基于相关系数的水文趋势变异分级方法

基于Hurst系数法和Bartels检验的水文变异联合分级方法可以从整体上识别与检验时间序列变异及其变异程度,但无法判断序列的具体变异形式(趋势、跳跃、周期等).基于相关系数描述序列与时序的相关性大小以及表征序列趋势变异程度的特性,提出了基于相关系数的水文趋势变异分级方法.该方法首先计算序列的相关系数,然后作假设检验:依据统计学原理和经验选用不同的阈值作为不同变异程度的划分依据,并将相关系数划分成5个区间,对应于无变异、弱变异、中变异、强变异和巨变异5个等级.实际应用中,根据相关系数的大小判断其落在哪个区间,即可确定序列是否发生趋势变异及变异程度的大小.对5个实例序列42年资料的变异分析表明,枝城站年径流序列无趋势变异,兰州站和花园口站年径流分别为趋势弱变异和中变异,荆江三口分流量为趋势强变异,红崖山站年径流为趋势巨变异,上述结果与采用Hurst系数法所得整体变异分级结果是一致的;成因分析表明,不同强度的人类活动导致了序列发生不同程度的变异.     

基于月径流重构序列变异分析的水文分期方法

针对传统汛期和枯期划分方法存在一定主观性的问题,本文提出了基于月径流重构序列变异分析的水文分期方法.该方法将原始月径流序列按照一定的方式进行重新排序,构造重构序列;运用水文变异诊断系统对重构序列进行变异诊断分析确定变异点,通过公式推导得出变异点对应的变异月份;根据变异月份分析汛期和枯期的差异性,确定水文分期.以广东省北江流域为例,选择高道、石角等共计10个水文站的逐月实测流量资料,通过重构各站的月径流序列,并对其进行变异诊断得到两个显著的变异点,据此计算确定相应站点的汛期和枯期.统计各站点汛期和枯期的起止时间规律,确定北江流域汛期为3~8月、枯期为当年9月~次年2月.文中北江流域各水文站分期结果与模糊统计方法比较结果表明,基于变异分析的水文分期方法与基于模糊统计的分期方法结果基本一致,分期结果合理可信,可以满足分期需要.该方法以研究序列的变异点作为划分汛期和枯期的依据,一定程度上克服了水文分期的主观性.     

基于启发式分割算法的水文变异分析研究

 通过构建理想样本探讨了启发式分割算法在水文变异诊断中的可行性,比较了其与传统变异检验方法在检验性能上的差异,同时结合珠江三角洲河网三水站1900-2004年年最大洪峰流量序列检验其实际应用效果。研究表明该方法能较好排除虚假变异点干扰,较准确识别变异点数目及其发生时间,检验性能优于传统方法,适用于水文变异分析,特别是对复杂非线性非平稳水文序列,实际应用效果较好。通过变异分析发现三水站年最大洪峰流量序列在1993年发生跳跃变异,且为均值向上跳跃,表明区域防洪形势将更加趋于严峻。     

基于相对关联距离熵的水文变异点识别

 从重构的径流时间序列相空间轨迹中提取反应水文系统状态变化信息的参数——相对关联距离熵,根据相对关联距离熵的变化来辨识水文系统状态的跳跃,识别出水文变异点。将该方法应用于东江流域的博罗站50 a实测逐月径流序列中,较准确的识别变异发生的时间,检验性能优于传统方法,特别适用于具有多变点的时间序列。通过变异分析表明,东江流域博罗站在1972年发生水文变异,其径流在主要受降雨影响的同时,愈来愈受到水利工程的影响。     

