变化环境下的流域洪水尺度效应分析

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1、变化环境下的流域洪水尺度效应分析Regionalfloodscalingeffectanalysisunderchangingclimate工程领域：水利工程作者姓名：雷宇明指导教师：李建柱副教授企业导师：毛慧慧高级工程师天津大学建筑工程学院二〇一七年十一月摘要近些年来，受到气候变化及人类活动的影响，全球水文循环及区域下垫面发生了较大变化，从而使流域产汇流机制发生变化，传统水文中的一致性假设不断受到质疑，非一致性逐渐成为学者们关心的问题。本文为了研究非一致性对洪水频率及洪水尺度效应的影响，选取大清河流域的8个子流域的降雨径流资料，进行大清河流域洪水频率分析和尺度效应分析。主要研究

2、内容及结果如下：（1）洪水序列的非一致性检验。利用Mann-Kendall检验法和Spearman秩次相关检验法对洪水序列进行趋势检验，利用非参数的Pettitt和Brown-Forsythe检验法对洪水序列的变异点进行识别，发现洪水序列具有显著的下降趋势，且变异点均为1979年。（2）洪水序列的一致性修正及频率分析。利用还原还现法，以1979年为变异点对洪水序列进行一致性修正，通过P-III分布曲线对修正后的洪水序列适线并进行洪水频率分析。结果显示还现序列设计洪水普遍小于还原序列。（3）基于GAMLSS模型，根据实测洪峰序列构建时变参数的非一致模型并进行频率分析。最优分布结果为

3、龙门为GA分布，西大洋为WEI分布，其他子流域均为LOGNO分布，除了安各庄与横山岭的最优分布参数为常数，其他六个子流域洪水序列最优分布的分布参数μ都与时间呈反比，分布参数σ为常数。同时非一致性重现期洪峰相对于一致性条件下有明显的减小。（4）利用还原还现序列的设计洪水及非一致模型的设计洪水，分析大清河流域设计洪水的尺度效应，并分析尺度指数随环境变化的影响。大清河流域洪水具有显著的尺度效应，且尺度指数θ随着重现期增大而逐渐增大，通过场次洪T水的尺度效应，发现降雨与尺度指数呈正相关。通过对各子流域土地利用变化的分析，发现随着流域面积的减小，林地与草地的变化比例随之增加，这也导致了环境

4、变化对小流域洪水影响更大，进而相同的重现期，还现序列洪峰的尺度指数要稍稍大于还原序列。在洪水尺度效应分析时考虑设计暴雨后，得到大清河流域洪水尺度效应方程，且尺度指数相比于只考虑流域面积时增大。（5）通过计算还原序列各重现期设计洪水尺度效应指数平均值作为王快水库控制流域的洪水尺度指数，再根据1979年前后的最大3小时降雨量与洪峰的2关系，推求出上游水利水保工程集水面积约为1041.88km。关键词：环境变化；非一致性；洪水频率分析；洪水尺度效应；水利水保工程IABSTRACTInrecentyears,theimpactofclimatechangeandanthropogenic

5、activitieshaschangedhydrologicalprocesses,andfurtheraffectedthemechanismofrunoffprocesses.Therefore,traditionalassumptionofstationarityhasbeenquestioned,andnonstationarityinhydrologicalfieldisfocusedbymanyresearchersnowadays.Inthispaper,theannualmaximumfloodpeak(AMFP)seriesofeightmeso-scalesu

6、b-watershedsinDaqingheRiverbasinwereselectedtoconductfloodfrequencyanalysisandfloodscalingestimationundertheinfluenceofnonstationarity.Themaincontentsandconclusionsaresummarizedasfollows:(1)ThenonstationarityofAMFPserieswasdetected.Mann-KendalltestandSpearmantestwerechosentodetectthetrendinAM

7、FPseries,thentheNon-parametricPettitttestandBrownandForsythetestwereusedtoidentifythechangepointoftheseries.ItwasfoundthatalltheAMFPseriesshoweddownwardtrend,andthechangepointwasaround1979.(2)ThenonstationaryAMFPserieswerereconstructedunderth