据（OBS）用ClimaticResearchUnit提供的最新版（CRUTS3.20）的月平均降雨与气温资料，该资料的空间覆盖范围是全球陆地（不含南极），时间长度是1901-2011年，网格分辨率是0.5°×0.5°。表5-1全球气候模式模型分类CMIP5模型名称分辨率（纬度×经度）机构名称（国家）CCSM4NationalCenterforAtmosphericResearch(UnitedStates)CSIRO-Mk3-6-0Atm：T63（~1.9°×1.9°）Oce：0.9°×1.9°CommonwealthScientificandindustrialResearchOrganizationincollaborationwiththeQueenslandClimateChangeCenterofExcellence(Australia)CanESM2Atm：T63（~1.9°×1.9°）Oce：0.9°×1.4°CanadianCentreforClimateModellingandAnalysis(Canada)77 水利水电工程专业本科毕业论文GISS-E2-R-CCNASAGoddardInstituteforSpaceStudies(UnitedStates)续表5-1全球气候模式模型分类CMIP5模型名称分辨率（纬度×经度）机构名称（国家）IPSL-CM5A-LRAtm：1.9°×3.75°Oce：1.2°×2°InstitutePierre-SimonLaplace(France)MIROC5Atm：T85（~1.4°×1.4°）Oce：1°×1°AtmosphereandOceanResearchInstitute(TheUniversityofTokyo),NationalInstituteforEnvironmentalStudies,andJapanAgencyforMarine-EarthScienceandTechnology(Japan)MRI-CGCM3Atm：1.125°×1.125°Oce：1°×1.125° MeteorologicalResearchInstituteNorESM1-M2°×2°NorwegianClimateCentrebcc-csm1.1BeijingClimateCenter,ChinaMeteorologicalAdministration(China)5.2.2降尺度分析过程为了直观地说明BCSD降尺度方法的计算过程，本文以RCP26情景下，bcc-csm1-1模型（网格分辨率为2.8°×2.8°）为例，目标分辨率为0.5°×0.5°，对未来2006~2099年降雨与气温数据进行降尺度输出处理，再应用到其他模型，其他情景模式下，得到全球气候模式GCM的九种模型的降尺度输出。（1）误差订正①数据准备：历史CRU（1901~2011年，0.5°×0.5°）降雨与气温资料，GCM中bcc-csm1-1模型（2.8°×2.8°）的历史数据（1850~2005年）和未来数据（2006~2099年）的降雨与气温资料，并将历史数据统一到同一个时期即1901~2005年，未来时期不变。对CRU，用面积加权平均的方法将其从小尺度0.5°升到大尺度2°，对bcc-csm1-1模型历史和未来的数据，将网格重新划分，得到尺度2°的数据。②77 水利水电工程专业本科毕业论文将历史CRU与整个时期（1901~2099年）的GCM数据进行排序，构造累积频率曲线，并作未来GCM的时间序列图，先读取GCM的值，对应到分位图中GCM未来累积频率函数曲线并读取对应的概率P，再读取对应P的CRU数据值，将该值返回到时间序列图对应时间点上，得到订正后的GCM值，由此可完成未来GCM数据的误差订正。如图5-2，选取中心经纬度为118.5°E，29.5°N，分辨率为2°×2°的网格，对未来时期2006~2099年的八月份降雨进行如上步骤处理，“BCSD”即为误差订正后的GCM数据。图5-2未来降雨分位图与时间序列图（中心118.5°E，29.5°N，2°×2°，八月份）如图5-3和图5-4，选取中心经纬度为118.5°E，29.5°N，分辨率为2°×2°的网格，对未来时期2006~2099年的四月份气温进行处理，在进行误差订正前，先去气温趋势，图5-3即为未来四月份气温去趋势后的分位图与时间序列图，经上述步骤处理后得到的“BCSD”曲线，再经过加趋势即得到最终的未来时期GCM气温数据，如图5-4。图5-3未来气温去趋势后分位图与时间序列图（中心118.5°E，29.5°N，2°×2°，四月份）77 水利水电工程专业本科毕业论文图5-4未来气温误差订正及加趋势后时间序列图（中心118.5°E，29.5°N，2°×2°，四月份）（2）空间分解误差订正得到的是低分辨率2°的数据，空间分解将2°降尺度到0.5°。①计算订正因子值f：当计算降雨时，CRU八月份多年平均值为135.52mm，用降尺度后每年八月份的降雨值与135.52mm的比值作为订正因子，记为f（P）；当计算气温时，CRU四月份多年平均值为15.78℃，用降尺度后每年四月份的气温值与15.78℃的差值作为订正因子，记为f（T）。②对订正因子值f用距离方向加权平均法进行空间插值，得到高分辨率网格的订正因子值f’。③计算误差订正及空间分解后的GCM值：在高分辨率即0.5°×0.5°网格下，对于降雨，用该网格的历史实测值的多年平均降雨与订正因子f’的乘积作为GCM降尺度降雨输出结果。新安江流域共涉及12个网格，用同样方法处理12个网格得到如图5-5所示未来降雨降尺度输出。图5-5未来降雨降尺度输出（八月份，0.5°×0.5°）77 水利水电工程专业本科毕业论文对于气温，用该网格的历史实测值的多年平均气温与订正因子f’的和作为GCM降尺度气温输出结果。同理，处理12个网格得到如图5-6所示未来气温降尺度输出。图5-6未来气温降尺度输出（四月份，0.5°×0.5°）5.2.3降尺度分析结果用同样方法处理bcc-csm1-1模型的RCP26情景的其他月份数据，以及RCP45、RCP85情景模式的数据，全球气候模式GCM的其他八种模型数据同理，得到全部数据的降尺度输出分析结果。