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.     

基于数字滤波法的拒马河基流分割及演变规律研究

以大清河流域拒马河为研究对象,基于紫荆关水文站1950—2016年的日径流数据,采用改进退水常数后数字滤波法中的Chapman-Maxwell法,对拒马河径流过程进行基流分割,并对拒马河丰、平、枯年基流变化特征进行分析. 结果表明:1)使用改进后退水常数（α=0.993）比以往经验所得退水常数（α=0.925）计算的基流量变化特征更稳定;2)基流与径流均呈减小突变,基流突变时间略早于径流突变时间,突变前后基流变化幅度小于径流变化幅度;3)丰、平、枯不同水平年基流对径流的贡献率分别达到35.80%、42.51%、52.20%,丰水年基流贡献率最小,枯水年基流是径流的主要补给源. 研究结果可为保障河道生态基流及应对气候变化对河道生态系统的影响提供理论和技术支撑.      

西柳沟流域基流变化特征分析

基流是枯水期河川径流的主要来源,可以反映流域地下水的变化过程,是研究流域水量平衡、地下水对气候变化与人类活动响应及预测的关键因子,对干旱内流河流域水文模拟和水资源开发利用至关重要.本文基于1981～1990年及2006～2015年西柳沟龙头拐水文站的实测径流资料,采用递归数字滤波法对西柳沟的流量过程进行了基流分割并计算其基流指数BFI值(Base-flow Index).在此基础上,分别以年、季度及月为单位,分析了基流量和BFI值的变化规律.研究表明,1981～1990年的平均基流量为7. 8mm,BFI值为0. 355. 2006～2015年平均基流量为6. 2mm,年平均BFI值为0. 517,相比1981～1990年增加了47. 2%.春、夏、秋、冬4个季节基流量整体均呈下降趋势且均通过了Mann-Kendall(M-K)突变检验,而BFI值整体呈现上升趋势,除夏季外,均超过了95%显著性水平检验,表明其上升趋势显著.除1月和6月外,其余各个月份的基流量均呈下降趋势,且除5月、8月和9月外,下降趋势明显;对BFI值而言,除12月份BFI值变化比较平缓,2月、9月和11月上升趋势不显著外,其余各个月份均呈显著的下降趋势.     

黄河中游河龙区间河川基流时空变化及其对水土保持响应

利用Nash-Sutcliffe效率系数评估不同基流分割方法的计算结果精度,选用适合的基流分割方法对黄河中游河龙区间红河等13条主要一级支流长时间序列的逐年汛期基流深以及基流系数进行了计算,并结合区间内水土保持的情况、降水量的情况对基流变化进行了分析.结果表明,河龙区间内主要一级支流的汛期基流深在长时间尺度上,大多呈现出显著的下降趋势,区间北部的河流基流系数呈减少趋势,区间南部的河流基流系数呈增多趋势;进一步的分析表明,这两种不同趋势的基流变化规律与在不同降雨条件下开展的大规模水土保持活动存在着显著的相关关系:在500mm等降水量线以北的流域,大规模开展水土保持对汛期基流深有明显的削减作用,而在区间内500mm等降水量以南的流域,水土保持对汛期基流深的影响则不显著;在区间的半干旱地区水土保持面积占比与逐年基流系数变化呈现出显著性负相关,在半湿润地区则呈现出显著性正相关.     

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.     

基于小波分析的黄河源区年径流变化分析

根据流域特点,把整个黄河源区划分三部分,分别运用小波分析对各部分的年时间序列和年径流序列进行了分析。通过小波分析图显示了河源区年均流量变化的多时间尺度结构;不同时间尺度下年均流量的周期强弱变化和分布情况,以及突变点的位置分布。根据小波方差检验得出的主要周期可对未来年均流量变化进行预测。     

长江河口动量系数时空变化规律研究

利用近期实测资料,对长江河口肖山—口门区域的动量系数进行时间和空间分布规律研究;在此基础上,得出动量系数边滩和深槽分布的差异性,并建立了经验曲线.主要结论:动量系数近口段和河口段一般为洪季大于枯季,但北槽进口枯季大于洪季;洪季肖山—石化下大潮大于小潮,枯季时肖山—狼山沙为大潮大于小潮,徐六泾—石化下为大潮小于小潮;洪季以潮流界作为界限,潮流界以下向海方向动量系数表现为增加趋势;在空间上,北港大于南港,北槽大于南槽;引起这一差异的主要原因为不同时间和空间径流和潮流水动力差异所致.以-15 m水深划分近口段边滩和深槽,边滩区域动量系数随水深增大而增加,深槽区域动量系数变化不大.     

