【精品硕博论文-水利水电工程】开题报告-气候变化对流域水文影响评估及水资源调度研究

1、气候变化对流域水文影响评估及水资源调度研究第五章 气候变化对钱塘江流域水文及水资源影响评估5.1 钱塘江流域概况5.2 基于BCSD方法的钱塘江流域气象数据降尺度分析5.3 气候变化条件下钱塘江流域径流响应分析5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析5.5 气候变化对钱塘江流域水文与水资源综合影响评估5.6 本章小结图5-1 钱塘江流域水系图5.1.1 自然地理5.1.2 河流水系5.1.3 水文气象5.1.4 社会经济5.1.5 重要水利工程5.1 钱塘江流域概况新安江水库富春江水库5.2 基于BCSD方法的钱塘江流域气象数据降尺度分析5.2.1 研究数据 本文对钱塘江流域RCP模式下

2、的气温、降水和蒸散发GCM输出进行降尺度分析。根据BCSD方法的原理，降尺度分析需要三组资料，包括高分辨率历史观测资料、粗分辨率历史GCM模拟资料和粗分辨率未来GCM预估资料。 高分辨率历史观测温度、降水和蒸散发资料均采用CRU 3.21 版本高分辨率气象再分析月数据，空间尺度为全球范围内0.5x0.5（经度x纬度）网格，时间范围为1901年1月至2005年12月。 历史和未来粗分辨率GCM模拟资料均来自于PCMDI发布的CMIP5多模式数据。本文选用CMIP5中美国NASA、中国气象局等九家研究机构的GCM模型的模拟数据，见表5-2。5.2 基于BCSD方法的钱塘江流域气象数据降尺度分析5.

3、2.1 研究数据CMIP5 GCM名称大气分辨率（经度纬度)机构名称（国家）bcc-csm1-12.82.8Beijing Climate Center, China Meteorological Administration （中国）CanESM22.82.8Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis （加拿大）CCSM41.250.9National Center for Atmospheric Research （美国）CSIRO-Mk3.6.01.8751.875Commonwealth Scientific and Indus

4、trial Research Organization in collaboration with the Queensland Climate Change Centre of Excellence （澳大利亚）GISS-E2-R2.52NASA Goddard Institute for Space Studies （美国）IPSL-CM5A-LR3.751.875Institute Pierre-Simon Laplace （法国）MIROC51.41.4Atmosphere and Ocean Research Institute (The University of Tokyo),

5、National Institute for Environmental Studies, and Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology （日本）MPI-ESM-LR1.8751.875Max-Planck-Institut fr Meteorologie （德国）NorESM1-M2.51.875Norwegian Climate Centre （挪威）表5-2 CMIP5中GCM模型选用表5.2 基于BCSD方法的钱塘江流域气象数据降尺度分析5.2.2 BCSD降尺度分析过程图5-2 BCSD降尺度过程示意图将CRU流域历

6、史6月气温数据的气候态分布（图5-2a）升尺度至与GISS-E2-R模式相同的分辨率（图5-2b）将误差订正后的GISS-E2-R模式输出数据（图5-2c）减去升尺度后的观测数据（图5-2b）得到修正因子（图5-2d）利用SYMAP法将修正因子插值至目标分辨率0.5x0.5的数据网格上（图5-2e）将高分辨率的修正因子（图5-2e）加上CRU历史气温数据（图5-2a）即得到GISS-E2-R模式RCP45情景模式下流域气温的降尺度结果（图5-2f）。以RCP4.5气候变化情景下GISS-E2-R模式为例图5-3 钱塘江流域气温、降水、蒸散发GCM预估数据降尺度分析结果图5.2 基于BCSD方法

7、的钱塘江流域气象数据降尺度分析5.2.2 BCSD降尺度分析过程5.2 基于BCSD方法的钱塘江流域气象数据降尺度分析5.2.3 BCSD降尺度效果分析图5-4 模式对均值和方差的平均偏差的空间分布流域气温的偏差主要集中在-0.5至+0.5之间，而部分偏差则在1.0之外；降水以正偏差为主，主要在+5mm左右；蒸散发的偏差也偏向于正偏差，主要集中在6.0mm以内。5.2 基于BCSD方法的钱塘江流域气象数据降尺度分析5.2.3 BCSD降尺度效果分析GCM模式对流域气温的模拟偏差主要分布在-1.2至1.8，偏差离散度较大，而BCSD改进后的模拟偏差则更加集中，主要在-0.6至1.2之间。BCSD