三种情景模式下降雨与气温九种模型的未来2006~2099年的降尺度输出平均值分析结果，如图5-7所示。图5-7新安江流域三种情景模式未来2006~2099年平均降雨气温降尺度输出空间分布图77 水利水电工程专业本科毕业论文5.3气候变化情景下新安江流域径流预测5.3.1新安江月模型参数率定新安江月模型参数的率定期取1979~1996年，检验期取1997~2005年，共27年。模型所用实测降雨、实测蒸发、实测径流数据均来自ClimaticResearchUnit提供的最新版（CRUTS3.20）数据。具体率定步骤如下：（1）根据参数的经验取值范围，结合新安江流域基本情况，初定各个参数的初值，如表5.2所示：表5-2参数初值表参数初值参数初值KC0.7B0.4UM20IM0.04LM90SM30DM40EX1.5WM150KG1C0.15CG0.8其中，KC、SM、CG是需要率定的参数。（2）优化KC，取式（4-41）为目标函数；为了控制水量平衡，调试时尽量减小KC的值。分别取KC值为0.5、0.6、0.7、0.8，计算结果对比见表5-3所示：表5-3不同K值计算结果对比表KC流量(m3/s)计算流量(m3/s)确定性系数绝对误差相对误差(%)0.51062.451210.200.8243147.74613.9060.61062.451122.980.860860.5265.6970.71062.451036.940.873525.5162.4020.81062.45953.460.8641108.99810.2590.671062.451062.540.87210.0880.008通过上表的计算结果，通过插值及验算，最终选定K=0.67，计算结果如上表。（3）优化SM，取式（4-42）为目标函数；因为SM相对于K对水量平衡的影响较小，所以分别取SM为10、20、77 水利水电工程专业本科毕业论文30、40、50进行计算，并比较计算结果如表5-4所示：表5-4不同SM计算统对比表SM流量(m3/s)计算流量(m3/s)确定性系数绝对误差相对误差(%)101062.451063.370.85260.9220.087201062.451062.960.86340.5030.047301062.451062.540.87210.0880.008401062.451062.130.87800.3240.030501062.451061.710.88030.7450.070由表可得，SM=30时，多年平均径流深绝对误差最小，多年平均确定性系数较大，且相对误差最小，因此取SM=30。（4）优化CG，取式（4-42）为目标函数；分别取CG为0.9、0.8、0.7、0.6、0.5进行计算，并比较计算结果。表5-5不同CG计算统对比表CG流量(m3/s)计算流量(m3/s)确定性系数绝对误差相对误差(%)0.91062.451061.100.871273981.3530.1270.81062.451062.540.872119000.0880.0080.71062.451062.710.872303800.2520.0240.61062.451062.530.871444350.0730.0070.51062.451062.270.869469090.1860.0180.7291062.451062.710.872348080.2610.025最终经过插值及反复验算取CG=0.729，计算结果如上表。（5）反复以上过程，最终确定各个参数：KC=0.6704，CG=0.725，SM=30。月模型最终确定参数如表5-6所示：表5-6月模型最终确定参数表参数值参数值KC0.6704B0.4UM20IM0.04LM90SM30DM40EX1.5WM150KG1C0.15CG0.72577 水利水电工程专业本科毕业论文5.3.2新安江月模型参数率定检验结果分析新安江月模型最终率定的参数值见表5-6，并经计算得：率定期相对误差为0.00，确定性系数为0.8723，均方根误差RMSE=4.29；检验期相对误差为1.43，确定性系数为0.8982，均方根误差RMSE=5.63；实测流量与计算流量的相关系数R=0.965，率定期相关系数R=0.958，检验期R=0.978。因此，参数率定效果较理想。逐年降雨、实测流量与计算流量见图5-8，逐月降雨、实测流量与计算流量见图5-9，实测流量与计算流量的相关关系见图5-10。由图可知，新安江月模型模拟的径流效果较理想：计算流量与实测流量两条曲线趋势一致，大部分重合，根据两者的相关关系图和相关系数0.965可看出两者拟合程度较好；降雨量大时，对应时期的流量也大，如图5-8的1983年和1999年；如图5-9所示，汛期降雨与流量都较大，非汛期降雨少，流量也小。但是，部分年份、部分月份的实测径流和计算径流相差较大，如图5-8的1979~1982年，原因是：（1）初选参数时有一定随机性，可能与实际情况有些偏差；（2）新安江模型本身存在结构误差，不考虑超渗产流，不考虑截留、填洼等过程；（3）实测资料数据也可能存在偏差，或者由于资料不全导致数据有误；（4）模型最终率定的参数具有不确定性，它只针对大部分情况，针对整体的一个趋势拟合而言。图5-8新安江月模型降雨流量图（年）77 水利水电工程专业本科毕业论文图5-9新安江月模型降雨流量图（年）77 水利水电工程专业本科毕业论文图5-10实测流量与计算流量相关关系图5.3.3新安江流域径流预测用新安江月水量平衡模型对新安江流域未来2006~2099年共94年的径流进行预测，新安江月模型参数用1979~2005年率定的参数值。降雨、蒸发及气温数据用全球气候模式GCM的九种模型的数据，其中，降雨和气温用九种模型数据经BCSD降尺度方法处理，得到高分辨率的数据后，见5.2节，再取流域范围内的加权平均值，即为新安江流域的九种模型的数据。蒸发不需进行降尺度处理，已是新安江流域平均蒸发值。未来2006~2099年平均径流逐年变化趋势不明显，三种情景模式的未来平均径流大致相等；从各模型径流分布范围可知，出现极值事件即暴雨洪水的几率较大，应做好防洪调度的准备。