基于小波的三江源年径流变化的周期性分析及趋势预测

为了研究三江源径流演变规律,用小波分析方法对三江源唐乃亥、直门达、香达站52年(1956-2007)径流时间序列变化进行了多尺度周期性分析.每个站都有各自的径流丰枯变化周期,三个站作为组成三江源的整体又有共同的周期变化特性.从小波变换时频分布图中得出以下结论:唐乃亥站表现为23年、18年、8年、4年尺度周期变化,直门达站为23年、17年、9年、7年尺度周期变化,香达站为23年、16年、8年尺度周期变化.经小波方差图对主要周期的检验,证明前述结论是正确的.可以看出,三个站表现出了23年的共同周期,同时具有唐乃亥站18年、直门达站17年、香达站16年的近似周期,并且唐乃亥站和香达站有8年的共同周期(直门达站为9年).1956-2007年间,直门达9年尺度下径流变化趋势与香达8年尺度下径流变化趋势非常相似.研究还表明,三个站径流表现出了一致的变化趋势,即2007年以后一段时间内径流还将处于偏丰期,一般持续到2009年,2010-2014年径流将处于偏枯阶段.     

基于HHT的雅鲁藏布江径流变化周期及趋势分析

 采用Hilbert Huang变换对雅鲁藏布江干支流上的10个水文站1956-2000年天然径流资料进行分析,探讨了雅鲁藏布江流域年径流变化的近似周期及其演变趋势。研究结果表明,雅鲁藏布江全流域范围内存在约3、6~8、9、11~13、16~17及22~24 a的近似周期。同时研究还发现,雅鲁藏布江干支流在20世纪60年代左右径流量较大,但在进入60年代中后期之后,年径流量呈逐渐减小的趋势,这种趋势在80年代附近达到极小值,此后径流量逐渐回升,并在90年代后逐渐进入相对丰水期。     

近60年玛纳斯河径流变化规律的分析

玛纳斯河是该流域绿洲生存的命脉,流域上游山区形成的径流是供给中下游平原及绿洲区的重要水源。本文根据玛纳斯河流域上游肯斯瓦特水文站1955-2010年系列径流资料,利用Mann—Kendall非参数统计检验和小波分析方法对近60年玛河径流年内、年际变化特征进行分析。结果表明：玛纳斯河径流年内分配极不均匀,主要集中在6-8月,在季节分配上,夏季径流量最丰,其次是秋季,冬季径流最小;径流年际变化大,径流变化具有明显的周期性及阶段性,丰枯时期显著,并存在32年、10年左右的主周期;近60年玛纳斯河径流量总体呈增加趋势,而且在1995年发生突变,即从1995年玛纳斯河开始趋于丰水趋势。     

变化环境下渭河流域径流丰枯遭遇变化特征及其影响因素分析

以渭河流域为研究对象,采用有序聚类与滑动t检验法诊断渭河干流(咸阳站)、泾河(张家山站)与北洛河(状头站)1960-2010年径流变异情况,引入Copula函数分析不同水文区径流丰枯遭遇特征。结果表明:咸阳站径流于1969年、1993年变异,张家山站于1996年变异,状头站于1994年变异;变异点前后,各水文区相同设计频率下径流量显著减小,干流减小趋势最为显著;不同水文区径流丰枯遭遇概率变化显著,1960—1993年径流丰枯同步遭遇概率远大于丰枯异步,1994—2010年,除张家山-状头径流遭遇组合外,径流丰枯同步遭遇概率远小于丰枯异步,不同组合遭遇概率趋向均匀化;流域内不利于调水概率显著减小,持续且剧烈的人类活动对径流的改变是造成该现象的主因。     

乌江水系典型小流域年径流序列变化规律及周期特征分析

小流域河川径流序列的变化规律及周期特征分析,对小流域水利工程建设、水资源开发利用等具有重要的现实意义。基于乌江吊水岩冲沟1961—2014年天然径流序列,通过基尼系数、累积距平法、Mann-Kendall法、Morlet小波分析法等方法分析研究了年径流序列的年内分配、趋势特征、突变特征及周期特征。结果表明:吊水岩冲沟年径流年内分配大部分相对合理,部分径流年内分配差距较大;吊水岩冲沟年径流量呈不显著减少变化;年径流量丰枯转变频繁,突变多发生于1992—1998年;年径流量存在明显周期特性,第一主周期为23 a,次周期为17、6 a。研究成果可为小流域水资源开发利用提供依据。     

