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《郑州大学》 2015年
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气候变化下水资源动态承载力计算方法及应用研究

张修宇  
【摘要】:气候变化是目前国内外公认的最主要全球性环境问题之一。气候变化改变了流域水文过程和水资源在时间和空间上的分布,加上人类活动对水文水资源系统的深刻影响,造成了区域水资源供需失衡、洪水与干旱灾害频发、自然生态系统遭受严重破坏的局面。未来的气候变化将有可能进一步改变水资源的时间上和空间上的分布特征,增加或减少耗水量的大小,进而可能会影响到不同尺度上流域或区域水资源承载力的变化。气候变化在一定程度上会改变水文循环过程,影响到水资源的形成与转化关系,进而可能影响到水资源系统功能的变化,从而带来人类开发利用水资源更大的不确定性,面临更大的挑战。河川径流受气温、降水等气象因素及人类活动的综合影响,由降水和气温所决定的气候干湿状况,对流域天然径流的形成和地域分布起着重要的作用,干旱半干旱地区的水文系统对气候变化的响应更为敏感。气候变化对流域水资源量的影响是世界范围内水文水资源研究的热点,因此,开展气候变化对水文水资源系统影响作用机理及定量研究,进而开展气候变化下水资源动态承载力研究,具有重要的理论意义及应用价值。本文归纳总结国内外专家学者在水资源承载力领域已经取得的相关研究成果,基于大气系统与陆面水资源系统之间的联系,提出了气候变化下水资源动态承载力的概念,并阐述其内涵;提出了气候变化下水资源动态承载力计算的理论框架及PSO-COIM模型计算方法(即“基于预测-模拟-优化的控制目标反推模型”方法)。该模型是以“水资源系统、经济社会系统、生态系统相互制约、互为参数建立的耦合系统(模拟)模型”为基础模型,以“构建的维系生态系统良性循环控制方程组或指标阈值”为控制约束,以“复合大系统支撑的最大经济社会规模”为优化目标函数,建立的大系统最优化模型。在该模型中,嵌入气温、降水等气象因子与陆面水资源系统(河川径流)之间的输入-输出关系子模型,能实时定量计算气候变化下水资源系统的动态承载力大小。本文以我国最大内陆河塔里木河流域为实例,在对塔里木河流域水资源系统特征进行科学认知的基础上,(1)对气温、降水、径流序列资料进行趋势分析和突变点分析;(2)基于Copula函数的多变量概率分布理论,分别选取主要气象要素降水、气温和蒸发,与出山口径流建立二元Copula函数方程,从相依结构角度出发,识别流域水资源系统演化驱动力主要因素包括气温和降水,揭示出源流区主要受气候变化的影响,而干流区受气候变化和人类活动的双重影响;(3)通过构建气温、降水等主要气象因子与径流的动态回归预测模型,分析计算RCP8.5、RCP4.5和RCP2.6三种气候情景下塔里木河流域未来不同水平年的水资源动态承载力。计算结果能清晰反映出不同气候情景下水资源的承载规模,并可以判断出未来经济社会发展预测情形下的水资源承载程度,为支撑流域可持续发展提供依据;(4)基于人水和谐调控理论,结合塔里木河流域水资源系统特点,根据不同气候变化情景下塔里木河流域水资源动态承载力的计算结果,从配置、利用、调度、管理等方面系统地提出气候变化下流域水资源和谐调控策略及适应性调控措施,为积极应对气候变化可能带来的负面影响、实施水资源严格管理提供科学依据。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TV213.4

【参考文献】
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