如图5-11，图5-12，图5-13所示：（1）三种情景模式的未来94年的九种模型的平均径流相差不大，分别为81.72mm，81.92mm，82.08mm；（2）由三种情景模式下平均径流的趋势线可知，径流逐年变化趋势不明显；（3）最大平均径流一般不超过300mm，RCP45情景中出现一次，RCP85出现三次；（4）汛期径流较大，非汛期较小，且从各模型径流分布范围来看，出现极值事件即暴雨洪水的几率也很大，RCP26中有2次径流大于600mm，RCP45中3次，RCP85中4次，甚至超过了700mm，且洪水一般都出现在汛期，所以应做好汛期降低水库水位的准备。（5）三种情景模式的平均径流与最大径流都表现为RCP26最小，RCP45其次，RCP85最大，而对应的二氧化碳排放量是RCP85情景最多，RCP26最少，由此可知，径流大小与二氧化碳排放量呈现正相关趋势。77 水利水电工程专业本科毕业论文图5-11RCP26未来径流预测（径流平均趋势线y=0.0083x+77.058）图5-12RCP45未来径流预测（径流平均趋势线y=0.0095x+76.57）77 水利水电工程专业本科毕业论文图5-13RCP85未来径流预测（径流平均趋势线y=0.0096x+76.664）77 水利水电工程专业本科毕业论文5.4新安江流域主要水文要素变化特征分析水文要素包括降水、蒸发、径流和下渗等。随着气候变化对水文气象要素的影响日益剧烈，水文气象要素长时间序列往往发生变化，且存在一定的变化趋势。本文分析各水文气象序列的变化特征，从整体上把握水文气象要素的变化趋势和水资源变化规律。在进行多年月平均降雨、蒸发、气温及径流对比中，第一时段指历史1901~2005年（受资料限制，径流中表示1979~2005年），第二时段指2006~2039年，第三时段指2040~2069年，第四时段指2070~2099年。5.4.1气温气候变化背景下，年平均气温随时间总体呈现明显的上升趋势，其中未来气温比历史气温上升趋势更明显，特别是RCP85情景下气温上升速度明显高于RCP45和RCP26。图5-14年平均气温曲线（1901~2099年）（趋势线：历史时期：y=0.0082x-0.9463；RCP26：y=0.0099x-3.0684；RCP45：y=0.025x-33.615；RCP85：y=0.0537x-91.644）年平均气温曲线如图5-14所示。首先，未来年平均气温随时间呈现明显的上升趋势，历史气温也呈现上升趋势，但未来气温上升趋势更明显，且气温更高，气温与温室气体排放量呈现正相关关系。其次，三种情景模式下，RCP77 水利水电工程专业本科毕业论文85上升速度明显高于RCP45和RCP26，到2099年已到达21℃，RCP26情景下，气温从16.2℃上升至17.5℃，RCP45情景下上升至18.2℃，三种情景模式分别升高约1.3℃、2℃和4.8℃。多年平均气温如表5-7所示。首先，同一种情景模式下，气温逐时段上升，升温幅度增加。RCP26下，气温先上升后趋于平稳，RCP45下，气温一直上升，RCP85下，气温也一直上升，且幅度增加最大，第四时段已达到34.95%。其次，同一时段内，RCP26气温增幅最小，RCP85最大。表5-7多年平均气温（1901~2099年，单位：℃）情景模式第一时段第二时段变幅（%）第三时段变幅（%）第四时段变幅（%）RCP2615.0816.9112.1417.5216.2217.5116.13RCP4515.0816.8611.7817.9218.8618.3921.96RCP8515.0817.0012.7418.6723.8120.3534.95三种情景模式下多年月平均气温如图5-15所示。首先，同一情景模式下，每月气温随时间上升，且未来三个时段的多年月平均气温明显高于历史气温。RCP26情景下，气温先上升后稳定，第三时段与第四时段每月的气温基本一致；RCP45情景下，气温以一个较平稳的增幅上升，而RCP85情景下，每个时段的增幅基本不变，但是上升速率明显增加。其次，在同一种情景模式同一时段内，一年的气温呈现先上升后下降的趋势，夏季（6~8月）气温上升较快且气温较高，在RCP85情景模式下的七月份和八月份气温到第四时段时已超过30℃。气温较高时，尤其需注意高温、暴雨等极值事件的发生。新安江流域未来气温空间分布图如图5-16所示。首先，新安江流域未来气温随时间增加，在三种情景模式下，RCP26气温增幅相对较小，RCP85增幅最大。其次，在空间分布上，整体呈现流域中部及偏北气温较低，东南气温最高。历史与未来的气温箱形图如图5-17所示。首先，未来气温明显高于历史气温；其次，九种模型的平均气温差距较小，与未来模型平均气温基本一致，但是存在气温异常值，如NorESM1-M和CSIRO-Mk3-6-0的最大气温已达到37℃；最后，三种情景模式下，RCP85的气温明显高于RCP26和RCP45。77 水利水电工程专业本科毕业论文图5-15多年月平均气温（1901~2099年）77 水利水电工程专业本科毕业论文图5-16新安江流域降尺度后三种情景模式未来2006~2099年平均气温空间分布图（单位：℃）图5-17气温箱形图（历史：1901~2005年；未来：2006~2099年；未来平均及各模型：红线：RCP26；绿线：RCP45；灰线：RCP85）77 水利水电工程专业本科毕业论文5.4.2降雨气候变化情景下，未来年平均降雨总体呈现增加趋势，但趋势不明显，且未来降雨与历史降雨相比，增加幅度较小；三种情景模式的平均降雨基本相等；汛期出现暴雨等极值事件的可能性较大，应做好防洪调度的准备。年平均降雨如图5-18所示。首先，未来年平均降雨呈现增加趋势，但趋势不明显，历史降雨呈现微弱的下降趋势；其次，各个情景模式的未来94年降雨均值分别为132.61mm，133.07mm，133.16mm，历史实测值为130.66mm，由此可知未来降雨量增加不明显，且三个情景模式的平均降雨基本相等。