8、对模式降水数据的改进效果更加显著，降尺度后偏差基本全部集中在10mm附近。模式对流域蒸散发模拟偏差也得到较好的改进，从0-+20mm降低至0-10mm。图5-5 BCSD法对气温、降水、蒸散发模式输出改进效果概率直方图5.3 气候变化条件下钱塘江流域径流响应分析5.3.1钱塘江流域分区新安江水库流域、金华江流域和衢江流域利用新安江月水量平衡模型进行模拟研究；富春江水库流域通过移植相似流域的降雨径流关系对其进行模拟；钱塘江河口流域不做重点研究。图5-6 钱塘江流域水文模拟分区图5.3 气候变化条件下钱塘江流域径流响应分析5.3.2新安江月水量平衡模型参数估计与验证本文运用遗传算法对新安江月水文模

9、型中主要参数进行率定；降水和蒸散发资料为1979-2005年CRU 3.21版本高分辨率气象再分析月数据，径流为1979-2005年新安江水库流域、金华江流域和衢江流域出口的实测月径流资料；1979-1998年为率定期，1999-2005年为检验期；各流域模型输入初值分别采用各流域多年平均值。5.3 气候变化条件下钱塘江流域径流响应分析5.3.2新安江月水量平衡模型参数估计与验证流域时期降雨（mm）实测径流（mm）模拟径流（mm）绝对误差（mm）相对误差（%）确定性系数新安江水库流域率定期1654.81062.51052.755.05.380.9031检验期1582.0947.3948.242

10、.84.850.9267金华江流域率定期1479.2784.3775.863.09.250.6754检验期1438.4718.5701.955.28.760.5123衢江流域率定期1679.31189.61189.4122.611.410.8096检验期1639.41183.21120.373.46.190.7677表5-6 钱塘江流域径流模拟结果及精度统计表5.3 气候变化条件下钱塘江流域径流响应分析5.3.2新安江月水量平衡模型参数估计与验证图5-7 钱塘江流域月径流模拟结果年新安江水库流域、金华江流域和衢江流域的水文模拟效果均较好，模拟径流曲线形状与实测径流曲线形状比较吻合，模拟径流的总

11、水量偏差总体表现也比较好。5.3 气候变化条件下钱塘江流域径流响应分析5.3.3未来气候变化条件下钱塘江流域径流变化预测图5-8 2006-2099年RCP2.6情景下钱塘江流域月径流响应模拟结果 图5-9 2006-2099年RCP4.5情景下钱塘江流域月径流响应模拟结果图5-10 2006-2099年RCP8.5情景下钱塘江流域月径流响应模拟结果5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析5.4.1流域气温时空分布与变化特征分析历史气温变化特征分析图5-11 1901-2005年钱塘江流域年平均气温变化图钱塘江流域多年平均气温15.20，年均气温上升0.84，线性倾向速率达0.08/10

12、a；1901-1930年，钱塘江流域气温处于较低水平，50%以上的年份气温低于多年平均水平；1930-1950年期间，流域年均气温上升趋势特别显著，速率达到0.44/10a，为多年平均速率的5倍多；在1970年左右到达低谷，之后再次缓步上升，速率0.19/10a。5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析5.4.1流域气温时空分布与变化特征分析历史气温变化特征分析图5-12 1901-2005年钱塘江流域多年平均气温空间分布图图5-13 1901-2005年钱塘江流域年平均气温M-K法检验结果图空间分布整体呈现由东南地区向西北地区递减的趋势，最大温差在3左右；西北地区多年平均气温在15.5

13、以下，其它大部分地区多年平均气温均在15.5-16.0之间；气温高于16.0的区域零星分布于东部和南部地区，所占比例不足15%；本文采用M-K法，取0.05信度水平进行检验，结果显示空间上均呈现显著增加的趋势。5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析5.4.1流域气温时空分布与变化特征分析未来气候变化情景下气温相对变化特征分析2006-2099年钱塘江流域年平均气温预计将继续保持增长趋势，增速达0.091-0.495/10a，是20世纪变暖速度的1.16-6.4倍；相对基准期1981-2000年，钱塘江流域在21世纪上半叶（2010-2029）预计将变暖1.02-1.22，21世纪中叶（