基于多种水文学法的生态基流计算

基于西江大湟江口站1960—2017年逐日流量数据,运用Mann-Kendall等3种突变点检验方法将该站流量序列划分为人类活动干扰前（1960—1991年）和干扰后（1992—2017年）2个时段．以干扰前流量序列为基础,采用Tennant、NGPRP等6种水文学方法对该河段逐月生态基流进行计算,并与相关研究中基于该河段鱼类产卵期生境模拟计算结果进行比较,分析结果表明NGPRP法在该河段适用性更强．将NGPRP法计算所得各月生态基流值作为基准,分析比较干扰前后河段生态基流保证程度,分析结果表明干扰后9—11月生态基流保证程度有所下降,其余月份均有所提高,但由于西江规划水利设施较多,河流生态环境保护工作仍面临一定挑战．本研究为计算该河段生态基流筛选、确定适用程度较高的水文学计算方法,以及为该河段生态基流计算提供一定参考,并据此对该河段干扰前后生态基流保证程度进行分析,其结果可以为该河段生态保护和评估工作提供技术支撑．      

基于多种水文学方法估算渭河关中段生态基流

根据林家村和华县两个水文站1961-1980年径流资料,采用Tennant法、Texas法等6种水文学方法分析估算渭河关中段生态基流量,结合渭河径流年内分布特点对比分析计算结果.其结果表明,Tennant法表现最优,Texas法表现其次.在此基础上将生态基流量与不同水平年的河道实际流量进行对比,评估分析河道生态基流的保证程度,结果显示近年来渭河关中段生态基流量在一定程度上难以得到有效保障,渭河干流大规模的引水工程严重影响了河道生态功能的实现,基于生态基流的生态调度、灌溉节水等措施亟需尽快实施.     

消除信号趋势项时小波基优选方法研究

在消除信号趋势项时引入小波基函数对信号进行分解和重构.小波基函数的选择会影响消除信号趋势项后的结果.提出了消趋误差指数的概念及其计算公式,并使用该公式计算了34种常用小波基的消趋误差指数,优选出sym10等6种消趋误差指数较小的小波基.使用sym10小波基及另外两种非优选小波基对实测的汽车车身振动加速度信号进行消除趋势项处理.结果表明,使用sym10小波基提取的信号趋势项比其它非优选小波基更为准确,验证了提出的消趋误差指数计算公式的有效性.      

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。     

城市中保障河流生态基流的可行性与方法研究——以渭河流域关中段典型城市为例

保障河流生态基流,保护河流生态环境。通过对傍河城市降雨资源的调蓄,减少城市生产生活对河流径流量的索取,从而保障河流生态基流量。借鉴国内外城市降雨资源的开发利用方法,提出了傍河城市保障河流生态基流的基本原则。计算出不同频率年可利用降雨量与城市总用水量以及生态用水量的比例关系。从3方面提出了傍河城市保障河流生态基流的方法。城市降雨资源化后可以极大地满足城市生态环境用水量,即使在枯水年和特枯年,城市降雨资源量对生态环境用水量的保障率也在70%以上。     

人类活动对清水河上游水资源的影响

应用MIKE11水文模型研究人类活动对清水河水资源的影响,为保护水资源提供参考.依据清水河1995—2008年实测降水径流资料,率定建立的清水河上游降雨径流模型参数,并借助经过验证的降水径流模型,分析人类活动对清水河上游水资源的影响.结果表明,通过对清水河1995—2008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3.7%;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;二者总体拟合较好.人工开采地下水造成区域地下水位下降,引起组成径流的坡面流、壤中流和基流减少,尤其是基流显著减少,是清水河上游径流减少的主要因素.     

