不确定性水文模拟与流域管理模型研究

【摘要】受气候变化和人类活动的双重影响,流域系统已不能及时发挥自我调节和调控功能以应对变化的环境条件,流域内发生了一系列显著的环境问题和自然灾害事件,例如,水污染状况加剧、洪旱灾害频发。流域模型提供了一种有效的方式,可以实现流域系统主要的物理、社会经济和政治要素的综合研究。但是,复杂的流域系统和环境变化条件使得流域模型研究必须考虑、反映和分析不确定性。水文模型的输入、参数和结构都存在不确定性,开展水文模拟时需要量化和评估这些不确定性,并要求开发不确定性的处理方法以减小模拟的不确定性。流域管理模型需要综合考虑输入和参数的不确定性,以实现不确定性条件下的水资源和土地资源利用的规划与管理。因此,本文从不确定性的水文模拟与流域管理模型出发,分析了流域降雨径流序列的非一致性趋势变化,进而应用SLURP水文模型模拟了香溪河流域的水文过程,同时考虑不同流域划分水平对SLURP水文模拟的影响并评估了参数和模拟的不确定性。在此基础上,开发了一个能够处理输入不确定性的库区流域分布式水文模型。为研究不确定性的流域管理模型,分别开发了模糊约束的梯级水库生态调度模型和不确定性的流域土地利用优化管理模型。论文主要的研究工作及创新性成果如下：(1)联合应用多种趋势分析方法检验和解译了香溪河流域降雨径流序列可能存在的趋势。识别了降雨径流各统计量序列的趋势、趋势初始点和变异点。减小的趋势主要存在于径流序列,而9月份月降雨量的减少也存在统计显著性。径流序列的趋势多发生于70年代,并且在1988年以后,径流的统计特性发生了改变。因此,流域降雨径流关系也相应地变化。导致这些变化的主要原因是人类活动,尤其是水利工程建设的影响。(2)应用SLURP模型实现了香溪河流域分布式的水文模拟,并依据不同的流域划分水平对比研究了模型表现、模拟的水量平衡组分和不同下垫面类型的径流模拟贡献量。增加的流域划分水平可以提高水文模型效率,但是对水文过程模拟的改善有限,而不同流域划分水平下水量平衡组分和下垫面径流量的模拟变化较大。较精细的流域划分水平下模型参数的灵敏性降低,模拟结果的差别变小,从而有助于水文模拟结果趋向稳定。(3)基于马尔科夫蒙特卡洛的贝叶斯方法分析了SLURP水文模型参数和模拟的不确定性,并研究了不同流域划分水平的影响。不同流域划分水平下,水文模型参数的不确定性变化较大,而增加流域划分水平有助于降低日径流量模拟的不确定性。但是,存在一定的流域划分水平,增加流域划分不利于水文模型可靠性的改进。研究结论可为水文模型的实际应用提供参考。(4)开发了一个基于机会约束控制的库区流域分布式水文模型。通过将降雨强度用随机分布来描述,开发的水文模型能够处理降雨输入在时间尺度上的不确定性,并能将降雨输入尺度效应的影响有效地反映在流域水文模拟过程,改善地表径流产量的计算。与SLURP水文模型对比,模型效率和表现均得到明显地改善,尤其是径流量偏差得到有效控制。(5)开发了不确定性的梯级水库系统生态调度模型和流域土地利用管理模型。梯级水库生态调度模型将模糊的下游生态流量需求作为约束引入调度模型,并提出了模糊约束的自适应遗传算法求解规划模型,实现了水力发电效益的最大化,并有效地平衡了水力发电调度和下游生态用水的矛盾。不确定性的土地利用优化管理模型综合考虑了区间、模糊和随机的不确定性,并通过两阶段的决策过程对土壤侵蚀进行控制,最终实现了不确定性条件下流域系统净收益的最大化。
【作者】韩京成；
【导师】黄国和；
【作者基本信息】华北电力大学，能源环境工程，2014，博士
【关键词】三峡库区；趋势分析；水文模型；不确定性；水库调度；土地利用；

【参考文献】
[1]亢章熙.动态主机配置协议DHCPv6的设计与实现[D].西安电子科技大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[2]王春光.我国网络隐私权民事保护制度研究[D].吉林大学,2005.
[3]刘达民.建筑门窗综合标准化综述[J].建设科技.2004(Z1)
[4]杨帆.我国城乡居民收入差距与经济增长关系的实证分析[D].山东财经大学,统计学,2014,硕士.
[5]刘婷.基于DSP的通讯程序设计及在电机监控中的应用[D].长安大学,机械工程（专业学位）,2014,硕士.
[6]刘正奇.新型金属/介电复合等离激元微结构的光透射与光全吸收效应研究[D].南京大学,2013.
[7]张欣迪.考虑在途库存成本的滚动多航班班轮空箱调运优化[D].大连海事大学,物流工程,2014,硕士.
[8]肖星.基于聚苯乙烯微球模板的多孔镍的制备及表征[D].吉林大学,材料学,2013,硕士.
[9]王冰.我国中央企业社会责任评价指标体系改进探讨[D].江西财经大学,会计学,2013,硕士.
[10]王秀萍.乐器学视域下的考古出土商代乐器研究[D].南京艺术学院,音乐学,2014,博士.