14、2040-2059）预计将变暖1.82-2.59，21世纪末（2080-2099）预计变暖1.85-4.70。图5-14 2006-2099年钱塘江流域CMIP5多模式年平均气温相对变化图5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析5.4.1流域气温时空分布与变化特征分析未来气候变化情景下气温相对变化特征分析从空间分布上来看，流域气温整体由西北向东南方向递减，温差在3以内；衢江流域气温由南向北递减，金华江流域和钱塘江河口流域气温相近，属于流域气温相对较低的区域，而西北部的新安江流域属于流域温度相对较高的区域；随着时间推移，各情景变化下的气温均呈现升高趋势，RCP8.5对应的气温变化最明显，局

15、部最高气温升幅在2080-2099年达到7，主要集中在新安江流域大部和衢江流域南部。图5-15 钱塘江流域不同情景下CMIP5多模式年平均气温相对变化空间分布图5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析5.4.2流域降水时空分布与变化特征分析历史降水变化特征分析图5-16 1901-2005年钱塘江流域年降水量变化图多年平均降水量为1470mm，年均降水量呈弱下降趋势，线性倾向速率-8.07mm/10a；降水在时间序列上的呈现出峰谷相间的特点，波动的幅度呈减小趋势；流域降水量呈现出较显著的年际变化，最大降雨量出现在1956年，达1512mm，最小降水量出现在1964年，为1203mm，倍比

16、为1.26。5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析1901-2005年，钱塘江流域年降水量在空间上呈现明显的梯度变化，总体表现为西南多东北少的特点，降雨量1330-1750mm不等；流域年降雨量在时间尺度上无显著趋势，在各空间网格历史降雨时间序列的M-K检验中，统计量值绝对值均小于1.96。5.4.2流域降水时空分布与变化特征分析历史降水变化特征分析图5-17 1901-2005年钱塘江流域多年平均降雨量空间分布图图5-18 1901-2005年钱塘江流域年降水量M-K检验结果图5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析未来气候变化情景下降水相对变化特征分析2006-2099年，钱

17、塘江流域年降水量预计将呈现波动并缓慢增加趋势，增速14.91-16.33mm/10a；相对基准期1981-2000年，钱塘江流域降水量在21世纪上半叶（2010-2029年）预计将减少30mm以上，21世纪中叶（2040-2059年）预计将增加10mm以上，21世纪末（2080-2099年）预计增加50mm以上。多模式降雨平均值低估了极端洪涝和干旱事件发生的概率，会对钱塘江流域未来防洪及水资源管理带来更多的困难与挑战。图5-19 2006-2099年钱塘江流域CMIP5多模式年降水量相对变化图5.4.2流域降水时空分布与变化特征分析5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析从空间分布上来看

18、，流域降水量整体由西北部向东南部递增，降雨量较大的区域主要集中在钱塘江流域的东南部；随着时间推移，各情景变化下的降雨量较基准期均呈现先下降后上升趋势；21世纪末（2080-2099年）流域内降雨量显著增加，新安江流域上游、衢江流域上游以及金华江流域上游均有150mm左右的降雨量增加，对下游形成了较大的洪水压力。图5-20 钱塘江流域不同情景下CMIP5多模式平均年降水量相对变化空间分布图未来气候变化情景下降水相对变化特征分析5.4.2流域降水时空分布与变化特征分析5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析历史蒸散发变化特征分析图5-21 1901-2005年钱塘江流域蒸散发量年际变化流域多

19、年平均蒸散发量为873mm，总体呈上升趋势，增长速度2.84mm/10a；1901-1955年间，流域蒸散发表现出为显著的周期性变化，表现为两次明显上升与下降过程；1955-2005年间，流域蒸散发震荡增长，特别进入21世纪后，年蒸发量迅速增加，速率达到270mm/10a，远高于历史平均速率。5.4.3流域蒸散发时空分布与变化特征分析5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析钱塘江流域北部及东南部地区年蒸散发量较小，均在910mm以下，中西部地区以及南部部分地区蒸散发量较大，多在930至950mm之间，地域所占比例在10%左右；M-K检验结果显示，流域东北部7个网格的年蒸散发量呈现增加显著

