广西澄碧河岩溶流域环境变化对径流及水库防洪风险影响研究

来源 :广西大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zmeng1984
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气候和土地利用变化是影响流域水文过程和水利工程运行安全的两大驱动因素,而岩溶区流域复杂的下垫面特征使流域内径流和洪水过程对变化环境的响应甚为敏感,从而影响流域水资源开发利用及水库工程防洪风险。因此,开展环境变化对岩溶区流域径流及水库工程防洪风险影响的相关研究具有典型性和迫切性。基于此,本文以中国西南岩溶区流域-澄碧河流域及其控制性工程澄碧河水库为研究对象开展研究。主要工作及研究成果如下:(1)运用气候弹性系数法、Copula函数理论、防洪风险率模型等探讨了历史环境变化对径流及水库防洪风险的影响。结果表明:气候变化对径流量值的变化起主要影响作用,土地利用变化是径流集中度和集中期增加的主要因素,而气候变化对径流季节性指数的增加起主导作用;随着环境变化影响程度的加深,在设计工况和校核工况下,水库防洪风险率分别从0.11211%下降至0.05419%和0.01420%下降至0.00720%,相应的防洪标准分别从892年提高至1845年和7042年提高至13889年。(2)采用方差分析法和逼近理想解排序法进行未来气候模拟结果不确定性来源及优选研究,并运用FLUS模型预测未来土地利用情景,最终构建流域未来气候及土地利用耦合情景。结果表明:DSM为未来各代表气候指标主要的不确定性来源,其次是GCM*SSP*DSM和GCM*DSM;从SSP1-2.6至SSP5-8.5预估情景,降雨最优模拟依次为P2-1-4、P3-2-4、P4-3-4和P3-4-2,日最大气温最优模拟依次为P3-1-4、P7-2-5、P7-3-1和P5-4-4,日最小气温最优模拟依次为P3-1-4、P7-2-4、P1-3-4和P4-4-4;FLUS模型能较好地模拟流域土地利用空间分布情况,其Kappa系数达0.826802。(3)通过添加岩溶区地下水基质储存水库和管道储存水库的方式对SWAT模型进行了改进研究。结果表明:改进后的模型模拟精度得到有效提高,其纳什效率系数由0.7593~0.7799提高至0.8204~0.8466;模型模拟精度的影响因素包括模型的率定和验证方式以及模型参数在丰枯季节的变化;模型最优的率定和验证方案为采用平塘站实测流量数据进行单站点分期模拟;基质储存水库补给分配系数和退水常数在枯水期的值分别较丰水期时大0.0219和0.01,而管道储存水库退水常数在枯水期和丰水期的差值较小(0.0003),水文丰枯变化对管道储存水库退水能力影响不大。(4)通过线性趋势分析法、漫坝风险率模型及漫坝危险度赋值模型对未来气候及土地利用耦合情景下的径流及水库防洪风险进行研究。结果表明:未来多年平均年径流深在SSP5-8.5情景下呈现上升的趋势(19.453mm/10a),而在其他情景则呈现下降趋势;校核和设计工况下,水库在SSP1-2.6气候及土地利用耦合情景下的防洪风险率最小(0.00581%和0.04438%),其对应的防洪标准最高(17212年和2253年),而水库在SSP5-8.5气候及土地利用耦合情景下的防洪风险率最大(0.01589%和0.11396%),防洪标准最低(6293年和878年);防浪墙正常工作时,各情景下的水库漫坝危险度等级均为极低危险,但防浪墙失效时,SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下的漫坝风险率分别为2.80184×10-5和4.26143×10-5,相应的危险度分别为0.4867和0.5269,均为中度危险。(5)建议完善升级澄碧河流域水文气象动态监测系统,优化流域土地利用格局,预备变化环境下的水资源分配方案,构建和完善变化环境下岩溶水文模拟方案,复核修订水库相关设计成果及调度方案,加强落实水库除险加固工作,为变化环境下流域水资源可持续发展、洪旱灾害预防以及百色市中心城区供用水安全提供坚实的保障。
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