[11]唐瑶,付柯,赵丹,张哲.酪素的改性方法及其在皮革涂饰中的应用[J].西部皮革,2015,10:25-28+31.
[12]孙铁刚.双波长单频光纤激光器研究[D].吉林大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[13]强德厚.基于ASP.NET的日喀则气象信息共享及服务系统[D].电子科技大学,软件工程,2012,硕士.
[14]李明.插电式混合动力汽车CVT速比匹配及控制[D].重庆大学,车辆工程,2014,硕士.
[15]陈碧燕.石墨烯/丁腈橡胶（三元乙丙橡胶）复合材料的结构与性能研究[D].上海交通大学,2013.
[16]戴少华.兔移植静脉重塑进程中凋亡及增殖的时间特性[D].南昌大学,外科学,2014,硕士.
[17]王记昌,任燕.自动化生产线实训装置升级改造[J].电子制作,2015,03:227.
[18]张治海,孙继忠,刘升光,王德真.载能氢原子与石墨(001)面碰撞过程中的能量传递行为的分子动力学研究[J].物理学报,2012,04:464-469.
[19]张百栋.平卢淄青镇李正己家族研究[D].曲阜师范大学,中国古代史,2013,硕士.
[20]朱欣雨.论证券投资者保护基金法律制度[D].宁波大学,经济法学,2013,硕士.
[21]王襄,张斌.一款基于TMS320C6416的车辆后视监控系统设计[J].电子制作,2015,04:20-21.
[22]屈磊.原位形变Cu-15%Fe复合材料组织与性能的研究[D].东北大学,材料学,2009,硕士.
[23]纪颖彤.工程菌生物转化D-型氨基酸的研究[D].山西大学,生物化学与分子生物学,2004,硕士.
[24]王蕾.转EPSPS基因水稻的研究[D].吉林农业大学,作物遗传育种,2012,硕士.
[25]丁伟华.行政诉讼与民事诉讼交叉案件审理问题初探[D].内蒙古大学,法律,2013,硕士.
[26]范欣鹏.我国取保候审实务研究[D].黑龙江大学,法律,2012,硕士.
[27]任向杰.256iCT对左冠状动脉分支夹角和冠脉径线的定量研究[D].河北医科大学,影像医学与核医学,2014,硕士.
[28]王震.传统武术的国际化推广研究[D].曲阜师范大学,体育（专业学位）,2013,硕士.
[29]王凯.种植密度和留叶数对巫山烤烟光合特性和产质量的影响研究[D].西南大学,植物学,2014,硕士.
[30]华建敏.总结大变样的前三年规划大提高的新三年——为上海本世纪最后一轮三年大推进奠定基础[J].上海综合经济.1994(12)
[31]范振莹.杭州老字号品牌识别建设的问题及对策研究[D].浙江工业大学,2013.
[32]王仁忠.松嫩草原拂子茅种群密度制约的研究[J].植物生态学报,1998,01:86-90.
[33]王冰.实时三维经食道超声心动图及斑点追踪技术在二尖瓣成形术中的应用研究[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[34]陈建俞.我国高等教育投资政策执行的系统分析[D].华东师范大学,高等教育学,2004,硕士.
[35]王立歆,韩文功,吕小伟,吴常玉.地震资料中的大钻干扰波分析及压制方法[J].石油地球物理勘探,2007,05:526-534+610+483.
[36]张漾.基于特种加工刀具（热刀）的五轴雕刻机的设计与研究[D].合肥工业大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[37]张宏玲.企业外汇风险管理策略分析与研究[D].天津大学,工商管理,2004,硕士.
[38]杨文飞.IPF挑战RISC[J].中国计算机用户,2001,13:55-59+65.
[39]吕凝香.农村中学生闲暇生活与教育策略研究[D].南京师范大学,教育学原理,2012,硕士.
[40]李琪.退役工程机械再生制造的回收网络构建研究[D].北京交通大学,2014.
[41]邢力仁.沁水盆地柿庄南区块煤层气有利储层预测[D].中国地质大学（北京）,石油与天然气工程,2014,硕士.
[42]杨胜刚,王鹏.基于数据挖掘技术的人民币反洗钱系统设计[J].财经理论与实践,2005,06:105-109.
[43]邵鹏.我国保障性住房建设融资问题研究[D].华中师范大学,土地资源管理,2014,硕士.
[44]王哲.南京市建邺区部分小学生体力活动状况研究[D].南京体育学院,运动人体科学,2013,硕士.
[45]杨宁.关系型借贷及抵押品约束研究[D].山东大学,金融学,2013,硕士.
[46]贾方方,贺奎,王二坡,刘俊元,马强.钢纤维活性粉末混凝土性能及工程应用[J].建筑技术开发,2014,08:39-41.
[47]于国山.神火集团梁北煤矿员工流失应对策略研究[D].西安工业大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[48]陈清礼,严良俊,付志红,苏朱刘.长偏移距瞬变电磁法全区视电阻率的二分搜索数值算法[J].石油地球物理勘探,2009,06:779-783+650.
[49]棘彦焱.二十世纪中国和声学的发展与演变[D].东北师范大学,音乐学,2012,硕士.
[50]赵登峰.考虑应力路径的软土深基坑开挖分析及m值优化研究[D].宁波大学,结构工程,2014,硕士.