图5-18年平均降雨曲线（1901~2099年）（趋势线：历史时期：y=-0.0505x+229.19；RCP26：y=0.1508x-177.1；RCP45；y=0.1726x-221.47；RCP85：y=0.1773x-231）表5-8多年平均降雨（1901~2099年，单位：mm）情景模式第一时段第二时段变幅（%）第三时段变幅（%）第四时段变幅（%）RCP26130.66127.82-2.17133.642.28136.374.36RCP45130.66127.48-2.44133.532.20138.205.77RCP85130.66127.25-2.61132.911.72139.316.6277 水利水电工程专业本科毕业论文多年平均降雨如表5-8所示。首先，同一种情景模式下，未来降雨随时间增加，增幅较稳定。但第二时段也即未来第一时段与历史时期相比，降雨减少，这是因为未来降雨取九个机构的平均值，导致未来94年的降雨偏小；其次，同一时段内，RCP26降雨增幅最小，RCP85最大。多年月平均降雨如图5-19所示。首先，同一情景模式下，未来多年平均降雨整体呈现增加趋势，但是与历史降雨相比，第一时段降雨相对减少了，因为未来降雨取各机构的平均值，从而使降雨偏小；其次，在同一种情景模式同一时段内，降雨呈现先增加后减小的趋势，在汛期3~8月份降雨较多，尤其是5、6月份，降雨多，增幅快，此时应特别注意新安江水库汛期的洪水调度，降低水库水位进行防洪，非汛期9月至次年2月降雨量较少，应注意水库供水问题；最后，三种情景模式下，RCP85降雨增加相对最多，RCP26最少。77 水利水电工程专业本科毕业论文图5-19多年月平均降雨量（1901~2099年）新安江流域未来降雨空间分布图如图5-20所示。首先，新安江流域未来降雨随时间增加，趋势不明显，在三种情景模式下，RCP26降雨量较小，RCP85降雨量相对最大；其次，在空间分布上，整体呈现降雨北少南多的趋势。图5-20新安江流域降尺度后三种情景模式未来2006~2099年平均降雨空间分布图（单位：mm）77 水利水电工程专业本科毕业论文历史与未来降雨箱形图如图5-21所示.首先，历史与未来降雨平均值基本相等；其次，未来降雨及各模型降雨的均值基本相等，但是存在较多异常值，比如NorESM1-M和CanESM2，最大降雨已超过800mm，应注意汛期的暴雨等极值事件，做好防洪调度准备；最后，三种情景模式的降雨基本相等。图5-21降雨箱形图（历史：1901~2005年；未来：2006~2099年；未来平均及各模型：红线：RCP26；绿线：RCP45；灰线：RCP85）5.4.3蒸发在气候变化情景下，年平均蒸发随时间呈现显著的增加趋势，其中未来蒸发比历史蒸发增加趋势更明显，特别是RCP85情景下增加速度高于RCP45和RCP26。年平均蒸发如图5-22所示。首先，未来94年的蒸发呈现显著的增加趋势，历史蒸发也呈现增加趋势，但趋势不明显；其次，三种情景模式下，RCP85增加速度最快，RCP45其次，RCP26最慢，计算得三种情景未来蒸发均值分别为75.98mm，76.34mm，76.32mm，可知三种情景模式均值相差不大，历史实测蒸发均值为74.01mm，可知未来蒸发与历史相比，变化不大。77 水利水电工程专业本科毕业论文图5-22年平均蒸发曲线（1901~2099年）（趋势线：历史时期：y=0.0209x+33.202；RCP26：y=0.067x-61.563；RCP45：y=0.0793x-86.571；RCP85：y=0.0873x-103.03）多年平均蒸发如表5-9所示。首先，同一种情景模式下，蒸发逐时段增加，但幅度不明显。RCP26情景蒸发增加最慢，RCP45蒸发增加由快变慢，RCP85下，蒸发幅度较大且稳定；其次，同一时段内，RCP26蒸发增幅最小，RCP85最大。表5-9多年平均蒸发（1901~2099年，单位：mm）情景模式第一时段第二时段变幅（%）第三时段变幅（%）第四时段变幅（%）RCP2674.0173.46-0.7576.853.8377.654.91RCP4574.0173.36-0.8877.394.5678.345.85RCP8574.0173.33-0.9376.793.7578.856.54三种情景模式下多年月平均蒸发如图5-23所示。首先，同一情景模式下，未来三个时期的蒸发呈现增加趋势，但是与历史时期相比，汛期的5~9月份蒸发量明显增加，而其他月份的蒸发量相对减少；其次，三种情景模式的蒸发趋势没有明显差异，最大蒸发值相差不大；最后，在同一种情景模式同一时段内，蒸发呈现先增加后减少的趋势，与气温趋势一致。这是由于蒸发与气温之间存在正相关关系，汛期一般处于夏季，此时气温较高，蒸发也较多。77 水利水电工程专业本科毕业论文图5-23多年月平均蒸发量（1901~2099年）77 水利水电工程专业本科毕业论文历史和未来蒸发箱形图如图5-24所示。首先，未来蒸发比历史蒸发多；其次，九种模型的平均蒸发相差较大，九种模型的各个平均值分布在总平均值的两侧；最后，三种情景模式下，蒸发值差距不明显。图5-24蒸发箱形图（历史：1901~2005年；未来：2006~2099年；未来平均及各模型：红线：RCP26；绿线：RCP45；灰线：RCP85）5.4.4径流气候变化背景下，未来年平均径流呈现增加趋势，但趋势不明显，且未来径流与历史相比，增加幅度较小；三种情景模式下的平均径流基本相等；汛期出现暴雨等极值事件的可能性较大，应做好防洪调度的准备。年平均径流如图5-25所示。首先，未来径流整体呈增加趋势，趋势不明显，历史径流增加趋势更加不显著；其次，三个情景模式的未来94年径流均值分别为81.85mm，82.07mm，82.25mm，可知三个模式的平均径流基本相等，历史径流为86.05mm，由此可知，未来径流与历史相比，相对减少，因为未来径流取的是九个机构的平均径流，且未来径流是通过水文模型模拟得到的，模拟过程中存在误差。77 水利水电工程专业本科毕业论文图5-25年平均径流曲线（1979~2099年）（趋势线：历史时期：y=0.0426x+1.1053；RCP26：y=0.1065x-136.93；RCP45；y=0.1215x-167.37；RCP85：y=0.1229x-170.24）多年平均径流如表5-10所示。首先，同一种情景模式下，未来径流逐时段增加，增幅较稳定。但未来径流比历史径流小，这是因为未来径流取九个机构的平均值，导致未来94年的径流偏小；其次，同一时段内，RCP26径流增幅最小，RCP85最大，从78.28mm到86.86mm。