20、的趋势，主要集中在流域入海口附近，其余地区未检测出显著的变化趋势。图5-22 1901-2005年钱塘江流域多年平均蒸散发量空间分布图图5-23 1901-2005年钱塘江流域空间蒸散发量M-K检验结果图历史蒸散发变化特征分析5.4.3流域蒸散发时空分布与变化特征分析5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析未来钱塘江流域的蒸散发预计呈平稳增长趋势，增速8.62-11.25mm/10a，远高于历史蒸散发增长速率；相对基准期1981-2000年，钱塘江流域蒸发量在21世纪上半叶（2010-2029）预计将增加15mm以上，21世纪中叶（2040-2059）预计将增加50mm以上，21世纪末（

21、2080-2099）预计增加70mm以上；钱塘江流域的蒸散发与辐射强迫的强度同样呈正相关关系。图5-24 2006-2099年钱塘江流域CMIP5多模式年蒸散发相对变化图未来气候变化情景下蒸散发相对变化特征分析5.4.3流域蒸散发时空分布与变化特征分析5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析从空间分布上来看，蒸发量整体上由西部向东部递增，蒸发量较大的区域主要集中在钱塘江河口流域东南部，并随着时间范围逐步扩大到整个沿海区域。21世纪上半叶仅在衢江流域大部、金华江流域以及新安江流域西部在出现50mm以内的负值，而到了中叶和21世纪末，流域内蒸发量均为正值；随着时间推移，各情景变化下的蒸发量均

22、呈现上升趋势，RCP8.5对应的蒸发量变化最明显，RCP2.6和RCP4.5蒸发量情况较为接近。图5-25 钱塘江流域不同情景下CMIP5多模式平均年蒸发量相对变化空间分布图未来气候变化情景下蒸散发相对变化特征分析5.4.3流域蒸散发时空分布与变化特征分析5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析历史径流变化特征分析图5-26 1979-2005年钱塘江流域主要子流域年均径流量变化图钱塘江流域年径流量整体均呈现出先增长后下降的趋势。其中，1979-1998年为上升阶段，1998-2005年为下降阶段；新安江和衢江的年径流量变化情况比较接近，1985年以后新安江呈现持续上升的趋势，而衢江年径

23、流量波动呈现周期性峰谷变化；金华江的波动特性与新安江、衢江保持一致，其多数年份径流量在2000m3/s以下。5.4.4流域径流时空分布与变化特征分析5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析历史径流变化特征分析图5-27 1979-2005年钱塘江流域主要子流域月平均径流变化图受季风气候及降水作用的影响，径流分布年内分布不平衡，呈现出明显的季节性变化；流域径流量主要集中在3-7月，新安江、金华江、衢江的径流量分别占年径流总量的74.3%、65.1%和70.7%。6月各子流域的径流量均达到峰值；8月至次年3月，钱塘江流域处于相对枯水期。5.4.4流域径流时空分布与变化特征分析序列新安江水库流

24、域金华江流域衢江流域1月2.21*1.83+3.00*2月1.000.290.633月-0.83-0.38-0.134月-0.58-0.88-0.715月0.96-0.420.676月0.791.130.717月-0.21-0.380.338月0.460.251.83+9月-2.54*0.290.7510月-2.79*-1.46011月-0.08-0.250.7512月0.671.131.71+全年0.420.461.385.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析历史径流变化特征分析5.4.4流域径流时空分布与变化特征分析表5-8 新安江、金华江、衢江流域径流M-K趋势检验结果表对新安江、

25、金华江和衢江流域的月径流和年径流序列分别进行M-K趋势检验，结果显示各子流域的年径流量序列无显著趋势变化。对于月径流序列，新安江流域1月呈现显著上升趋势，9月和10月呈现显著下降趋势，其它月份无显著趋势；金华江流域仅1月份通过显著性检验，呈显著的上升趋势；衢江流域1月、8月、12月通过显著性检验，均呈显著上升趋势，其余月份没有显著的趋势。5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析未来气候变化情景下径流相对变化特征分析图5-28 2006-2099年气候变化情景下钱塘江流域多模式平均径流序列2006-2099年，钱塘江流域径流整体呈上升趋势，至21世纪末，三个流域年径流量相比于2010s时段

