澜沧江非一致性径流演变规律及驱动机制研究

In Lancang River Basin, for changes of climate and variations of underlying surface, especially the spatial-temporal variation of regional runoffs series caused by cascade hydropower development and the inter-annual inconsistency of time series, this project will propose a method innovatively with which runoff evolution law and the driving mechanism of runoff changes can be revealed. First, to reveal the law of the spatial and temporal variations of runoff series, the renew Hydrological Variance Diagnosis System (HVDS) will be developed. Second, to announce the law of runoff frequency distribution, the method based on mixed distribution and analysis-synthesis theory and the method based on conditional probability composition and analysis-synthesis theory will be proposed to calculate the hydrological frequency distribution of inconsistent runoff series. Third, to explore the temporal distribution dynamics of runoff, the methods of Monthly by Monthly Aggregating, Nash Unit Hydrograph, Typical Disaggregating and Extremum Identical Frequency will be put forward to adjust the inconsistent annual, flood and low runoff hydrograph design. Last, to reveal the driving mechanism of runoff changes, Zonal Watershed Hydrological Model Considering Land Use and Land Cover Change (ZWHM-LUCC), as well as the relationship of precipitation and runoff will be constructed. The research result has important theoretical meaning for engineering hydrology analysis and calculation in the changing environment. What is more, it also has important practical application value to sustainable water resources utilization and management, the environmental protection as well as the planning and design of hydropower projects in Lancang River Basin.

针对澜沧江流域由于气候变化和下垫面变化，特别是梯级水电开发等变化环境引起的径流时空变异与年际和年内“双非一致性”问题，创新性地提出一套分析径流演变规律及其驱动机制的方法。研制“全新水文变异诊断系统”，以揭示径流时空变异规律；提出基于混合分布原理和分解合成原理的双非一致性水文频率计算方法、基于条件概率原理和分解合成原理的双非一致性水文频率计算方法，以揭示径流频率分布规律；提出非一致性年径流过程设计的逐月聚集法、非一致性洪水径流过程设计的纳希单位线法、非一致性枯水径流过程设计的典型解集法和极值同频率法，以揭示径流时程分配规律；构建澜沧江考虑土地利用／覆被变化的分块式流域水文模型和降雨径流关系，以揭示径流演变的驱动机制。其研究成果，不仅对变化环境下的工程水文分析与计算研究具有重要的理论意义，而且对于澜沧江流域水资源可持续利用和管理、生态环境保护、水电工程的规划设计和运行等具有重要的实际应用价值。

针对澜沧江流域由于气候变化和下垫面变化，特别是梯级水电开发等变化环境引起的径流时空变异与年际和年内“双非一致性”问题，本项目提出了非一致性水文频率计算的基因途径，并创建了水文基因理论体系，据此系统性地开展了径流演变及其驱动机制的理论研究和应用实践。提出了基于相关系数的水文序列分段趋势、跳跃和周期变异分级与识别方法，以及基于相关系数的水文相依变异分级方法与RIC识别准则，并构建了水文基因诊断系统，诊断发现允景洪站不同时间尺度的径流序列多在2004年前后呈现出显著的跳跃变异，而降雨序列无变异，基于降雨径流关系从统计途径，以及基于考虑土地利用／覆被变化的集总式流域水文模型从成因途径，综合分析降水、蒸发、土地利用和其他人类活动对径流变异的贡献率分别约为38%、31%、0%和31%，说明澜沧江流域气候变化对径流变异的驱动大于人类活动。提出了基于常规矩基因的非一致性水文频率计算方法，对允景洪站年最小1月流量序列分析发现一阶和二阶常规矩基因分别存在周期和跳跃两种变异成分，计算结果表明当保证率在90.0%~99.9%时，2004年之后比之前的流量频率曲线值明显偏小，不利于供水安全，此外年最小1日和3日流量序列在1992年前后也有类似的规律。提出了基于水文基因理论的双非一致性洪水频率分析方法，对允景洪站最大1日流量序列分析发现对于重现期大于50年的大洪水，现状环境下的防洪压力较过去增大，而重现期小于50年的小洪水则刚好相反。基于非一致性设计枯水水位过程的典型解集法，提出了非一致性最低通航水位设计的综合历时曲线法，对允景洪站年水位序列分析发现在2004年出现了显著的跳跃变异，在保证率取90%、95%和98%时，现状与过去环境间的最低通航水位差值约为-0.63米，有可能增加船舶搁浅风险或减小船舶载货能力。上述研究成果不仅对变化环境下的工程水文分析与计算研究具有重要的理论意义，而且对于澜沧江流域水资源可持续利用和管理、生态环境保护、水电工程的规划设计和运行等具有重要的实际应用价值。