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水 利 学 报

２０２４年 ９月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ９期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０９ － １０８４ － １４

基于集成时变矩模型和动态蒙特卡洛方法的防洪风险分析

董立俊 １，２ ，董晓华 １，２ ，马耀明 ３，４，５，６，７，８ ，魏 冲 １，２ ，喻 丹 １，２ ，苏中波 ９
（１．三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 ４４３００２；２．三峡库区生态环境教育部工程研究中心，湖北 宜昌 ４３０００２；
３．中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境重点实验室地气作用与气候效应团队，北京 １００１０１；
４．中国科学院大学 地球与行星科学学院，北京 １０００４９；５．兰州大学 大气科学学院，甘肃 兰州 ７３００００；
６．西藏珠穆朗玛特殊大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站，西藏 定日 ８５８２００；
７．中国科学院加德满都科教中心，北京 １００１０１；８．中国科学院中国－ 巴基斯坦地球科学研究中心，巴基斯坦 伊斯兰堡 ４５３２０；
９．特文特大学 地球信息科学与地球观测学院，荷兰 恩斯赫德 ７５００ＡＥ）

摘要：与作为水利水电工程设计依据的历史水文情势相比，未来受到全球气候变化影响的水文情势将与之产生偏
差，进而导致流域内各水电工程水文分析成果的改变。这些成果的改变又将对流域梯级水库群中长期的运行安全
和防洪调度产生影响。本文以雅砻江流域为研究区域，通过耦合 ＳＷＡＴ水文模型和全球气候模式，定量识别未来
气候变化条件下的流域气象水文要素变化情况，在此基础上提出能同时考虑非一致性和历史特大洪水的集成时变
矩模型方法，最后选取流域内杨房沟水电站，基于动态蒙特卡洛方法进行未来气候变化条件下的调洪演算。主要
结果如下：率定好的 ＳＷＡＴ模型模拟精度较高，且在雅砻江流域有较好的空间适用性。在未来气候变化条件下，
麦地龙站洪峰流量序列在 ＳＳＰ１ － ２．６情景下，从现在到 ２０７０年左右小幅上升，随后小幅下降；在 ＳＳＰ２ － ４．５情景
下，从现在到 ２０７０年左右明显上升，然后趋于稳定；仅在 ＳＳＰ５ － ８．５情景下持续上升，且上升趋势非常明显。在
未来气候变化条件下，除 ＳＳＰ１ － ２．６情景的超校核洪水位风险率外，其他情景下杨房沟水电站超设计洪水位、校
核洪水位风险率较设计标准均明显增大。未来全球气候变化将对雅砻江流域水循环和陆气水分交换产生显著影
响，导致水文极端事件更加突出，流域内基于稳定环境下水文情势及水文分析成果规划建设的水电站（水库）将面
临更大的防洪风险。本文提出的融合集成时变矩和动态蒙特卡洛模型的防洪风险分析方法，在考虑未来全球气候
变化导致的非一致性基础上同时融入了历史特大洪水信息，经验证适用性较好。研究成果可为相关运行管理部门
应对相应风险和指导实际生产提供一定参考。
关键词：气候变化；非一致性；集成时变矩模型；防洪风险
中图分类号：Ｐ３３３
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４００９０

１ 研究背景

ＩＰＣＣ（ＩｎｔｅｒｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔａｌＰａｎｅｌｏｎＣｌｉｍａｔｅＣｈａｎｇｅ）在 ２０２１年发布的第六次评估报告中指出 ［１］ ，随着
二氧化碳等温室气体排放浓度的持续增加，未来气温及辐射强迫将持续上升，预计未来 ２０年（２０４０年
前后）地球表面增温将达到 １．５或 １．６℃，同时更加确定人类活动是导致极端天气的主要驱动力，这必
将对水文循环产生更深影响。具体表现在：气候变暖将加剧水循环过程变化，导致降水量、蒸发量等
气象水文要素变化加剧，再加之人类活动的影响，进而影响洪水和干旱等水文极端事件发生的频次、
强度等，并致使水文极值事件的一致性假设遭到破坏 ［２ － ４］ 。与作为水利水电工程设计依据的历史水文
情势相比，未来受到全球气候变化影响的水文情势将与之产生偏差，进而对基于历史水文情势得到的

收稿日期：２０２４ － ０２ － ２０
基金项目：第二次青藏高原综合科学考察研究项目（２０１９ＱＺＫＫ０１０３）；欧洲空间局、中国国家遥感中心项目（５８５１６）；水电工程水
文气象重大关键技术应用研究项目（ ＤＪ － ＺＤＺＸ － ０１６ － ０２）
作者简介：董立俊（ １９８６ － ），博士生，主要从事水文水资源领域研究。Ｅ － ｍａｉｌ：５２９０２３０６２＠ｑｑ．ｃｏｍ
通信作者：董晓华（１９７２ － ），博士，教授，主要从事水文水资源领域研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｘｈｄｏｎｇ＠ｃｔｇｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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