基于小波方法的黄河源头径流量的周期变化规律

利用小波变换、小波系数方差等方法分析了黄河沿水文站1955-1999年径流量周期性,同时利用显著周期振幅的不稳定性,通过计算径流量与气象要素小波系数的相关系数,判定了径流量的趋势性及显著周期性的气象成因,确定了3次断流的根本原因.计算结果表明源区径流量存在一个振动幅度最显著的强趋势项和3～4年、7～8年两个显著周期.强趋势项决定了源区径流量的总体变化规律.20世纪50年代以来,强趋势项呈现低值-高值-低值的变化特征,决定了径流量枯-丰-枯的总体变化规律,也是90年代以来源区径流量持续减少的根本原因.同时预测1999年以后的一段时间内源区仍为枯水期,2020年将进入丰水期.源区历史上3次断流的根本原因是径流量的强趋势项与两个显著周期的共同作用的结果.计算结果还表明径流量的强趋势项为气温的强趋势项所致,即气温的变化趋势决定了径流量的总体变化规律.而径流量的3～4年和7～8年周期为降水的同周期所致.     

汤旺河流域径流变化研究

气候是水文循环过程中的重要因素,气候的变化将对流域的水资源配置产生直接的影响.为研究气候变暖背景下松花江流域的径流变化情况,本文选择松花江下游的支流汤旺河作为研究对象,采用回归分析、Mann-Kendall检验以及小波分析方法对汤旺河流域晨明水文站1956~2013年的实测径流资料进行分析.分析结果表明:汤旺河流域径流量年内分布呈单峰型,径流量最大的月份为8月,夏季径流量占全年总径流量的57%.径流量年际变化表现为下降趋势,但下降趋势并不显著,平均下降速度为2.33亿m3/10a.流域年径流量存在18年、9年和5年这3种时间尺度下的循环周期.从18年主周期对流域径流进行分析,可推断在来一段时间将出现一个丰水期.     

高强度能源开发区河流径流量演变及其减流成因——以窟野河为例

运用数理统计、Morlet小波分析、累积距平分析、Yamamoto、Mann-Kendall秩相关系数等方法研究了窟野河年平均径流量及其主周期和突变点变化情况,并通过模拟天然径流量求解了人类活动因子对河流径流量的影响程度.结果表明:1)1950-2011年窟野河径流量呈波动下降趋势,存在丰枯位相交替的多时间尺度变化特征,径流变化的主周期依次为14,31,7,22年,径流量突变发生在1979年,1998年或1999年前后;2)窟野河天然径流量模拟结果显示,1985年以来窟野河人为活动影响程度的平均值明显高于1974-1985年的平均值,且1985年以来年平均径流量明显减少,说明高强度能源开发是导致窟野河减流的重要原因;3)窟野河流域气温、降水量的突变时间发生在1991年,其与径流量突变时间的不一致性再次证实了人类活动特别是大规模能源开发和地下水开采是导致窟野河减流的主要人文因子.     

南洞地下河最枯径流的周期变化及趋势分析

通过运用基于小波分析和重标极差分析的研究方法,对南洞地下河总出口24a最枯径流的周期变化和趋势进行分析与讨论。研究结果表明,4a、10a和15a3个周期的波动控制着南洞地下河最枯径流在1990-2013年时间域内的变化特征,其中10a的周期震荡最强,为流域年最枯径流变化的第一主周期;15a、4a尺度为最枯径流变化的第二、第三周期。在4a、10a和15a3个时间尺度下的赫斯特指数分别为0.315 60、0.573 28、0.740 43,说明未来4a尺度下最枯径流的变化趋势与过去相反,而未来10a和15a等较长尺度下的趋势变化与过去的变化相似。研究结果为南洞地下河最枯水期水资源的开发与调配提供了参考。     

基于S变换的潘家口水库入库径流时序多时间尺度分析

以1956-2003年间的潘家口入库径流时序为研究对象,采用S变换对该径流时序的演变特征进行了时频分析,得到了该水文时序频谱在时-频平面土的三维分布图,它清晰地显示了该时闻序列在不同时段内的多时间尺度演变特征.然后再对得到的频谱图进行拓扑结构分析,总结了潘家口水库入库径流时序的宏观演变规律.结果表明,潘家口水库的年入库天然年径流近50年来总体上呈减少的趋势,其演变过程中存在16年和多个10年以下的多重变化周期:时间尺度为16年的周期分量波动特征较为平稳;但是对该径流时序演变特征起主要作用的是3～10年的周期分量,并且3～10年的多个周期分量在不同时段内对该径流时序波动特征的贡献不同.     