表5-10多年平均径流（1901~2099年，单位：mm）情景模式第一时段第二时段变幅（%）第三时段变幅（%）第四时段变幅（%）RCP2686.0578.77-8.4682.27-4.4084.51-1.79RCP4586.0578.46-8.8281.82-4.9285.94-0.13RCP8586.0578.28-9.0481.62-5.1586.860.94多年平均径流如图5-26所示。首先，同一情景模式下，未来多年平均径流整体呈增加趋势，但是与历史降雨相比，汛期（3月至7月）比第一时段减少，而8月至次年2月的径流比第一时段增加，因为未来径流取的是各机构的平均值，使得汛期的径流相对减少，而非汛期增加；其次，在同一种情景模式同一时段内，径流呈现先增加后减少的趋势，在汛期6月份，径流相对最大，此时应做好新安江流域防洪调度的准备，降低水库水位以拦蓄更多的洪水，非汛期9月至次年2月径流较小，此时应注意水库供水问题；最后，三种情景模式下各月径流增加与减少的趋势不显著。77 水利水电工程专业本科毕业论文图5-26多年平均径流（1979~2099年）77 水利水电工程专业本科毕业论文历史和未来径流箱形图如图5-27所示。首先，历史与未来径流平均值基本相等；其次，未来径流及各模型径流的均值基本相等，但是存在较多异常值，比如NorESM1-M，最大径流已超过800mm，应注意汛期的暴雨等极值事件，做好防洪调度准备；最后，三种情景模式的降雨基本相等。图5-27径流箱形图（历史：1979~2005年；未来：2006~2099年；未来平均及各模型：红线：RCP26；绿线：RCP45；灰线：RCP85）径流与降雨存在正相关关系，降雨直接影响着径流量的大小，且由于新安江水文模型中本身假定降雨与径流存在着关系，因此降雨与径流的变化趋势基本一致。5.5新安江流域未来水资源管理适应对策研究气候变化的适应性指的是应对目前和未来的气候变化所作出的有利调整，也指在气候变化条件下的调整能力，从而利用有利机会，缓解潜在危害。研究气候变化对水资源影响的对策目的都是使社会—经济—环境三方面效益达到最优。由于气候变化及其对水资源的影响存在很多不确定因素，很难给出适应对策的定量分析。对待具有很大不确定性的气候变化影响问题，结合研究区实际的水资源安全现状，提出水资源安全适应对策如下：77 水利水电工程专业本科毕业论文（1）进一步完善政策法规，加强流域水资源综合管理应建立严格的现代化的制度体系与水资源管理体系，加强水资源统一管理与保护，以建立适应气候变化及水资源可持续利用的管理制度，制定并完善相关的法律法规与政策体系。使新安江流域未来水资源的开发、利用、节约、保护和水害防治更加规范化、制度化，为流域水资源的管理提供有力的法律保障。（2）加强节水力度，提高用水效率新安江流域位于我国南方丰水地区，水资源相对丰富，未来年均径流在82mm左右，但是由于人们长期以来形成的用水习惯，目前仍存在用水浪费、水资源利用率低等问题。并且随着全球气候变化，流域内降雨和径流也随之改变，气温升高，夏季需水量增加，冬季降雨较少，水资源供需不平衡，所以应大力推行节约用水，提高人们的节水意识，选择节水型产业，提倡并推行节水型的生活方式，建设节水型社会是缓解流域水资源矛盾，保障经济社会可持续发展的必由之路。（3）加大水利投资力度，加强水利基础设施建设新安江流域基础设施薄弱，季节性工程型缺水严重，冬季少雨时，缺水较严重，流域内降水、径流的季节、年际变率大，需要充分利用气候监测、预测及评估信息，加强供水、抗旱等方面基础设施建设，同时需要工程技术、政策等方面的相互协调，以缓解水资源供不应求的问题。（4）加强污水处理，加强流域水质监测和监督管理新安江流域随着用水量和废污水排放量的增加，水体水质污染指标呈上升趋势，有些水体已经无法饮用和灌溉。在流域经济社会发展的同时，应加大污水处理，加强水质监测能力和监测队伍建设，提高监测水平，加强监督管理力度，加大水资源保护力度，突出水源地保护，重视社会经济发展对水质的影响，统筹社会经济发展和生态环境建设之间的关系。（5）优化水库调度方式，合理利用水资源随着气候变化，气温、降雨、蒸发、径流都随之变化，且极端天气事件频发，夏季多洪水，冬季多干旱，现有的水库调度已不能满足，需要优化水库调度方式，以更合理地利用水资源，在汛期来临前尽量降低水库水位，以容纳更多的洪水，非汛期合理利用库中水资源。（6）加强气候变化及其对水资源影响的研究77 水利水电工程专业本科毕业论文气候变化研究是水资源安全及开发利用研究的基础工作。目前人们对气候系统的认识还十分有限，对未来气候变化预测、预估的准确性及可靠性还不够，无法满足制订适应性对策的需求，因此，需进一步研究气候变化及其对水资源的影响，提高对季节、年际及年代以上尺度的气候变化预估能力，更合理地对水资源进行配置，从而使得新安江流域水资源得到合理利用[35]。5.6本章小结本章首先简要介绍了新安江流域概况，然后对全球气候模式输出降尺度进行了分析，预测气候变化情景下新安江流域的径流，并分析主要水文要素气温、降雨、蒸发和径流的变化特征，最后针对存在的问题提出了新安江流域未来水资源管理适应性对策。主要研究结论如下：（1）对新安江流域全球气候模式输出进行降尺度分析，由一个具体事例说明了BCSD方法的步骤，并得到了降雨与气温未来2006~2099年共94年的降尺度输出结果。（2）采用新安江月水量平衡模型，利用历史1979~2005年共27年的实测数据进行模型的参数率定和检验，率定期的实测流量与模拟流量的相关系数为0.958，相对误差为0.00，确定性系数为0.8723，均方根误差RMSE=4.29；检验期相关系数为0.978，相对误差为1.43，确定性系数为0.8982，均方根误差RMSE=5.63，说明新安江模型模拟效果较好。（3）采用已参数率定的新安江月水量平衡模型，对BCSD方法降过尺度后的GCM降雨及蒸发数据进行未来2006~2099年共94年的径流预测。结果表明：三种情景模式未来平均径流大致相等，径流逐年变化趋势不明显；从各机构径流分布范围可知，出现极值事件即暴雨洪水的几率较大，应做好防洪调度的准备。