基于时间序列的朱沱和寸滩水位变化特征分析

长江上游水位变化对防洪和航运等具有重要意义.本文基于朱沱和寸滩水文站近60年水文资料分析水位流量关系变化以及寸滩站受三峡回水影响的临界条件,并研究不受三峡回水影响下朱沱和寸滩的水位变化趋势以及三峡成库前后的水位变化幅度.结果表明：寸滩站受回水影响的临界流量随坝前水位增大而增大,当坝前水位大于163.5m时,寸滩站均受回水影响;近60年来朱沱站和寸滩站在不受三峡回水影响下,水位整体呈降低趋势;与三峡成库前相比,朱沱站和寸滩站水位累计降低幅度分别在2015年、2010年有趋势性增大,且随流量的增大而减小;朱沱站在2018年4 000m³/s时,水位累计最大降低幅度达0.7m, 20 000m³/s时,降低幅度为0.4m;寸滩站在2018年6 000m³/s时,水位累计最大降低幅度为0.75m, 20 000m³/s时,降低幅度0.25m.研究结果可为长江上游航道建设及维护等提供参考.     

黄水沟年均流量非平稳序列混合模型的建立与预报

本文将黄水沟水文站历年年均流量Q（t）序列分解为趋势、周期、平稳函数项和噪声项，建立了非平稳时间序列混合模型，对建模年限内的Q（t）序列作了模拟检验，对建模年限未来2年的Q（t）值作了预报；预报结果符合国家水文情报预报规范要求，可供生产实践参考。     

基于Hurst系数与Bartels检验的水文变异联合分析方法

针对Hurst系数法对水文序列周期性及相依性诊断灵敏性弱的问题,新增Bartels检验法予以增强.采用蒙特卡洛方法生成试验序列,依次通过Hurst系数法和Bartels检验法得到了各自的检测性能:Hurst系数法对于序列的趋势性及跳跃性检测效果较强,Bartels检验法对于序列的周期性及相依性检测效果较强.提出了基于Hurst系数与Bartels检验的水文变异联合分级方法:两种方法测出均无变异则可确定为整体无变异;至少一种方法测出强变异则可确定为整体强变异;其它情况一律视为弱变异.对长江中上游重要控制站点寸滩、宜昌和汉口站年径流序列进行变异分析,结果表明寸滩站、宜昌站和汉口站年径流变异显著,变异程度分别为强变异、强变异和弱变异,变异形式可能为周期或相依变异.     

基于小波变换的支持向量机水文过程预测

针对支持向量机在水文过程应用分析中存在的问题,该文将小波变换和支持向量机相结合建立水文时序趋势分析模型。首先对水文序列通过小波变换进行预处理,把处理后序列分解成不同时间尺度下的子序列,然后用支持向量机对各子序列分别进行模拟和预测,将这些支持向量机的预测结果通过小波逆变换重构水文时间序列,建立基于小波变换的支持向量机水文过程趋势分析模型,以三门峡水文站天然月径流时序为例进行应用验证。研究结果表明:与传统的支持向量机、神经网络等预测模型相比,本文模型在预测精度和时间长度上均优于前二者。     

浅析水文站年最大流量频率问题

在水利工程设计和水资源管理工作中,常常需要得到可靠的流量估值,如年平均流量和一定重现期下的洪峰流量。本文则详细分析了估算水文站年最大流量频率问题,介绍了几种水文频率曲线线型,以及常见的频率曲线参数估计方法,对于水文站计算工作具有一定意义。     

长江上游枯水期及10月径流情势分析

采用非参数统计检验Mann-Kendal法分析了长江上游寸滩、宜昌站枯水期及10月的流量变化趋势,并用有序聚类分析法分析了两站枯水期及10月流量序列的跳跃点.结果表明:两站枯水期流量均呈上升趋势,10月流量均呈下降趋势;两站枯水期流量序列的跳跃点均为1989年,10月流量序列的跳跃点均为1991年.枯水期和10月流量序列的跳跃点基本吻合,初步判定,跳跃点的产生可能是由于长江上游流域水库运行引起的.     