26、的增幅预计分别将达336.0m3/s、153.2m3/s、326.6m3/s。与1979-2005年流域历史径流情况相比，新安江水库未来径流量预计将低于历史平均水平，平均降幅5.4-5.8%；金华江流域径流量则显著高于历史水平，增幅6.2-7.5%；衢江流域总体持平，增幅在0.8%以内，在2010s至2030s低于历史水平，在2050s之后则高于历史径流量。5.4.4流域径流时空分布与变化特征分析5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析未来气候变化情景下径流相对变化特征分析图5-29 三种情景模式下钱塘江流域主要子流域月平均径流变化图在未来气候变化条件下，钱塘江流域的径流仍主要集中在春、

27、夏两季，未来主汛期6月的径流量仍为年内最大；流域汛初3-4月的径流量与历史相比略有下降，平均降幅15.6-17.1%，汛末8-10月的径流量则显著上升，平均增幅38.6-40.1%；钱塘江流域非汛期的径流量均呈上升趋势，致使流域丰水期与枯水期的界限变得相对模糊；8-9月的径流量有所增长，导致钱塘江流域的丰水期有所延长；年内分布情况对于辐射强迫的变化并不敏感，RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种情景下月径流量无显著差异。5.4.4流域径流时空分布与变化特征分析5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析未来气候变化情景下径流相对变化特征分析5.4.4流域径流时空分布与变化特征分析序列新

28、安江流域金华江流域衢江流域RCP2.6RCP4.5RCP8.5RCP2.6RCP4.5RCP8.5RCP2.6RCP4.5RCP8.51月1.54-0.651.461.28-1.321.74 +1.63-1.181.312月1.95 +1.330.911.65 +0.540.852.52 *1.280.933月3.03 *1.520.802.52 *0.39-0.023.24 *1.290.164月1.593.29 *2.74 *1.422.05 *1.202.50 *3.55 *2.48 *5月2.97 *0.982.94 *2.35 *1.352.84 *2.68 *2.12 *3.18

29、*6月1.184.35 *2.06 *0.863.38 *1.481.73 +4.09 *1.577月1.44-0.590.461.42-0.46-0.221.23-0.220.458月0.260.990.27-0.371.220.12-0.541.71 +0.399月2.29 *1.79 +3.12 *2.53 *1.563.17 *2.12 *1.382.87 *10月2.61 *2.03 *1.421.261.050.782.23 *1.72 +1.74 +11月0.10-0.151.42-0.23-1.72 +2.18 *0.39-0.461.93 +12月-1.47-0.280.03

30、-1.15-1.44-0.58-1.10-0.990.17全年3.66 *3.83 *3.67 *3.02 *3.49 *3.08 *3.76 *4.39 *3.86 *表5-9 新安江、金华江、衢江流域未来平均径流M-K趋势检验结果表5.4 钱塘江流域主要水文气象要素时空变化分析未来气候变化情景下径流相对变化特征分析5.4.4流域径流时空分布与变化特征分析对新安江、金华江和衢江流域的未来月径流和年径流序列进行M-K趋势检验，结果显示各子流域在三种气候情景下未来年径流量序列均呈现显著的上升趋势，通过了0.01的显著性检验。新安江流域在RCP2.6情景下2、3、5、9、10月，RCP4.5情景下

31、的4、6、9、10月以及RCP8.5情景下的4、5、6、9月径流量呈现显著的上升趋势，其它月份无显著趋势。金华江流域在RCP2.6情景下2、3、5、9月，RCP4.5情景下的4、6、11月以及RCP8.5情景下的1、5、9、11月径流量呈现显著的上升趋势，其它月份无显著趋势。衢江流域在RCP2.6情景下2-6月以及9月、10月，RCP4.5情景下的4-6月以及8月、10月以及RCP8.5情景下的4月、5月以及9-11月径流量呈现显著的上升趋势，其它月份无显著趋势。5.5 气候变化对钱塘江流域水文与水资源综合影响评估钱塘江流域未来“暖湿化”趋势显著极端气候事件威胁加剧不确定性增加水土流失问题严重

