基于启发式分割和近似熵法的径流序列变异诊断

对河川径流的变异研究不仅有助于掌握变化环境下径流的演变规律,还能提高水文分析、水文模拟以及水文计算结果的准确度。以渭河流域为研究对象,采用启发式分割和近似熵方法,对渭河年径流序列进行了变异诊断,诊断结果表明:林家村以上流域存在1971和1994年2个变异点;张家山以上流域无变异点存在;整个渭河流域存在1969和1993年两个变异点。此外,通过对渭河径流变异归因分析可知,该流域径流变异主要是由气候变化(1971年的El Nino和1994年的ENSO事件)与人类活动(水利工程建设、流域下垫面的改变以及大量开采地下水和地表水)的共同作用所导致的。     

渭河流域陕西片的水环境特性

针对流经陕西境内的渭河干流主要断面的流量逐年减少,而入河污染负荷却保持着增加趋势,导致渭河水质超标严重这一水环境现状,分析了渭河流域陕西片的降雨特性,并以降雨形式、地表特性(土壤类型,前期土壤湿润程度,土地利用)、地形特征等因素为基础,利用SCS模型进行了流域产流量的模拟计算。从降雨量与产流量的关系表明,单场降雨量小于6 mm时较难产生地表径流;由于流域片内除径流外没有可以利用的其他水资源。提出了改善渭河水质须削减入河污染负荷和增加河道流量并行措施。     

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Hurst 系数的水文变异分析方法

基于Hurst系数对时间序列长期相关性分析的原理,结合R/S分析和分数布朗运动理论,提出一种从整体上识别与检验时间序列变异及其变异程度的分析方法.该方法首先运用R/S分析方法,计算序列的Hurst系数值,进而计算其相关函数值;然后在给定显著性水平下,根据相关函数是否通过假设检验以及相关函数的大小将变异程度划分为:无变异、弱变异、中变异、强变异、巨变异等5个等级,并将Hurst值对应地划分为5个区间;最后在实际应用时,只需根据实测水文序列的Hurst系数值及其所属的变异等级区间,就可以判断序列是否变异及其变异程度.对潮白河和无定河流域年降雨,无定河、疏勒河、红崖山流域年径流的43年资料进行变异分析,结果表明潮白河年降雨变异不显著(无变异),无定河年降雨为弱变异,而无定河、疏勒河、红崖山年径流变异显著,其变异程度分别为中变异、强变异和巨变异.     

渭河流域近50年来气候变化趋势及突变分析

基于渭河流域1958—2008年的主要气象数据,采用Mann-Kendall和R/S方法,对渭河流域降水和气温2个要素的时间序列进行趋势分析,在此基础上采用Mann-Kendall法对其突变点进行检验.结果显示:1)渭河流域年均气温在时间上呈现出明显上升的趋势,其中春季、秋季、冬季的上升趋势非常显著;在空间上则表现为中游地区气温最高;从整个流域Hurst指数分析看,未来渭河流域年平均气温仍将持续升高,但变异程度不显著.2)渭河流域的年降水量在时间上呈现出一定的减少趋势,其中春季和秋季降水显著减少,冬季降水量增加;在空间上表现为从上游到下游逐渐增加;从Hurst指数看,渭河流域的降雨序列处于弱变异状态,未来的降水变异不显著.3)对渭河流域近50a的气温和降水进行突变分析,大部分站点气温突变出现在20世纪90年代,之后显著变暖,与突变前相比较有明显差异;降水量突变点较多,每个年代都有不同程度上的突变,20世纪60年代和90年代尤为显著.     

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。     

气候变化和人类活动对渭河流域径流的影响

以渭河流域为例,采用敏感性系数方法和模型模拟方法估算分析气候变化和人类活动对流域径流的影响,探讨变化环境下气候变化和人类活动对流域径流变化影响的贡献.研究结果表明,渭河流域几乎所有水文站控制流域的径流在1990s出现了明显下降趋势.径流对降水量变化比对潜在蒸散量变化敏感,降水和潜在蒸散发引起的气候变化影响在渭河上中游林家村、魏家堡和咸阳站控制流域较小,而在其他站控制流域的影响较大,占径流总量减少的40％以上.人类活动对径流的影响在渭河上中游林家村、魏家堡和咸阳站控制流域,泾河下游张家山站控制流域大于50％.     

基于地理信息的渭河流域陕西片降雨径流模拟

径流模拟通常基于流域地形、土地利用、土壤类型等信息数据,以及水文气象资料。以渭河流域陕西片为计算实例,分析了流域地形、土壤类型、土地利用、前期土壤湿润程度等地理信息参数,按照地理信息层叠加方法划分径流模拟计算单元,应用SCS模型模拟径流过程。同时,结合降雨特性及主要降雨形式分析,给出降雨量与径流量的相关关系。结果表明:径流模拟值与实测径流趋势具有较好的一致性,说明模型确定的地理参数较为合理,可以应用于关中平原典型流域的径流模拟。     

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。     

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.     

