融雪性洪水灾害影响下祁连山黑河札马什克控制区融雪期径流模拟与分析.docx

融雪性洪水灾害影响下祁连山黑河札马什克控制区融雪期径流模拟与分析 摘要：气候变暖将导致高山区冰冻圈加剧融化，一方面融水资源时空分布的不确定性增大；另一方面，融水洪水灾害发生的频度和强度也将发生改变。基于气象、水文数据和MODIS积雪覆盖数据，利用融雪径流模型(SRM)，对1990—2012年共23年祁连山黑河札马什克控制区融雪期径流进行模拟与验证。结果表明：SRM在该流域具有较高的模拟精度（纳什系数为0.91)，可用于分析和预估控制区径流强度变化。为此，采用黑河流域气温、降水降尺度数据，预估了未来气候变化背景下积雪范围变化及不同重现期洪水变化趋势。结果显示，与基准期相比，在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下，最大积雪范围可减小3%～7%，且随着海拔升高，变化愈剧烈。RCP2.6情景下因气温和降水变化幅度较小，到21世纪末各重现期洪水强度保持在10%以内波动；RCP4.5情景下，各重现期洪水强度最高增大约20%；在RCP8.5情景下，各重现期洪水强度最高可增大超30%。相关分析结果显示，不同重现期洪水径流与气温和降水均具有较强相关性：重现期越长，洪峰与气温的相关性越大；重现期越短，洪峰与降水的相关性越大。通过预估气候变化背景下的融雪性洪水事件强度及重现期变化，有助于有效开展区域洪水风险管理、提高洪水资源的利用价值。 引言洪水是全球范围内发生频率高、影响范围广、危害程度大的灾种之一20世纪80年代起，国内外学者对融雪性洪水的环境特征和物质基础成因、洪峰洪量特点，以及其相应的热力条件和下垫面状况等开展了大量研究融雪径流模型发展可追溯至20世纪50年代1 数据与方法1.1 研究区域概况研究区位于托勒山和祁连山脉组成的谷地和山间盆地之中（图1)。沿线海拔在2505～4807 m之间，地势西北高，东南低。属大陆性高寒山区气候，年降水量400～600 mm，随海拔升高而逐渐增加，至海拔2900 m处达到550 mm以上。流域自东南向西北依次经过的河流有八宝河、黑河及冰沟河，均属于黑河水系。研究区出山口控制站为札马什克水文站，控制面积为1990 km不同高程带上的积雪和气温特征存在差异，基于SRM计算原理，本文以500 m为间隔，将研究区划分为5个高程带（表1)。1.2 数据来源(1)积雪覆盖范围数据为最大限度消除短时降雪、云的影响(2)气象数据获取中国气象数据网(3)水文数据数据来源于甘肃省水文局提供的《中华人民共和国水文年鉴：内陆河水文资料(甘肃河西地区内陆河)》，包括1990—2012年黑河札马什克站逐日平均流量和洪水洪峰流量数据。(4)气候变化预估数据本文气候变化情景数据采用寒区旱区数据中心1.3 洪水重现期计算方法《水利水电工程设计洪水计算规范(SL44—2006)》中规定，我国频率曲线一般采用皮尔逊III型曲线，并使用矩法初步估算统计参数。概率密度表达式为式中a变差系数C偏态系数C其中X1.4 观测洪水与极端径流重现期对比分析不同空间范围内完整洪水过程的时间尺度差异明显。面积在101.5 SRM计算方法1.5.1 径流与降水、气温和积雪覆盖相关性验证1990—2012年融雪期内祁连气象站的降水、气温多年日均值和遥感观测多年日均积雪覆盖序列及札马什克水文站径流多年日均值均存在相关关系，其中多年日均径流与多年日均降水、气温和积雪覆盖决定系数分别为0.70、0.74和0.84，各变量对径流量的影响显著。1.5.2 SRM计算原理SRM基本思想为每日产生径流由当日新增降水和融雪及前一日的退水流量组成，公式如下其中Q1.5.3 SRM主要参数确定气温是积雪消融能量平衡中的重要参数。黑河上游研究区中海拔跨度较大，但数据来源单一，因此需要利用气温直减率对不同高度分带区域的气温数据进行修正(2)度日因子度日因子定义为每日气温上升1℃所产生的融雪深度。雪密度增大，反照率降低，液态水含量随之增大。根据SRM用户参考手册采用经验公式确定其中ρ(3)径流系数径流系数C表示流域内降水量从流域出口断面流出的占比，反映流域自然因素对降水产流的影响。其值介于0～1，趋近于l，说明降水大部分转化成径流。SRM融雪模型的参数中，径流系数包括融雪径流系数(Cs)和降雨径流系数(Cr)参照相关研究(4)临界温度临界温度参数确定了降水的物理形态(5)融雪径流滞时融雪径流滞时指从气温上升产生融雪水至其到达水文断面的时间，反映流域出口径流相对补给水量的时间滞后效应。本文参考李弘毅等(6)退水系数退水系数反映每日非降水补给径流量的部分。可以定义为：退水系数不是一个常数，满足以下关系：