32、水资源供需矛盾突出流域水环境压力加大 在全球变化背景下，未来以气温上升为主要特征的气候变化预计将对钱塘江流域水文与水资源情势造成长期影响，主要表现为：钱塘江流域未来“暖湿化”趋势显著相对基准期1981-2000年，钱塘江流域在21世纪上半叶（2010-2029）预计将变暖1.02-1.22，且暖冬和夏季高温现象将更频繁出现，同期流域降水量预计呈现波动并缓慢增加的趋势，增速14.91-16.33mm/10a；21世纪中叶（2040-2059）预计将变暖1.82-2.59，年降水量进一步增加；21世纪末（2080-2099）预计变暖1.85-4.70，暖冬和夏季高温现象将进一步加剧；降雨量预计较基

33、准期增加50mm以上，但夏季降水日数在大部分地区有减少趋势，即暴雨等强降水将会频繁出现。2006-2099年径流量预计将同样呈现增长趋势。5.5 气候变化对钱塘江流域水文与水资源综合影响评估极端气候事件威胁加剧钱塘江流域中上游地区主要受梅汛影响，未来春季和夏季新安江、衢江流域径流量的增长趋势可能引起更强的极端暴雨和洪水事件，对流域的防洪安全带来严峻挑战。流域下游河口地区易受台风等自然灾害侵袭，未来气温的升高和辐射强迫的增加将进一步加快大气和水文循环，大气的持水能力增加，沿海地区热带气旋的强度和频率明显加强和增多，引起更强烈的台风、暴雨等自然灾害。气候变化背景下流域旱涝急转的频次和强度也呈上升趋

34、势，特别河口地区遭遇干旱时将致使咸潮入侵钱塘江干流，引发供水、生态、环境等一系列问题。5.5 气候变化对钱塘江流域水文与水资源综合影响评估不确定性增加流域水文要素的不确定性主要来自于气候系统内部的不确定性、未来排放目标与辐射强迫变化的不确定性、不同GCM模型间的差异、水文模型的不确定性等多个方面。本文重点研究了气候变化情景和不同GCM模型间的不确定性，钱塘江流域未来气温、降水与蒸散发与辐射强迫的强度变化呈正相关关系，其中气温和蒸散发变化较敏感，降水和径流的敏感性并不显著。随着气候变化趋势的发展，流域水文系统的不确定性也将进一步增加，掌握并预测流域水文变化规律也变得更加困难，水资源的科学调度与管

35、理面临更大的挑战。5.5 气候变化对钱塘江流域水文与水资源综合影响评估水土流失问题严重钱塘江流域中上游位于浙西山区，属低丘陵红黄壤地带，高山险坡、急流险滩较多，并且该地区在传统梅雨季节的降雨具有强度大、历时短等特点，易造成水土冲刷。在气候变化条件下，钱塘江流域未来降雨量预计仍呈上升趋势，特别在新安江流域上游、衢江流域上游以及金华江流域上游等流域边界山区较基准期增加150mm左右的降雨量，形成降雨密集带，对流域山体险坡的冲刷更为明显。气候变化条件下极端降水事件强度、频次和历时的增加也将进一步加剧流域的水土流失问题。加上未来可能的森林砍伐、陡坡开垦等人为因素的影响，钱塘江流域水土保持工作面临严峻挑

36、战。5.5 气候变化对钱塘江流域水文与水资源综合影响评估水资源供需矛盾突出气候变化条件下，尽管钱塘江流域的降雨与径流总体均呈现上升趋势，但新安江水库流域等部分地区的径流总量预计将低于历史水平；未来流域水资源时空分配的变化将对水资源供给构成威胁；流域水文不确定性的增加也将削弱地区水资源供给的保障水平，给流域供水造成困难；未来社会经济的快速发展，地区人口的进一步增加以及城市化进程的加快均对水资源的供给与保障提出了更高的要求。5.5 气候变化对钱塘江流域水文与水资源综合影响评估流域水环境压力加大气候变暖使得钱塘江流域内新安江水库等湖库水域的水温上升，导致水体携氧量下降，造成溶解氧浓度降低，生物降解作