Analysis on River Sediment Changes of the Upper Reaches of Yangtze River

The sediment load and river sedimentation of the upper reaches of Yangtze River has been undergoing constant changes as complex landformlarge mountain area and plentiful precipitation make the drainage area of Yangtze River very vulnerable to water erosion and gravity erosion. Through analyzing the hydrological and sediment load statistics recorded by major hydrological stations along Yangtze River since 1950s, and editing the accumulation graph of annual runoff volume and annual sediment load, we find out that the suspended-sediment of Yangtze river has been decreasing year by year in Wulong Hydrological Station on Wujiang River, Beibei Hydrological Station on Jialingjiang River, Lijiawan Hydrological Station on Tuojiang River and Gaochang Hydrological Station on Minjiang River, Yichang Hydrological Station, Cuntan Hydrological Station along Yangtze River mainstream share the same experience too. But the statistics obtained at Pingshan Hydrological Station on Jinshajiang River shows the sediment load there has increased. Taking ecological construction, hydraulic engineering construction and precipitation changes into consideration, the thesis analyses the cauls for the sediment load decrease of Jialingjiang River, Tuojiang River, Minjiang River and Wujiang River and provides us both scientific foundation for further study of river sediment changes of the upper reaches of Yangtze River, and measures to control river sedimentation.     

1960-2007年无定河流域径流情势变化及其归因分析

在气候变化和人类活动的双重影响下,流域径流过程会发生显著改变.利用M-K法、有序聚类法、Yamamoto法对无定河流域径流量进行水文变异诊断,利用IHA/RVA法对变异前后径流情势进行对比分析,并量化分析气候变化和人类活动对径流改变的影响.结果显示:1)1970-2007年无定河流域径流量呈现显著减小趋势,并在1971年发生减小突变;2)突变后径流情势发生改变,径流量年内分配、极端流量及其发生时间、频率、平均延时等均具有较高改变程度;3)枯水期平均流量、最小90日平均流量和高流量平均延时可作为识别无定河流域径流量突变的关键指标;4)无定河流域径流量的减少受到气候变化和人类活动的综合影响,且气候变化和人类活动对径流量减少的贡献率分别为36.57%和63.43%.      

Analysis on river sediment changes of the upper reaches of Yantze River

The sediment load and river sedimentation of the upper reaches of Yangtze River has been undergoing constant changes as complex landform, large mountain area and plentiful precipitation make the drainage area of Yangtze River very vulnerable to water erosion and gravity erosion. Through analyzing the hydrological and sediment load statistics recorded by major hydrological stations along Yangtze River since 1950s, and editing the accumulation graph of annual runoff volume and annual sediment load, we find out that the suspended-sediment of Yangtze river has been decreasing year by year in Wulong Hydrological Station on Wujiang River. Beibei Hydrological Station on Jialingjiang River, Lijiawan Hydrological Station on Tuojiang River and Gaochang Hydrological Station on Minjiang River, Yichang Hydrological Station, Cuntan Hydrological Station along Yangtze River mainstream share the same experience too. But the statistics obtained at Pingshan Hydrological Station on Jinshajiang River shows the sediment load there has increased. Taking ecological construction, hydraulic engineering construction and precipitation changes into consideration, the thesis analyses the causes for the sediment load decrease of Jialingjiang River, Tuojiang River, Minjiang River and Wujiang River and provides us both scientific foundation for further study of river sediment changes of the upper reaches of Yangtze River, and measures to control river sedimentation. Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China (50099620) Biography: ZHONG Xiang-hao (1942-), male, researcher, research direction: mountain environment and ecology.     

基于样本熵理论的长江干流径流序列复杂性分析

基于样本熵理论,选取宜昌站、汉口站和大通站为长江干流主要水文控制站,对3站的径流序列进行分析,研究长江干流径流序列复杂性的空间分布及动态变化特征。结果表明:长江干流径流序列复杂性具有明显的空间差异性,从上游到下游总体上呈现增加趋势。各站的样本熵值与年径流量均呈现负相关关系。宜昌站和大通站径流序列复杂性处于不断增加趋势,汉口站21世纪以来呈现增加趋势。     

