基于水文倒推法的中小洪水过程模拟

为了改善传统的中小洪水模拟方法中对洪水过程模拟精度较低的问题,用水文倒推法对研究区域出口断面的流量过程进行模拟。鉴于流域枯季径流缓慢变化的特点,基于水量平衡方程,对时段平均的径流量与径流变化量的相关关系进行推导,建立了基于水文倒推法的中小洪水模拟方程,并推出方程的适用范围。通过清江流域1989—1995年的场次洪水过程模拟,结果表明:洪水过程模拟效果较好,涨水和退水趋势与实测流量基本无差异,退水过程的拟合程度优于涨水过程;模拟洪峰精度符合要求。与传统洪水模拟方法和枯季径流预报方法相比,该方法计算简单,并能以过程线的方式描述中小洪水的洪峰量级,为水库调度提供科学的决策依据。     

带离散辅助协变量的AFT模型的B-J估计

为处理协变量随机缺失的AFT模型的参数估计问题,首先利用离散辅助协变量对缺失的协变量进行了插补,再结合Buckley-James方法提出了带辅助信息的AFT模型的一种参数估计方法.此方法作为B-J估计在不完全协变量情形下的一个推广,无须指定模型误差项的分布,在应用上有一定的便利性.数据模拟表明:此方法具有较好的估计效果.     

用TOPMODEL模型模拟流域枯水径流

TOPMODEL模型是以地形为基础的半分布式流域水文模型，被广泛地应用于流域水文模拟中．用该模型对东江流域中的四个流域进行枯季日径流过程模拟，在对模拟结果进行初步分析的基础上，着重以连续多日最小平均流量、基流分割结果等描述枯水径流特点的枯水特征值为研究对象，分析用TOPMODEL模型所模拟出来的枯水流量的模拟精度．综合研究结果表明，采用该模型来模拟枯水期的流量过程可以达到较高的模拟精度．     

气候变化背景下宁夏泾河水资源变化分析

为当地适应气候变化决策提供技术依据,用Mike 11水文模型研究气候变化背景下泾河水资源变化趋势.依据泾河1982—2000年实测降水径流资料,率定建立泾河流域降雨径流模型参数,然后根据气候情景数据,借助经过验证的降水径流模型,预测未来气候变化对宁夏南部山区水资源的影响.结果表明,对泾河1982—1998年实测径流进行模拟,模拟平均径流深与实测径流深拟合程度较好,相对误差为7.2%;逐日径流过程线形状吻合,模拟与实测流量的峰值吻合;低流量平水期吻合较好,在丰水期吻合差一些,二者总体拟合较好.根据PRECIS区域B2气候情景数据(2011-01-10,50km×50km网格),预测南部山区地表径流呈减少趋势.相对于多年平均值,泾河流域地表径流未来减少8.5%²4.3%.泾河干流径流减少幅度较大,将会对东山坡引水、固原东部引水工程造成影响,水资源短缺形势不容乐观,宁夏中南部水资源供需矛盾可能进一步加大.     

函数型累积Logistic回归模型研究与应用

该文针对响应变量为有序多分类标量数据，协变量为函数型数据构建函数型累积Logistic回归模型，并在贝叶斯分析框架下构造Gibbs抽样算法解决参数估计问题.具体解决流程为：首先，通过潜变量连接有序响应变量与函数协变量间的关系，同时对回归系数函数和回归函数型自变量选取主成分基函数进行展开，设置潜变量模型误差项服从Logistic分布.再利用Polya-Gamma变换解决模型似然函数的复杂性，并求得回归系数展开系数的后验分布从而构建Gibbs抽样算法.最后将该方法应用与模拟数据和实际空气质量指数(AQI)的分析，结果显示能较好地对模拟数据和空气质量指数(AQI)污染状况进行分类.     