变化环境下岩溶区流域径流变化特征研究

基于岩溶区流域—平塘站1963年至2014年的年径流深资料,采用线性趋势、滑动秩和检验和Morlet小波分析等方法研究了变化环境下平塘站径流深的趋势、突变和周期特征,并运用R/S分析法预测径流深未来的变化趋势。结果表明:近52a来平塘站年径流深和雨季径流深均呈现减少趋势,分别在1998年和2008年发生了突变,均存在第一、第二和第三主周期,分别为20a、6a和3a,在未来都有持续减少趋势;枯季径流深呈现微弱增加趋势,在1987年和1991年发生了突变,第一、第二和第三主周期分别为24a、9a和5a,在未来有持续增加趋势。     

陕甘宁三河源区1971-2017年极端降水时空变化分析

为了揭示陕甘宁三河源区极端降水时空分布及其变化规律,利用1971—2017年逐日降水、气温数据,辅以气候趋势系数、小波相干分析等方法分析三河源地区极端降水时空变化特征,并探究极端降水指数与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的关联关系。结果表明:1971—2017年,陕甘宁三河源地区极端降水有明显增多的趋势;在空间分布上受地理位置和地形的影响,总体呈现“南高北低”的分布格局,空间差异显著。研究区内极端降水指数变化增减不一,大部地区极端降水量增多,弱降水日数减少,强降水日数增多,降水强度增大,降水趋于极端化。极端降水指数与多元ENSO指数(MEI)呈显著负相关关系,存在3~5 a及9~12 a时间尺度的显著共振周期。     

淮河上中游年径流变化特性分析

基于淮河干流上游、中游4个水文站1951-2010年径流资料,采用累积距平、mann-kendall非参数检验法对淮河径流年际变化的趋势性及突变型进行研究;采用小波分析法对淮河径流变化特征进行研究,讨论淮河流域不同时间尺度下的丰、枯交替变化周期规律.研究结果表明:淮河流域径流量年纪丰枯变化剧烈,年径流序列在1956年均出现突变,1956-1961年、1975-1979年、1991-1995年处于下降趋势,2001-2008年处于上升趋势;在第1主周期27年尺度上,年径流量共经历了3个丰、枯水期变换,平均变换周期为17年左右.     

长江大通站水沙过程的基本特征Ⅰ.径流过程分析

长江河口是河海相互作用中河流因子占主导地位的典型河口之一,流域水沙过程及其变化对河口环境演变有重要控制作用.运用时间序列分析方法研究大通站的径流过程基本特征,分析表明,1923年以来大通站的径流序列无明显的趋势变化,但在1955年、1988年前后分别呈现较明显的径流减少和增加的跳跃变化,并具有16年、7年的周期变化特征.该文同时对月均流量的分配型态和洪枯季水情丰枯的匹配状况及其原因作了初步探讨.     

黄河上游青铜峡水利枢纽对河川基流的影响

以黄河上游下河沿、青铜峡和石嘴山3个水文站1951—2000年径流量为基础背景资料,采用Lyne-Holick滤波法研究水利枢纽工程对河川基流量的影响。结果表明:(a)建坝前,3站基流量总体上相差不大,介于184~214亿m³之间;而建坝后青铜峡水文站基流量均呈明显减少的变化趋势,基流量为111~187亿m³,基流衰减量可达24%。(b)M-K非参数检验结果显示,青铜峡站基流量减少幅度最为明显,且突变点出现在1962—1964年青铜峡大坝建设时期。(c)在不同水平年条件下,建坝后,青铜峡基流指数减少幅度最大,其中丰水年中下降幅度达13%,而平水年下降幅度可达20%,表明水利工程对河川基流产生了一定的影响。     

济南市南部山区汛期的基流量变化

根据济南市南部山区卧虎山水库的日入库流量数据和卧虎山流域的降雨资料,利用数字滤波法对南部山区汛期径流进行基流分割。研究发现:不同年份的主汛期出现时间、年内基流量的变化不同;年际基流量相差悬殊;径流与基流的相关系数R值分别为0.75、0.83和0.78,呈现中度正相关关系;降雨量大时基流指数小,反之则大,表明基流指数与降雨量存在负相关关系。