（4）从年平均和多年月平均两个角度，对各个水文要素即气温、降雨、蒸发和径流的历史时段和未来时段进行对比，分析得到年平均气温随时间呈现明显的上升趋势，且未来气温比历史气温上升趋势更明显，RCP85上升速度明显高于RCP45和RCP26；未来年平均降雨呈现增加趋势，趋势不明显，三个情景模式的平均降雨基本相等；蒸发与气温的趋势基本一致，而径流与降雨的趋势基本一致。（5）对气候变化下呈现的问题，提出了水资源管理适应对策：进一步完善政策法规，加强流域水资源综合管理；加强节水力度，提高用水效率；加大水利投资力度，加强水利基础设施建设；加强污水处理，加强流域水质监测和监督管理；加强气候变化及其对水资源影响的研究；优化水库调度方式，合理利用水资源。77 水利水电工程专业本科毕业论文第六章总结与展望6.1总结本文研究气候系统组成以及气候变化及其对水文水资源影响机理，采用BCSD方法对全球气候模式（GCM）数据进行降尺度分析，构建新安江月水量平衡模型对新安江流域的未来径流进行预测，分别分析三种情景模式下的降雨、气温、蒸发与径流四个水文要素的变化特征，研究气候变化对新安江流域水文水资源的影响。主要研究内容和成果如下：（1）阐述全球气候系统的概念、组成及其属性和特征，气候变化在大气、海洋、冰冻圈、海平面、碳循环和其他生物地球化学循环五个方面的现状，气候变化的原因及主要影响，尤其是对水文水资源的影响，结合全球气候变化的情景模式，典型浓度路径RCPs，构建气候变化对水文水资源影响评估方法。（2）阐述误差订正空间分解法（BCSD）降尺度方法的原理与步骤，主要分为误差订正和空间分解两步，并对BCSD方法的适应性和局限性进行说明。（3）分析了新安江日模型的结构、原理与计算方法，分蒸散发、产流、水源划分和汇流计算四个层次结构，论述了从日模型简化得到的新安江月模型的结构与计算，月模型在水源划分中不考虑壤中流，在汇流中不考虑河网汇流；然后介绍新安江模型参数，参数率定与检验的方法。并且采用新安江月水量平衡模型，利用历史1979~2005年共27年的实测数据进行参数率定和检验，率定期的实测流量与模拟流量的相关系数为0.958，检验期为0.978，说明新安江模型模拟效果较好。（4）采用已参数率定的新安江月水量平衡模型，对BCSD方法降过尺度后的GCM降雨及蒸发数据进行未来94年的径流预测。结果表明：三种情景模式未来平均径流大致相等，径流逐年变化趋势不明显；从各机构径流分布范围可知，出现极值事件即暴雨洪水的几率较大，应做好防洪调度的准备。（5）从年平均和多年月平均两个角度，对各个水文要素即气温、降雨、蒸发和径流的历史时段和未来时段进行对比，分析得到年平均气温随时间呈现明显的上升趋势，且未来气温比历史气温上升趋势更明显，RCP85上升速度明显高于RCP45和RCP26；未来年平均降雨呈现增加趋势，趋势不明显，三个情景模式的平均降雨基本相等；蒸发与气温的趋势基本一致，而径流与降雨的趋势基本一致。77 水利水电工程专业本科毕业论文（6）对气候变化下呈现的问题，提出了水资源管理适应性对策：进一步完善政策法规，加强流域水资源综合管理；加强节水力度，提高用水效率；加大水利投资力度，加强水利基础设施建设；加强污水处理，加强流域水质监测和监督管理；加强气候变化及其对水资源影响的研究；完善水库调度制度，合理利用水资源。6.2展望随着社会经济发展和人口增长，气候变化对各流域（包括新安江流域）的水文水资源的影响将进一步增强。论文的研究内容涉及气候变化对新安江流域水文水资源影响的诸多方面。但是由于气候变化及流域本身水文条件的复杂性和不确定性，论文中部分研究内容尚存在不足，今后可围绕围绕以下几个方面问题开展研究：（1）降尺度技术的研究。论文仅用了统计降尺度中的BCSD方法进行了降尺度分析，但是由于资料有限，技术水平有限，只用一种方法有所欠缺，应采用一些主要的统计降尺度和动力降尺度方法，进一步探讨各种降尺度技术的适用性及局限性，从而提高模型的实用性和精度。（2）气候变化的不确定性研究。气候变化对水文水资源的影响研究，涉及全球气候模式GCM，，降尺度技术、流域水文模型等诸多方面，其中必然存在很大的不确定性。可考虑应用一些数理统计方法，定量分析GCM、降尺度技术及水文模型的不确定性，综合评价未来气候变化对流域水文水资源的影响。（3）气候变化对水文极值事件的影响研究。干旱和洪涝等水文极值事件是影响水资源分配的重要因素，为增强人类和自然系统对气候变化的适应能力，减缓气候变化带来的不利影响，有必要进一步加强气候变化对水文极值事件的影响研究。论文在这方面只是做了一些初步的探讨，下一步应该深入分析水文极值事件的形成机理，认识气候变化条件下水循环的变化特征及其与旱涝的关系，深入开展气候变化对干旱、洪涝灾害的影响研究。（4）分析气候变化和人类活动对流域水文水资源的影响。流域水资源受到气候变化和人类活动的双重影响，人类活动会使流域下垫面发生变化，改变天然径流和蒸发的分布及地下水的补给条件，导致流域水文水循环发生变化，从而影响流域水资源的分布。论文没有考虑人类活动对流域水文水资源的影响，接下来可分别分析气候变化和人类活动对流域水文水资源的影响，以及两者之间的联系。（5）77 水利水电工程专业本科毕业论文气候变化对水生态环境影响。气候变化不仅改变流域水文水资源的时空分配，而且会改变水生态环境条件。接下来可开展气候变化对流域土壤侵蚀、水土流失、河流泥沙、河流水质生态等方面的影响研究。（1）新安江模型的改进研究。本文因为时间关系，只用新安江月模型进行了径流预测，月模型虽然比较简单，但是比日模型精度低，预测结果也相对较差，之后需要用新安江日模型来进行模拟。同时可探索建立分布式新安江模型，结合GIS技术和DEM数据，提高预测结果的精度。77 水利水电工程专业本科毕业论文参考文献[1]IPCC，2013：决策者摘要。政府间气候变化专门委员会第五次评估报告第一工作组报告——气候变化2013：自然科学基础。[Stocker,，T．F．，秦大河，G．~K．Plattner,M．Tignor，S．K．Allen,，J．Boschung,A．Nauels,Y．Xia,V．Bex和P．M．Midgley(编辑)]．剑桥大学出版社，英国剑桥和美国纽约．[2]杨雪丽．气候变化对漳卫南流域水资源安全影响研究[D]．