考虑径流年内均匀度的生态流量计算方法研究

为了更加科学地体现河流生态流量的季节性变化规律,本文在考虑年内分配不均对生态流量影响的基础上,基于渭河流域1950—2018年月径流序列资料,采用Zenga指数计算径流年内分配均匀度,用水文综合诊断系统对月径流Zenga指数序列进行变异点诊断并分析其成因,采用广义极值分布函数(GEV)确定各月生态流量。结果表明:林家村、魏家堡、临潼3个站的径流年内分配均匀度Zenga指数序列均有显著减少趋势,变异点分别为1972年、1972年、1993年;咸阳和华县站的Zenga指数序列分别在1972和1988年发生跳跃变异;变异后5个站的生态需水满足率降低,非汛期下降幅度较汛期大。经与Tennant法比较,在考虑径流年内分配均匀度变异的基础上进行河道内生态流量计算是可行、合理的。该成果可为渭河流域生态流量计算提供一种新依据。     

枯季径流预报探讨

在分析研究流域气候特征及枯季径流来水规律的基础上,用水文方法分别建立了枯水期月径流预报模型。水文方法是利用水文序列资料建立自回归模型,用实测资料对预报模型进行了验证。     

基于多种径流预测耦合模型的流域月径流预测优选研究

为了提高径流预测的准确性,以澄碧河流域坝首站1979-2019年共41 a的实测月径流序列为例,在优选Elman神经网络模型、支持向量机模型、BP单一预测模型的基础上,分别耦合经验模态分解(EMD)、集合经验模态分解(EEMD)和经验小波变换分解(EWT),选取纳什效率系数(NSE)、平均相对误差绝对值(MAPE)和均方根误差(RMSE)对测试集的预测结果进行评价与分析。结果表明：相对于Elman神经网络模型和SVM模型,BP模型的预测效果较好;耦合预测模型预测精度都优于单一模型。耦合模型中,EWT-BP的纳什效率系数为0.91,预报等级为甲级,预测精度优于EMD-BP和EEMD-BP。采用数据预处理技术生成平稳序列,可有效减少原序列存在非线性和不稳定性特征的影响,并有利于提高流域水文模型的径流预测能力。     

基于坡面径流输沙模型的湘中红壤丘陵区土壤有机碳流失模拟研究

坡面径流是泥沙和土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)流失的主要动力.本研究以典型湘中红壤丘陵区坡耕地(翻耕和免耕)为研究对象,通过野外径流小区模拟降雨试验,对已建立的以径流率为变量的对数线性回归坡面径流输沙模型进行修正,并结合泥沙中SOC的富集特性,建立湘中红壤丘陵区的坡面SOC流失模型.研究结果表明:坡面SOC流失模型能够有效地应用于湘中红壤丘陵区次降雨过程中坡面SOC流失的模拟中,且具有较好地模拟效果,SOC流失率模拟平均误差在30%左右,决定系数在0.85以上;同时模拟结果表明,泥沙和SOC流失过程在坡面径流侵蚀影响下呈现波动状态,表现为产流开始后10min泥沙和SOC流失呈增加趋势,其后在波动中逐渐趋于平稳;通过比较翻耕和免耕条件坡面径流输沙和SOC流失模型,结果显示侵蚀性降雨条件下,翻耕方式泥沙和SOC流失率大于免耕方式.非侵蚀性降雨条件下,翻耕方式泥沙和SOC流失状况与免耕方式一致.     

长江三角洲太湖流域湖西浙西区降水极值特性分析

长江三角洲太湖流域属于典型的北亚热带季风气候区,气候变化、快速城镇化和人类活动使得极端气象灾害的影响加剧.极端降水是形成洪水的主要来源之一,分析降水极值特性是研究洪水的一种必要且有效的手段.以湖西浙西区96个站点2006—2012年的日降水数据为例,选取极端降水量(R95P)、一日最大降水量(RX1D)、最大连续五日降水量(RX5D)、降水强度(SDⅡ)和强降水日数(R10,R20和R50)七个极端降水指数,研究降水极值空间分布规律.结果表明,极端降水量在湖西区北部呈现较高值,降水强度在浙西山区和湖西山区以及东北部地区呈现较高值,其余五个指数均显示,地势较高的浙西山区极端降水指数相应较高.进一步对丹阳、金坛、溧阳、宜兴、安吉和湖州六个代表站1961—2015年的降水极值分析,利用广义极值分布(Generalized Extreme Value Distribution,GEV)和广义帕累托分布(Generalized Pareto Distribution,GPD)两种极值模型进行分布拟合.研究发现,GPD的拟合效果优于GEV,各个站点的分布模型参数也有差异,对两种分布下不同重现期的极端降水量值进行对比,为风险防范和工程设计安全提供了科学依据.另外,汛期降水的空间分布差异性较大,汛期和非汛期的对比结果显示极值统计模型参数也有较大差异,主要体现在阈值和尺度参数上.对于特定季节尤其是暴雨多发期的极端降水事件,建议利用汛期的降水极值进行统计模拟,有助于更好地刻画降水极值特性.     

