论文摘要
基于REW的流域热力学系统水文模型(THModel)直接在宏观尺度描述流域水文过程,克服了传统物理性水文模型固有的方程适用尺度和模型应用尺度不匹配的问题,为水文模拟提供了新思路。THModel对REW的重新定义,为描述不同下垫面的水文过程,探究水文过程与其他过程之间的耦合规律奠定了基础,尤其为冰川积雪区水文过程的的模拟提供了灵活的模型框架。流域是个以水分运动为主导、多过程耦合的、具有一定自组织性的复杂系统,其中水分运动与能量交换过程的耦合是寒区水文模拟的关键。论文在THModel的模型框架下,采用能量平衡、度日因子和最大未冻水含量模型等方法闭合了冰川子区、积雪子区以及考虑土壤冻融的非饱和子区的质量、能量守恒方程,建立了冰川积雪区流域热力学水文模型,以土壤水分特征曲线为例,探讨了在气象条件、土壤类型、地下水埋深不同组合的虚拟情景下宏观尺度土壤水分特征曲线的特性。模型分别应用于不同气候特点的我国乌鲁木齐河源区和美国Reynolds Creek实验流域。在乌鲁木齐河源区,对8年的夏季径流模拟取得了较好的效果,并发现能量输入的季节变化对径流形成有很大影响;在美国Reynolds Creek实验流域,各年径流过程的模拟效果不同,其中对年均流量小于0.2m3/s的年份模拟效果较差,这与研究区域流量较小,模型采用一套率定参数不能反映流域的空间变异性等因素有关,但模型对积雪面积、雪盖温度、雪盖密度变化的模拟基本反映了积雪消融过程的物理规律。结合实例应用对模型参数开展了不确定性分析。在乌鲁木齐河源区,分别采用扰动分析法和极大似然不确定性估计方法(GLUE)对模型的主要参数进行了敏感性分析,结果表明冰川辐射系数最为敏感,而增加模型输入数据在一定程度上将降低模型的不确定性;在美国Reynolds Creek实验流域应用时,针对积雪消融的空间变异性,分析了不同积雪消融曲线形式对径流过程的影响。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 流域——一定自组织特性的非线性复杂系统1.2 流域水文模型——复杂水文系统的研究现状1.2.1 流域水文模型研究1.2.2 流域水文模型研究中存在的主要问题及发展趋势1.3 冰川积雪区——水热强烈耦合区域的水文过程及其模拟1.4 代表性单元流域方法——热力学理论在水文模拟中的应用1.4.1 基于REW 的流域水文模型研究1.4.2 基于REW 的流域水文模型本构关系研究1.4.3 基于REW 的流域水文模型研究中存在的主要问题1.5 研究思路和主要内容第2章 流域热力学系统水文模型2.1 THModel 的模型框架2.2 非寒区水文过程的主要本构关系2.2.1 质量交换项本构关系2.2.2 动量交换项本构关系2.2.3 其他本构关系及几何关系2.3 模型的数值求解第3章 冰川积雪区流域热力学水文模型3.1 概述3.2 冰川区3.2.1 冰川区质量、能量守恒方程3.2.2 基于能量平衡法的冰川区方程闭合3.3 积雪区3.3.1 积雪区质量、能量守恒方程3.3.2 基于度日因子法的积雪区方程闭合3.4 非饱和区3.4.1 非饱和区质量、能量守恒方程3.4.2 基于最大未冻水含量模型的非饱和区方程闭合3.5 流域水文本构关系研究——以宏观土壤水分特征曲线为例3.5.1 宏观尺度土壤水分特征曲线的定义3.5.2 宏观尺度土壤水分特征曲线的影响因素分析3.5.3 宏观土壤水分特征曲线研究方法3.5.4 宏观尺度土壤水分特征曲线特性分析第4章 模型在乌鲁木齐河源区的应用4.1 乌鲁木齐河源区流域概况4.2 模型数据处理4.2.1 流域特性参数4.2.2 气象数据4.2.3 其他数据4.3 模型结构4.4 率定期结果及分析4.5 验证期结果及分析4.6 模型参数不确定性分析4.6.1 基于扰动分析法的敏感性分析4.6.2 基于GLUE 方法的敏感性分析第5章 模型在美国Reynolds Creek 实验流域的应用5.1 Reynolds Creek 实验流域概况5.2 流域降水时空变异性分析5.2.1 降水时空分布特征5.2.2 降水时空信息熵分析5.3 模型数据处理5.3.1 REW 划分5.3.2 REW 气象数据处理5.4 模型率定及验证5.4.1 模型结构5.4.2 率定期结果及分析5.4.3 验证期结果及分析5.5 积雪消融空间变异性影响分析第6章 总结与展望6.1 研究成果6.2 主要创新点6.3 研究不足及展望参考文献致谢附录A 信息熵估计公式个人简历、在学期间发表的学术论文那与研究成果
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