老哈河流域近40年径流变化趋势分析

利用老哈河流域红山水库坝址处1961-2000年逐月径流资料,采用M-K等多种趋势分析方法,检验了流域径流的变化特征及演变趋势.结果表明:近40 a期间(1961-2000年)老哈河流域年径流量减少趋势不显著,而1961-1990年近30 a期间则有显著的减少趋势,1961-1975年的径流量较1976-1990年的径流量明显要高;径流月变化趋势:各年代与60年代相比,尤其是80年代径流有减少趋势的月份占大多数,其中7月和8月减少量最为明显;月径流年变化趋势:40 a期间,多数月份表现为负趋势变化,其中4月份表现出很强的负趋势变化;40 a期间,春、夏、秋3季径流均有减少,夏季减幅最大,80年代减幅最明显,冬季径流表现为弱正趋势变化,夏季与秋季表现为弱负趋势变化,春季表现为显著的负趋势变化;无论洪水季节,还是枯水季节,70、80和90年代径流都比60年代同期径流有所减少.其中,80年代减少最为明显,洪水季节较枯水季节径流减少更为显著.洪、枯季节径流都表现为不显著的负趋势变化.另外,近40 a来,年径流量跃变不显著;而春季,尤其是4月份径流量有显著跃变,跃变年份为1980年,1980年以后春季径流量较之前明显降低.     

梅江流域1958—2000年径流量变化特征分析

基于梅江流域尖山、水口、横山水文站19582000年实测径流量数据,运用统计分析法分析梅江流域径流量的年内变化特征,采用Mann-Kendall（M-K）法、R/S分析法和Morlet小波分析法分析其年际变化特征．研究表明:（1）19582000年,梅江流域径流主要集中于59月,最大月径流量在6月,最小月径流量在1月,且越往下游9月份的径流峰值越明显;（2）梅江径流量整体呈现增长趋势,从上游到下游径流增长趋势越来越明显,除了秋季外,春夏冬三季增长率从上游往下游不断下降;（3）流域径流在19721978年之间发生突变;（4）梅江流域年径流有4、9、18 a准周期,且主要表现为大尺度上的周期性,根据径流的主周期18 a推测,梅江流域整个时间序列上的年径流呈现多-少-多-少-多-少的循环交替特征,推测20002018年将一直处于少径流期,R/S分析法检测结果也表明在未来一段时间内径流可能会减少．     

基于小波分析的黄河河川径流变化规律研究

采用Morlet小波函数,分别对黄河上、中、下游河川径流序列进行小波分析,揭示了黄河上、中、下游河川径流变化多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下的径流序列变化周期和丰枯突变点.通过小波方差检验,得出黄河上、中、下游径流变化第一主周期均为22年.经径流变化趋势分析,预测黄河上、中、下游大约在2003～2012年均将处于偏丰期,结果表明上、中、下游河川径流变化具有同步性.     

黑河流域中、西部水系近50年来气温 降水 径流变化特征

采用Mann-Kendall非参数检验方法统计分析黑河流域中、西部水系气温、降水及出山径流序列变化特征,并初步讨论了降水、径流发生变化的可能原因.黑河流域中、西部水系气温在20世纪60-70年代总体表现为下降趋势,80年代气温开始波动升高,气温显著升高则主要发生在2000年以来.研究区山区年降水量大于平原的,各站年降水量均呈现平、枯、丰交替的特点,总体上呈微弱增加趋势,增幅不显著.出山径流量在年代尺度上呈现缓慢下降的趋势,洪水和丰乐两条河流的年出山径流量存在突变点,位于1960前后.2000年前后,三河径流量微弱上扬后,继续开始减少趋势,讨赖河稍迟于其余2条较小的河流.     

淮河流域枯水流量演变特征、成因与影响研究

基于1956—2016年淮河流域9个水文站的日径流量系列数据,采用M-K非参数检验法、小波分析等方法,研究淮河流域连续最小1、7、15、30d平均流量(枯水流量)时空演变规律.研究发现:1)淮河流域枯水流量Cv值为0.23~1.34,年最小枯水流量为0.002~24.5m~3·s~(-1),枯水流量年际变化剧烈.息县、王家坝、蒋家集和横排头站在4种序列中的变异点多发生于2001年;阜阳和鲁台子站在4种序列中的变异点均出现在1964年.各站点变异时间多发生在20世纪60年代初及21世纪初.2)息县、潢川、班台和王家坝站在Q1、Q7、Q15中的变化趋势基本一致,整体呈震荡上升趋势.阜阳站和蚌埠站变化恰好相反.空间分布上,上游枯水流量呈增加趋势,而中游则呈下降趋势.3)息县、班台、阜阳、蚌埠和鲁台子这5个站点均在1960—1977年存在显著周期,潢川、班台、王家坝、蒋家集、横排头和蚌埠站在1997—2012年的时间段内存在2.0~4.6a的显著周期变化.     