广义极值分布参数估计方法的对比分析

简介了广义极值分布的3种参数估计方法:极大似然(ML)、线性矩(LM)和间隔最大积(MPS)方法的特点和计算方法,采用历年马口月最大径流量和广州日最大降水量作为广义极值分布不同参数估计方法的实证分析例子。分析结果表明,两实例各自3种参数估计方法得到的3个参数值较为接近,各种拟合优度检验结果表明两实例均服从广义极值分布,但MPS参数估计推算的设计值与观测值拟合更好。     

降水极值的非平稳性特征及其重现期研究--以福建省为例?

变化环境下降水序列具有普遍的非平稳性.为深入探究降水极值的非平稳特征及其对极端降水重现期的影响,本文以福建省22个站点为例,针对表征降水序列非平稳特征的2个重要变量均值和方差,利用经验模态分解法(EMD)、Mann-Kendall趋势检验法分析了1960—2012年前汛期、后汛期降水极值序列非平稳特征;运用贡献分析法分析降水极值序列均值和方差变化对非平稳的降水极值确定性趋势的增量贡献;构建非平稳模型,基于均值、方差趋势探讨极端降水的重现期变化特征.结果表明:1)福建省前、后汛期降水极值序列非平稳性较强,前汛期闽西、闽北、闽中方差增加显著,部分站点方差变化对降水极值确定性趋势的增量贡献较大;后汛期全省降水极值均值普遍呈现增加趋势,对降水极值的确定性趋势起主导作用.2)福建省前汛期极端降水趋势增大的站点位于闽北地区,因为降水序列方差的线性增加趋势导致极端降水量显著增加;后汛期极端降水趋势增大的站点位于闽西和闽南2个区域,其中多数站点因为均值的增加趋势导致极端降水量增加,但是增加幅度平缓.3)降水序列方差的改变更加显著地影响了极端降水重现风险,变化环境下极端降水趋势和风险研究需充分考虑降水序列的非平稳性.     

基于Budyko假设和微分方程的淮河上中游径流变化归因分析

为探究淮河上中游流域气候变化和人类活动对不同时间尺度径流特征的影响,采用包括高流量、平均流量和低流量在内的7个流量指标表征径流变化特征,运用Mann-Kendall趋势检验、滑动T检验识别各流量指标的突变年份,并利用推导出的流量指标变化微分方程改进原有的基于Budyko假设的方法,从而定量识别气候变化与人类活动对径流变化的贡献率,并构建了土地利用转移矩阵分析人类活动对径流特征变化的驱动机制。结果表明：淮河上中游大部分径流特征在突变年份后呈现下降趋势,其中平均流量特征最为明显,下降幅度为2.25%～44.25%;高流量指标、汛期径流深与气候指标的相关性最高,相关系数为0.859～0.987,低流量指标和非汛期径流深的相关性较低;气候变化和人类活动使得大部分径流特征呈下降趋势,其中人类活动为主导因素,其在息县、王家坝、鲁台子和蚌埠站的贡献率范围分别为87.55%～98.46%、80.91%～88.50%、80.42%～92.42%和83.23%～99.99%。     

极值指标下平稳序列的风险测度

平稳金融序列存在相依性,不满足独立同分布假设下极值理论的条件约束.讨论了极值指标下平稳随机序列的风险测度,通过估计极值指标θ并修正广义极值分布的位置参数和尺度参数,得到平稳随机序列的风险值.实证和检验表明平稳金融序列需要极值指标修正模型,提高风险值估计的准确度.     

人类活动对长江径流量特性的影响

随着长江流域水资源开发利用程度的提高以及全球气候的变化,长江径流特性在一定程度上发生了变化.为分析人类活动对长江径流特性的影响,以万县、宜昌、汉口、大通、白河、仙桃6个水文站为研究对象,以丹江口、葛洲坝及三峡水库关闸蓄水时间划分研究时段,利用各站近50 a的日流量资料对比分析了各研究时段长江年、汛期、非汛期、月径流量变化特性.结果表明,水库对河流径流量的影响与水库库容大小、水库运行方式以及测站与水库的距离远近有关.     