气候变化对挠力河径流量的影响

利用Mann Kendall突变检验法分别分析了1956—2005年50年来的宝清站和菜嘴子站年平均径流量演变的阶段性特征,并建立了径流 降雨的经验模型,利用该模型分析了气候变化和人类活动对径流的影响.研究结果表明：50年来宝清站和菜嘴子站的年平均径流量演变可分为两个阶段:1956—1967年的基准期和1968—2005年的变化期.变化期内径流量的年际和年内都发生了较大变化,体现在年平均径流量减少显著,两个站的年平均径流量减少量都在50%左右.径流变差系数有不同程度的增长,其中菜嘴子站增长了近30%.年内分配变化主要体现在径流峰值上,菜嘴子站的夏季径流峰值和最低值的出现时间都较第一阶段提前了一个月.变化期内年均径流量的变化主要是由人类活动引起的,气候变化引起的径流量变化占年均径流量总变化量的40%左右.     

近50年渭河关中地区地表径流变化及其归因分析?

采用流域水文过程模拟和水文气象统计学相结合的方法,归因分析了近50a来渭河关中地区地表径流的变化.通过对关中地区1958—2008年水文气象要素进行趋势检验分析,发现近50a来该区域地表径流量呈现显著下降趋势,而降雨量和潜在蒸散发量没有明显的变化,说明径流的变化主要受人类活动的影响,并用Mann-Kendall法检验出1990年为径流过程的突变点.基于此,构建SIMHYD月降雨—径流水文模型,以1958—1989年为模拟预处理期,1990—2008年为模拟检测期,通过模拟分析获得气候变化和人类活动对径流影响的归因分析结果.同时采用改进的气候弹性系数法对上述径流变化归因分析进行验证,也得到了近似的结果.结果表明,气候变化对径流减少的影响程度为18%~22%,而人类活动为78%~82%.     

基于生态补水的永定河流域径流变化分析

大规模的跨区域生态水量调度,在恢复长期断流河道生态水量需求的同时,也打破了流域原有的水文循环规律．为识别生态补水对河道径流的影响,本文开展了永定河流域年径流历史序列时空变化及生态补水前后对比分析．结果表明:流域年径流量呈显著性减少趋势,且在1983年存在变点;变点年后年径流量大幅度减少,且日径流量历时曲线显示变异后低流量的分布历时增加,年内日径流量的差异变大;开展大规模生态补水工作以后,官厅水库年入库流量较之前多年平均有明显提高,年内逐月流量过程恢复明显的双峰过程,生态流量满足率显著提高,生态补水对现状条件下河道径流起到了积极作用．      

龙川江流域近50年气温、降水及径流的变化趋势分析

根据有关气象和水文台站的实测资料,利用均值、线性倾向、累积统计距平等方法,统计分析龙川江流域近50年(1960年—2009年)气温、降水和径流的年际、年内变化,并用非参数Mann-Kendall检验法对气候和水文要素的变化趋势进行显著性检验。结果显示:研究区内多年平均气温呈上升趋势,尤其自上世纪80年代以来增暖趋势明显,其中:低气温升高对年平均气温的影响较大;流域多年平均降水量呈现显著增长的趋势,上世纪90年代是一个降水量由少变多的年代,在年内分配上,降水量在不同季节的变化呈现出不同的规律;径流量则表现出微弱的减少趋势,说明人类活动的影响在部分水文气象要素的变化趋势中可能占据了主导地位。     

基于HHT方法的洪家渡水电站年平均流量多尺度演变分析

应用基于经验模态分解(EMD)的Hilbert-Huang变换(HHT)方法对洪家渡水电站1951~2005年的天然年平均流量系列进行了分析研究,并对未来洪家渡水电站年平均流量变化进行了预测.结果表明:洪家渡站年平均流量存在准3 a、准9a、准11a及准30a的波动周期;各时间尺度振荡的方差贡献以3a和9a的为最大;未来5年,洪家渡水电站年平均流量减少的趋势将逐渐扭转,年平均流量将逐年增加.     

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．