山东济南：济南大学，2012：1~2．[3]仕玉治．气候变化及人类活动对流域水资源的影响及实例研究[D]．辽宁大连：大连理工大学，2011：3~7．[4]杨飞．气候变化和人类活动对水资源的影响研究[D]．长安：长安大学，2011：4~6[5]Waggoner．气候变化和美国水资源[M]．1990．[6]李峰平．气候变化对水循环与水资源的影响研究综述[J]．地理科学，2013，33（4）：457~464．[7]张辉．气候变化和人类活动对黑河流域水资源的影响[D]．甘肃：兰州大学，2010：2~4．[8]邓慧平，吴正方，唐来华．气候变化对水文和水资源影响研究综述[J]．地理学报，1996，51（增）：161-170．[9]沈大军，刘昌明．水文水资源系统对气候变化的响应[J]．地理研究，1998，17（4）：435-442.．[10]戴君虎，晏磊．温室效应及全球变暖[J]．世界环境，2001（4），18-22．[11]游松财，KiyoshiT，YuzuruM．全球气候变化对中国未来地表径流的影响[J]．第四纪研究，2002，22（2）：148-15．[12]王云璋，康玲玲，王国庆．近30年三川河流域降水变化及其对径流的影响[J]．水资源与水工程学报，2003，14（3）：8-12．[13]陈玲飞，王红亚．中国小径流对气候变化的敏感性分析[J]．资源科学，2004，26（6）：62-68．[14]孙万光，许士国，王昊．气候变化对乌裕尔河流域水文特性的影响[J]．水资源与水工程学报，2006，17（6）：27-32．[15]李菲菲．黑河上游地区气候变化及水文水资源系统的响应研究[D]．江苏：河海大学，2007．77 水利水电工程专业本科毕业论文[16]郭靖．气候变化对流域水循环和水资源影响的研究[D]．湖北：武汉大学，2010：18~20．[17]徐翔宇．气候变化下典型流域的水文响应研究[D]．北京：清华大学，2012．[18]刘宏权．张家口市永定河流域气候变化及其对水文水资源系统的影响[D]．河北：河北农业大学，2013．[19]刘丽娜．气候变化对中小流域径流过程的影响研究[D]．河南：郑州大学，2010：6~7．[20]张利平，陈小凤，赵志鹏等．气候变化对水文水资源影响的研究进展[J]．地理科学进展，2008，27（3）：60~67．[21]龚志强．气候系统的空间结构及遥相关型年代际配置特征研究[D]．甘肃：兰州大学，2009：1~4．[22]丁一汇．气候变化（大学教材）[M]．北京：气象出版社，2010[23]杨兴．《气候变化框架公约》研究[D]．湖北：武汉大学，2005：5~10．[24]冯明．气候变化对水文水资源的影响研究[D]．湖北：武汉大学，2004．[25]刘彩虹．浅析气候变化对水文水资源的影响[J]．环境科学，2012，27：155．[26]王林．误差订正空间分解法在中国的应用[J]．地球科学进展，2013，28（10）：1145~1153．[27]包为民．水文预报（第4版）[M]．北京：中国水利水电出版社，2009：139~215[28]Reclamation,2013．"DownscaledCMIP3andCMIP5ClimateandHydrologyProjections:ReleaseofDownscaledCMIP5ClimateProjections,ComparisonwithprecedingInformation,andSummaryofUserNeeds",preparedbytheU．S．DepartmentoftheInterior,BureauofReclamation,TechnicalServicesCenter,Denver,Colorado．47pp．[29]曹丽娟，刘晶淼，任立良．对新安江模型蒸散发计算的改进[J]．水文，2005，25（3）：5~19．[30]李致家，孔祥光，张初旺．对新安江模型的改进[J]．水文，1998，4：19~23．[31]王光生，周记华．新安江模型改进的尝试[J]．水文，1998，增刊：23~27．[32]彭伟．基于三种水文模型的流域径流模拟和土壤含水量模拟应用研究[D]．四川：四川农业大学，2009：2~3．[33]柯来章．黄山市新安江流域水环境管理与旅游发展研究[D]．安徽：安徽师范大学，2006：7~9．[34]王慧．新安江流域生态补偿机制的建立和完善[D]．安徽：合肥工业大学，2010：3~6．[35]甘升伟，王跃奎．新安江流域水资源管理控制红线措施研究[J]．人民长江，2010，41（19）：7~10．[36]徐宗学．水文模型[M]．北京：科学出版社，200977 水利水电工程专业本科毕业论文[37]芮孝芳．水文学原理[M]．北京：中国水利水电出版社，2004[38]詹道江．工程水文学（第4版）[M]．北京：中国水利水电出版社，2010[39]IPCC．Summaryforpolicymakers[M/OL]//IPCC．Climatechange2013:thephysicalsciencebasis.Cambridge:CambridgeUniversityPress,inpress.2013~09~30[2013~11~20].http://www.climatechange2013.org/images/uploads/WGI_AR5_SPM_brochure．pdf．[40]张晓华，高云，祁悦等．IPCC第五次评估报告第一工作组主要结论对《联合国气候变化框架公约》进裎的影响分析[J]．气候变化研究进展，2014，10（1）：14~19．[41]秦大河，StockerT，259名作者和TSU（驻伯尔尼和北京）．IPCC第五次评估报告第一工作组报告的亮点结论[J]．气候变化研究进展，2014,，10（1）：1~6．[42]IPCC．Climatechange2007:thephysicalsciencebasis[M]．Cambridge:CambridgeUniversityPress,2007:1~996．[43]王国庆．气候变化对黄河中游水文水资源影响的关键问题研究[D]．江苏：河海大学，2006．[44]雷Wen，查尔斯A．Lin．全球气候变化及其影响[J]．