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中国水坝对区域降水的贡献模型初探 ——对1951-2008年中国水坝拦截水年增量和年降水总量研究分析 摘要 本文首先根据水坝每年拦截的水在来源上与消耗上基本平衡的前提，运用lingo软件建立求解模型拟合求出自1951年以来的年拦截水量的变化；然后对站点进行分组，利用matlab软件求解方程组确定权值。据此，我们根据两方面的数据，通过对1951年以来人工水坝逐年的拦截水量和中国陆地区域自1951年以来逐年降水总量的分析，最终得出中国水坝对区域降水的贡献。 关键词 拦截量 库容量 降水总量 降水增量 均衡 引言 随着我国社会经济的飞速发展，水资源日益宝贵。对其合理利用和保护已受到社会广泛的重视。目前，水利工程建设作为水资源利用的一种重要形式呈现重要特征：①利用方向从单向走向综合。除了灌溉、发电之外，还与防洪、城市供水、调水、渔业、旅游、航运、生态与环境保护等多目标决策相联系，一水多用；②水利建设的数目越来越多，工程的规模从不断扩大；③从单向工程建设，逐步发展成流域综合开发，形成坝、库、渠、管、干支配套，各区域大、中、小工程相互协调的体系。由此可见，水资源开发利用的强度和速度越来越大，从而对环境的影响也日益增强。为了更好的利用水资源，化害为利，对水利工程的论证、预测和影响评价日益受到人们的重视。本文从大坝拦截水量对陆地局部降水量的影响入手，着重分析大坝拦截水量的变化将会在多大程度上引起陆地局部降水量多大程度的变化。 问题重述 从古自今，为了集结水源，我国修筑水坝作为溪流、河流和河口的屏障，用来防止洪水泛滥，生产水力发电，或是储水作饮食或灌溉之用。水坝为人们的生产生活发挥了重大有效地作用。从1917至2008年，中国修建了大量的人工水坝。我们假设将水库拦截的水分为两部分：一部分通过渗流转为地下水，另一部分通过引水为工农业及生活用水，这些水又大部分通过植被土壤表面蒸发返回大气，大气中的水分大部分转化为降水返回区域地面。我们根据已知和搜集到的数据，分析出自1951年以来人工水坝逐年拦截水量的数值。并进一步利用空间气象站测得的数据分析中国陆地区域自1951年以来的逐年降水总量。所以，就能进一步得出中国水坝对中国陆地降水的增加总量（从1951到2008年）及年增量的作用及影响。 问题分析 在整个问题的分析过程中，降水是一个重要的环节。首先，降水是计算逐年降水总量的基础，降水的变化直接影响到逐年降水量的变化；其次，降水可以分成两个部分，一是由于生活用水蒸发而形成的降水，二是由其他方式形成的水，例如海陆间大循环，冰川融水等形式形成的降水，前一部分降水直接参与到了水库的水拦截-水利用-水拦截的循环过程，后一部分也是每年水流拦截的重要组成部分，因而对人工水坝逐年的拦截水量有重要影响；再次，降水的变化直接决定着陆地降水的增加量，这对分析计算中国水坝对中国陆地降水的增加总量及年增量的影响有重要意义。 综合以上分析，我们的解题思路是： 1. 逐年拦截水量的求解。根据题意，水库拦截的水，其利用形式主要有两种，一是通过渗流转为地下水，另一部分通过引水为工农业及生活用水。另一方面，水库拦截的水，从起源来看，也主要有两种形式，一部分来自于工农业及生活用水大部分通过植被土壤表面蒸发的途径返回大气，再通过降水返回区域地面，另一部分则是靠其他方式形成的水来予以补足，例如海陆间的大循环、冰川、积雪融水等。因此，水库拦截的水在来源与支出两端，即工农业及生活用水的蒸发水与其他形式降水和渗透量与工农业与生活用水量，取得大致的平衡。我们可以通过拟合这二者的最小求解得出逐年的拦截水量。 2.逐年降水量的求解。根据已知的站点分布图，结合在中国气象站找到的降水分布区地图，我们假定并归类每相邻的两个站点位于同一个雨带上，予以相同权重。他们所得数据的相对误差小于5%，将所有160个站点分为80组，然后根据各站点各年降水数据和雨带分布，假设22个权重相等的方程，加上前面归好类的58个方程，合计88个方程在matlab中求出80个权重的解，再进行加权平均得到估计的答案。 3.水坝与降水的关系分析。通过对逐年降水总量和水坝逐年拦截水量的求解，我们可以较为容易的求出中国陆地降水的增加总量及年增量，再通过对逐年拦截水量和中国陆地降水的增加总量及年增量进行分别拟合，即可得出水坝与降水的分析，从而得出中国水坝对区域降水的贡献。 材料与方法 模型假设 3.1模型一假设 假设1 水库的水源充足，降水和其他形式的水源每年总能使水库丰盈； 假设2 每年的降水只循环一次，并且第一年工农业及生活用水蒸发形成的降水是第二年水库拦截的水的组成部分； 假设3 水库的水每年只以渗流和工农业及生活用水方式消耗，且每年都能把水坝拦截的水全部消耗； 假设4 水坝的渗流量与水库库容成正相关关系，即水库库容越大，水坝的