A test of Snowmelt Runoff Model （SRM） for the Gongnaisi River basin in the western Tianshan Mountains, China

The Snowmelt Runoff Model (SRM) is one of a very few models in the world today that requires remote sensing derived snow cover as model input. Owing to its simple data requirements and use of remote sensing to provide snow cover information, SRM is ideal for use in data sparse regions, particularly in remote and inaccessible high mountain watersheds. In order to verify the applicability of SRM in an environment of continental climate, a test of SRM is performed for the Gongnaisi River basin in the western Tianshan Mountains, the results show that two SRM average goodness-of-fit statistics for simulations, Nash-Sutcliff coeffident (R2) and volume difference (Dv), are 0.87 and 0.90%,respectively. As compared with the application results over 80 basins in 25 different countries around the world, SRM performs well in the Gongnaisi River basin. The results also show that SRM can be a validated snowmelt runoff model capable of being applied in the western Tianshan Mountains.On the basis of snowmelt runoff simulation, together with a set of simplified hypothetical climate scenarios, SRM is also used to simulate the effects of climate change on snow cover and the consecutive snowmelt runoff. For a given hypothetical temperature increase of 4℃, the snow coverage and snowmelt season shift towards earlier dates, and the snowmelt runoff, as a result, is changed significantly at the same time. The simulation results show that the snow cover is sensitive to changes of climate, especially to the increase of temperature, the major effect of climate change will be a time shifting of snowmelt runoff to early spring months, resulting in a redistribution of seasonally runoff throughout the whole snowmelt season.     

汛期洪水的二变量联合分布与应用

为在气候变化下更好地描述流域汛期洪水的概率变化特性,达到防洪和洪水资源化的统筹安排,考虑水文事件的相依性和多元化,采用Copula函数理论,结合第Ⅰ型Gumbel分布,研究淮河蚌埠站以上流域1915年到2008年的汛期洪水。研究结果表明:汛期洪量和洪峰的理论联合概率与实测资料联合频率拟合很好;同时探索了洪水联合分析的实际应用:一方面根据联合分布提出"等效水文情景"的概念,以更好地体现水文事件的不确定性和水文变量组合的概率等效性;另一方面论证联合重现期可作为单变量重现期的区间估计,为二元分析的洪水量级划分和洪水的联合风险分析以及工程设计提供一条新思路。     

气侯转型对玛纳斯河流域径流的影响及其变化趋势

针对气候转型,根据近50年玛纳斯河上下游气象、水文资料,采用5年滑动平均、模比系数差积曲线、线性趋势等方法,分析了气候转型对玛纳斯河径流的影响。结果显示：玛纳斯河流域50年以来的气温呈上升趋势,平均气温增长率为0.38℃.10年-1,降水量也呈增长趋势;由于气温、降水增加趋势明显,导致1987年以后玛纳斯河径流呈增长趋势,洪水和洪灾发生的频次增加,这表明玛纳斯河流域气侯的变化已出现由暖干向暖湿转型的强劲信号,预计玛纳斯河的丰水期可能持续至2050年。     

湘江流域多源降水与气温产品组合的径流极值模拟精度评价

为探究卫星遥感、再分析产品等多源数据组合径流极值模拟的精度,选取湘江流域TRMM、PERSIANN-CDR、CFSR以及实测数据的8种降水与气温组合,利用水文模型探究不同组合在各径流极值序列中的模拟精度。结果表明：在无实测数据的组合中,TRMM降水与CFSR气温、PERSIANN-CDR降水与CFSR气温2种组合的模拟结果分别最接近径流极高值与径流极低值实测值;除基准组合(实测降水、实测气温),实测降水与CFSR气温、TRMM降水与实测气温分别是径流极高值、径流极低值模拟精度最高的组合;在各径流极值序列中,CFSR降水与CFSR气温、CFSR降水与实测气温2种组合皆严重高估径流极值,最大高估可达651%,表现出模拟误差随径流值减小而增大的特征,其余组合皆低估径流,最大低估可达67.48%,且呈现出误差随径流值减小而减小的特点;降水产品在不同的径流极值序列中表现出的极端降水特征不同,径流极高值序列中TRMM较其他2种降水产品更能反映极端降水的发生频率以及无雨历时等特征,径流极低值序列中PERSIANN-CDR降水对极端降水强度、总量以及连续湿日特征的体现最好。