37、用的可用氧量减少，对水体的自净能力造成不利影响；气候变化致使流域水资源时空分配的改变，新安江水库等地区未来径流量预计将低于历史平均水平，流域河道的流量和流速下降将削弱水体对于污染物的降解和稀释能力，引起水质的恶化；在干旱条件下钱塘江河口易遭咸潮入侵，也将对河口地区的水生态和水环境系统造成负面影响。5.5 气候变化对钱塘江流域水文与水资源综合影响评估深入调查钱塘江流域的自然地理、河流水系、社会经济、水利工程等基本情况；通过BCSD降尺度技术将CMIP5中GCM主要输出变量降解到流域水文模型尺度；构建新安江月水量平衡模型，并对模型进行率定和验证，模拟钱塘江流域未来气候变化情景下径流的时空分布情况；

38、研究钱塘江流域历史及未来气候变化条件下水文气象要素的时空分布和变化特征，并且对未来气候变化的不确定性进行分析；从“暖湿化”趋势显著、极端气候事件威胁加剧、不确定性增加、水土流失问题严重、水资源供需矛盾突出、水质污染防治面临压力等六个方面全面评估气候变化对于钱塘江流域水文水资源系统的综合影响。5.6 本章小结第六章 气候变化条件下钱塘江流域水资源适应性调度研究6.1 钱塘江流域水资源系统模拟模型6.2 气候变化条件下钱塘江流域水资源适应性调度模型构建6.3 气候变化条件下钱塘江流域水资源适应性调度模型求解6.4 气候变化条件下钱塘江流域水资源适应性调度模型结果分析6.5 气候变化条件下钱塘江流域

39、水资源调度管理适应对策研究6.6 本章小结6.1钱塘江流域水资源系统模拟模型系统概化结果由五个关键节点和相互之间的连线共同组成；五个节点包括两个流域工程节点（新安江电站R1和富春江电站R2）、两个汇水节点(W1，W2)以及和流域出口节点O。图6-1 钱塘江流域水资源系统调度概化图6.1钱塘江流域水资源系统模拟模型6.2 气候变化条件下钱塘江流域水资源适应性调度模型构建6.2.1 水资源适应性调度任务分析发电防洪供水生态新安江和富春江是最大的两座电站，承担着电网调峰、调频、事故备用任务的重要作用，为华东经济社会的发展与稳定起到了重要能源保障作用。气候变化条件下，钱塘江流域面临来水不确定性增加和极

40、端天气事件加剧的双重威胁，流域防洪压力进一步增大。钱塘江承担沿线5.5万km2范围内的生活、工业和农业供水任务。在气候变化条件下，钱塘江流域的生态环境形势将更加严峻。6.2 气候变化条件下钱塘江流域水资源适应性调度模型构建6.2.2 目标函数 根据地区水资源调度的要求与特点，本文以新安江-富春江电站发电经济效益为基本目标，将防洪、供水、生态等目标转化为不等式约束，采用约束法将多目标优化调度问题转化成单目标优化调度问题进行求解。目标函数：6.2 气候变化条件下钱塘江流域水资源适应性调度模型构建6.2.3 约束条件（1）水量平衡约束（2）水位约束（3）下泄流量约束（4）水轮机发电机组过流能力约束（

41、5）发电机组出力约束6.3气候变化条件下钱塘江流域水资源适应性调度模型求解6.3.1 计算条件本文选择2006年3月至2099年2月为研究时段，为期93个水文年，时段以月为单位。新安江水库起调水位为98.4m（兴利库容一半所对应的库水位）；2099年2月时段末水位回到起调水位98.4m。6.3.2 ELQG主要参数选取水位限制约束和发电流量约束则通过赋边界值来解决；出力限制约束采用n次罚函数法。以发电量最大为目标的性能函数为：=+6.3气候变化条件下钱塘江流域水资源适应性调度模型求解6.3.2 ELQG主要参数选取GCM模型RCP2.6RCP4.5RCP8.512n12n12nCCMM41.0

42、0*101001.00*105071.00*101001.00*105071.00*101001.00*10507CSIRO-Mk3-6-00.95*101000.98*105080.95*101000.99*105080.95*101000.97*10508CanESM20.90*101000.90*1050100.92*101000.90*105090.93*101000.90*10509GISS-E2-R-CC1.06*101001.05*105061.08*101001.08*105051.05*101001.05*10506IPSL-CM5A-LR1.01*101000.99*105