石羊河流域径流变化规律和趋势分析

根据石羊河八大河流径流量数据和径流极值比分析该流域径流变化规律。利用Mann-Kendall检验法分析石洋河流域径流变化的趋势;并通过数学建模预测未来径流演变的趋势。结果表明:南营的丰枯变化程度最剧烈,黄羊河次之,沙沟寺(东大河)的变化最趋向于缓和;由西向东,石羊河流域的各河流年径流的补给形式由冰雪和降水正逐步过渡到纯降水;至20世纪50年代以来,石羊河流域径流量总体上呈现减少的趋势;未来13年石羊河流域的出山径流总流量仍将会减少。     

石羊河上游1956-2009年出山径流量特征及其对气候变化的响应

利用石羊河上游气象站1956-2009年逐日气象资料及天祝县六条河流1956-2009年年出山径流量资料,应用FAO Penman-Monteith模型、小波变换及累积距平等方法分析石羊河上游天祝县出山径流量特征及其对气候变化的响应,结果表明:1956-2009年石羊河上游天祝县出山径流量在波动中总体呈微弱减少趋势,径流量变化倾向率为-0.288×10~8m~3/10a,其中,减少速度最快的是黄羊河,年径流量变化倾向率为-0.069×10~8m~3/10a.1950s,1960s及1980s为丰水期,1970s,1990s为枯水期,进入21世纪,尤其是2002-2009年径流量有所增加;降水量波动呈微弱增加趋势,降水量变化倾向率为1.165mm/10a,径流量与降水量存在显著正相关震荡,两者变化过程具有极吻合的同步性;气温整体呈明显上升趋势,气温变化倾向率为0.298℃/10a,尤其是20世纪80年代中后期以来,增温趋势更加明显;潜在蒸发量在波动中呈增加趋势,其变化倾向率为2.206mm/10a,径流量与气温、蒸发量呈显著负相关震荡;通过小波方差检验,径流量与降水量、气温及潜在蒸发量等各气候要素均分别存在22年左右、7-8年和3年左右的的显著变化周期,而且第一主周期均为准22年,径流量对气候变化响应明显.     

马尔可夫链在年径流量定性预报中的应用——以清水河克尔古提水文站为例

长期以来，巴州水文预报以定量预报为主，实际上，水文现象的不确定性是很显著的，所以在定量预报之前，对预报对象的未来变化趋势进行定性概率预报，从而把握其未来发展方向，是一种可取的科学态度。本文应用马尔可夫链的基本原理和方法，以清水河克尔古提水文站：1956～1997年逐年年径流量系列为基础，用多步状态转移概率矩阵试报了1998、：1999、2000、2001、2002年年径流量丰枯趋势；以1956～1998、1956～1999、1956—2000、1956～2001年系列为基础，用一步状态转移概率矩阵分别试报了1999、2000、2001、2002年年径流量丰枯趋势；最后以1956～2002年系列为基础，用多步状态转移概率矩阵预报了2003、2004、2005、2006年年径流量的丰枯变化趋势。试报结果令人满意，预报结果可供参考。     

河流之间径流变化关系不确定性的多时间尺度SPA研究

针对小波变换的不足之处,以及河川径流变化所具有的复杂多时间尺度性和不确定性,为深入研究河流之间年径流量变化的关系,以汾河河津水文站和沁河武陟水文站为例,首先运用:EMD方法对二者1956年-2000年还原后的天然径流量时序进行多时间尺度分解,得到具有不同周期的波动分量;再运用SPA方法对由此得到的集对进行研究.结果表明,汾河与沁河年径流量变化关系的同、异、反特性具有显著的时间尺度性,即二者的同一性主要体现在短周期尺度水平上,差异性主要体现在中短周期尺度水平上,对立性主要体现在中长周期尺度水平上.     

基于Z指数的雅鲁藏布江流域径流丰枯变化及其特征分析

雅鲁藏布江流域地处青藏高原,近年来受极端天气影响,该流域的径流演变过程以及水文循环过程各要素之间的响应关系已成为目前研究的热点问题。本文利用雅鲁藏布江流域5个水文站60a(1956—2015年)年、月流量资料,对各站流量进行趋势分析及突变检验,并对径流演变的主要驱动因子进行相关性分析;正态化处理各站实测流量计算出流量的丰枯指数Z,将丰枯指数Z划分为7个等级,并对Z指数进行突变检验。结果显示,年平均流量除奴各沙和唐加站为减少趋势,其他3站为增加趋势,且近十几年来雅江流域水枯现象有缓解或有向平水或丰水方向发展的微弱趋势;通过分析月尺度径流丰枯等级发现,多数站点冬、春季水量偏丰,且各站Z指数在7月份有增加趋势,而8月份却为减少的趋势。本文对于认识雅鲁藏布江流域气候与水文特征以及雅鲁藏布江流域防洪抗旱的预警预报具有重要的指导作用。