水科学进展，2003,14（5）：667~674．[45]董雯．人类活动和气候变化对水文水资源的影响研究[D]．新疆：新疆大学，2010．[46]范丽军．统计降尺度方法的研究及其对中国未来区域气候情景的预估[D]．北京：中国科学院研究生院，2006．[47]姚成．基于栅格的分布式新安江模型构建与分析[D]．江苏：河海大学，2007．[48]华舒愉，顾圣平，贺军等．三水源新安江模型参数优化及其应用[J]．水电能源科学，2013，31（2）：23~26．[49]冻芳芳．新安江模型与TOPMODEL的比较及洪水预报系统的基本框架[D]．江苏：河海大学，2007．[50]李志龙．新安江模型在资料缺乏的寒区流域的应用研究[D]．江苏：河海大学，2006．[51]Hagemann,S.;Chen,C.;Clark,D.B.;Climatechangeimpactonavailablewaterresourcesobtainedusingmultipleglobalclimateandhydrologymodels[J]．EarthSystemDynamics,v4,n1,p129~144,May7,2013．[52]Elguindi,N.;Grundstein,A.;Bernardes,S.;AssessmentofCMIP5globalmodelsimulationsandclimatechangeprojectionsforthe21stcenturyusingamodifiedThornthwaiteclimateclassification[J]．ClimaticChange,p1~16,2013．[53]Lutz,A.F.;Immerzeel,W.W.;Gobiet,A.;ComparisonofclimatechangesignalsinCMIP3andCMIP5multi~modelensemblesandimplicationsforCentralAsianglaciers[J]．HydrologyandEarthSystemSciences,v17,n9,p3661~3677,2013．77 水利水电工程专业本科毕业论文[54]Zhang,J.Y.;Wang,G.Q.;Pagano,T.C.;Usinghydrologicsimulationtoexploretheimpactsofclimatechangeonrunoffinthehuaiheriverbasinofchina[J]．JournalofHydrologicEngineering,v18,n11,p1393~1399,2013．[55]占明锦，殷剑敏，孔萍．典型浓度路径(RCP)情景下未来50年鄱阳湖流域气候变化预估[J]．科学技术与工程，2013,13（34）：10107-10115．[56]高超，张正涛，陈实等．RCP4.5情景下淮河流域气候变化的高分辨率模拟[J]．地理研究，2014,33（3）：467-477．[57]政府间气候变化专门委员会，2007：决策者摘要。气候变化2007：自然科学基础。政府间气候变化专门委员会第四次评估报告第一工作组的报告[Solomon,S.、DaheQin、M.Manning、ZhenlinChen、M.Marquis、K.B.Averyt、M.Tignor和H.L.Miller(编辑)]。英国，剑桥，剑桥大学出版社和美国，纽约．[58]IPCC，2007：气候变化2007：综合报告。政府间气候变化专门委员会第四次评估报告第一、第二和第三工作组的报告[核心撰写组、Pachauri,R.K和Reisinger,A.（编辑）]。IPCC，瑞士，日内瓦，104页．[59]何自立．气候变化对流域径流的影响研究[D]．陕西：西北农林科技大学，2012．[60]刘浏，徐宗学，黄俊雄．2种降尺度方法在太湖流域的应用对比[J]．气象科学，2011，31（2）：160~169．[61]黄俊雄，徐宗学，刘兆飞等．统计降尺度法分析太湖流域未来气候变化情景[J]．资源科学，2008，30（12）:1811~1817．[62]高冰．长江流域的陆气耦合模拟及径流变化分析[D]．北京：清华大学，2012：3~12．[63]侯保俭，王渺林，傅华．长江上游流域统计降尺度方法研究[D]．重庆：重庆交通大学，2012：4~10．[64]王晓杰．基于TRMM的天山山区降水降尺度方法及其空间变异特征研究[D]．新疆：石河子大学，2013：3~9．[65]金鑫．新安江模型的改进及在浑河北口前流域的应用研究[D]．辽宁：沈阳农业大学，2009：5~8．[66]李丹颖．陆面水文模型VIC研究及其与天气发生器的集成[D]．湖北：武汉大学，2005：7~16．[67]虞慧．新安江模型在中型水库洪水预报中的应用研究[D]．江西：江西师范大学，2010：3~6．[68]罗蒋梅．基于不同率定期资料的月、季径流预报方法研究[D]．江苏：南京信息工程大学，2011．[69]徐兆静．基于几何代数的新安江流域水文模型时空统一表达77 水利水电工程专业本科毕业论文[D]．江苏：南京师范大学，2013．77 致谢致谢光阴似箭，在河海的四年大学转眼间就要结束了，心里有说不出的感受。首先要感谢我的指导老师方国华教授对我学业上的严格要求与诲人不倦，对我生活上的关心与照顾。此论文是在方老师悉心指导下完成的，在此谨向方老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！其次感谢我的博士师兄闻昕给予我学习上的点播与生活上的关心，以及在论文撰写过程中给予的热情指导和帮助，他认真踏实的工作态度将永远激励着我；同时，感谢郑艳妮师姐、周磊、戚核帅、徐宽师兄给予我的关心和帮助，以及郭玉雪同学的一起并肩作战，他们是我学习、生活、工作上的伙伴，也是面临困难和挑战时的战友。感谢家人对我的宽容、支持、关爱、鼓励与无私奉献，营造的宽松、积极、乐观的成长环境让我保持一颗乐观上进的平常心，他们是我多年来的经济支柱和精神支柱，更是我进取的动力和快乐的源泉。最后，我真诚地感谢每一位关心、帮助、鼓励和支持我的老师、同学、朋友和亲人，衷心祝福你们健康、快乐、幸福！作者：刘飞飞二零一四年五月于南京77'