43、071.00*101001.01*105071.01*101001.02*10507MIROC50.98*101001.00*105080.98*101001.00*105080.98*101001.00*10508MRI-CGCM30.92*101000.95*105090.92*101000.95*105090.92*101000.95*10509NorESM1-M0.95*101000.97*105080.95*101000.99*105080.95*101000.98*10508bcc-csm1-11.00*101001.00*105071.00*101001.00*105071.00

44、*101001.00*10507表6-1 钱塘江流域水资源适应性调度模型求解ELQG参数选用表6.4 气候变化条件下钱塘江流域水资源适应性调度模型结果分析6.4.1 发电效益分析指 标RCP2.6RCP4.5RCP8.5新安江富春江合计新安江富春江合计新安江富春江合计适应性调度 （亿kWh）1793.83933.162726.991798.00933.632731.631795.49931.622727.11常规调度 (亿kWh)1714.57921.972636.551718.97919.142638.101711.97914.142626.11发电量增幅(亿kWh)79.2611.1990

45、.4479.0314.4993.5383.5217.48101.00发电量增长率（%）4.621.213.434.601.583.554.881.913.85表6-2 钱塘江流域适应性调度与常规调度发电效益对比分析表2006-2099年，新安江与富春江电站在适应性调度下，流域水资源的发电效益得到进一步提高，多年总发电量达2726.99-2731.63亿kWh，比常规调度提高3.43%-3.85%；三种气候变化情景下，新安江与富春江电站在适应性调度下的发电量相对稳定且无显著差异，对于辐射强度的变化并不敏感，钱塘江流域适应性调度机制对于辐射强迫强度的变化具有良好的适应性。6.4 气候变化条件下钱塘

46、江流域水资源适应性调度模型结果分析6.4.1 发电效益分析GCM模型间的不确定性对于新安江和富春江电站的发电量存在较大影响，特别GISS-E2-R、IPSL-CM5A-LR及MIROC5三个GCM相对于其他六个GCM的发电量明显偏少；钱塘江流域适应性调度下发电量相对于常规调度的增幅对于模型间的差异表现较稳定，无显著变化，且各模型中发电量的变化对于辐射强迫的变化也并不敏感。图6-2钱塘江流域不同GCM适应性调度与常规调度发电量对比图6.4 气候变化条件下钱塘江流域水资源适应性调度模型结果分析6.4.2 防洪效益分析在适应性调度情况下，新安江水库的多年平均水位由常规调度下的101.84-101.9

47、1m提高至106.14-106.26m，上升4.3-4.41m，增幅4.22%-4.33%；总体仍低于汛限水位106.5m和允许的最高水位为108m，大坝的防洪安全仍可以得到有效保障；水位的变化对于辐射强迫的强度变化不敏感，在三种气候变化情景下基本一致，无显著差别。指 标RCP2.6RCP4.5RCP8.5适应性调度（m）106.27106.26106.14常规调度（m）101.86101.91101.84水位增幅（m）4.414.354.30水位增长率（%）4.334.264.22水位变化分析表6-3 新安江水库适应性调度与常规调度多年平均水位对比分析表6.4 气候变化条件下钱塘江流域水资源

48、适应性调度模型结果分析6.4.2 防洪效益分析新安江与富春江水库在适应性调度下多年最大下泄流量均呈显著下降趋势；钱塘江流域水资源适应性调度机制充分发挥了新安江水库的多年调节特性，遭遇洪水前提前腾出库容以降低水库的最大下泄流量；常规调度下两水库的最大下泄流量随着辐射强迫的增加呈显著增加趋势，在不同情景下新安江水库的最大下泄流量均较稳定，无显著区别。最大下泄流量变化分析指 标RCP2.6RCP4.5RCP8.5新安江富春江新安江富春江新安江富春江适应性调度（m3/s）1196.973773.701197.793808.181198.024086.27常规调度（m3/s）1549.344523.331671.904584.021795.934960.87最大下泄流量降幅（m3/s）352.37749.62474.11775.84597.91874.61最大下泄流量下降率（%）22.7416.5728.3616.9233.2917.63表6-4 钱塘江流域适应性调度与常规调度下最大下泄流量对比分析表6.4 气候变化条件下钱塘江流域水资源适应性调度模型结果分析6.4.2 防洪效益分析新安江水库在适应性调