近50年澄碧河流域降雨径流变化趋势及成因分析

为探讨岩溶区流域降雨径流变化特征,基于澄碧河流域1963年至2011年共49 a的降雨径流序列,运用Mann-Kendall方法、Hurst指数法和双累积曲线法分别进行趋势及突变分析、序列未来的趋势预测分析和降雨径流变化产生的影响分析,在此基础上,结合流域的历史及地质资料探讨降雨径流关系发生变化的成因。结果表明:①流域降雨量的年际、汛期以及非汛期序列均呈现显著增加的趋势,且年降雨量的突变年为1986年,而径流量的非汛期序列却呈现显著减少的趋势,并在1990年发生突变;②流域的降雨径流相关关系发生了变化,流域水资源量减少达到12亿m~3/a;③流域内降雨径流的变化是由人类活动、喀斯特岩溶性的地质构造特征和降雨分布特点导致的。     

渭河流域环境研究的空间分布特征

目的通过总结渭河流域环境研究的主要问题和方法,以期为改善和研究该区域的生态环境问题提供科学依据。方法在整理分析渭河流域环境研究资料的基础上,从渭河流域环境研究的主要方法、主要内容以及研究的区域等方面入手,分析了渭河流域环境研究的空间分布特征。结果渭河流域环境研究的重点区域是渭河流域中游段,即宝鸡峡—咸阳铁桥段,次重点区域是渭河下游段,即宝鸡—潼关段,非重点区域是渭河上游段,即渭河源头—宝鸡段。结论应加强渭河上游及主要支流的环境研究工作,增强不同流域段相互关系的研究,对重点区段的环境研究应采用多种方法结合进行。     

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。     

渭河流域河川径流对气候变化的时空响应机理

基于流域DEM、土地利用、土壤等空间数据,以及降雨、气温等气象数据,构建了渭河流域SWAT模型分区径流模拟平台,分析了历史气候变化对流域径流的时空影响;通过气候情景假设法,进一步研究了该流域河川径流对未来气候变化特征的时空响应.结果表明:在时间上,1990s气候变化对径流的减少程度大于2000s,减少贡献率分别约为75%和50%;年降雨增加/减少5%,年径流增加/减少10%~15%,年气温增加/减少0.5℃/1℃,年径流减少/增加幅度小于3%;季降雨增加5%或减少5%/10%,各季径流响应程度差异不大,但当季降雨增加到10%时,冬季径流增加显著(约50%);春季和冬季径流对气温降低较敏感,秋季和冬季径流对气温升高较敏感,季气温增加或减少0.5℃/1℃,季径流变幅均小于10%.在空间上,历史气候变化对径流的影响程度为:上游大于下游,泾河大于北洛河;年径流对降雨的响应空间差异不大,但对气温上升的敏感度干流大于支流,对气温降低的敏感度干流小于支流;季径流对气候变化的空间响应均为干流大于支流.     

半世纪来济宁市水文情势变化研究

运用Mann-Kendall、Spearman秩次相关检验法、小波分析、持续性分析及多种统计学方法对半世纪来济宁市降雨序列、年平均气温序列及泗河年径流序列的变化趋势、周期及相关性进行了分析。结果表明,济宁市在气温升高的趋势下,年降雨量没有变化趋势而泗河年实测径流量序列呈显著减小趋势;年平均气温和年降雨分别存在18年和9年左右的变化主周期;年平均气温、年平均径流序列的持续性较好而年降雨量序列的持续性较差,且济宁市的气温变化特点与华北地区的气温变化特点相同;年降雨与径流有着较好的同步性,人类的水事活动及土地利用形式的变化对径流造成影响;年降雨量受年平均气温的影响,其变化滞后于气温变化约15年左右。     

基于SWAT模型的渭河流域非点源氮污染分布式模拟

以渭河华县断面以上流域为研究区,应用SWAT模型对该区域的径流、泥沙及氮污染负荷的产生与输出过程进行模拟计算.利用华县站1987-1988年的实测月径流、泥沙和污染物数据进行模型的调参计算,用1989-1990年的实测月径流、泥沙和污染物数据对模型进行验证,验证结果表明模型基本合理可行,可用于渭河流域非点源污染的模拟计算.利用率定好的模型对不同典型年进行了模拟计算,根据模拟结果对该区域的径流、泥沙和氮污染负荷的时空产生与输出特点进行了分析,为流域非点源污染防治规划提供科学依据.     

基于Morlet小波的径流突变检测

将小波理论引入径流序列的变异检测,从理论上证明了Morlet小波系数的过零点有可能是时间序列的突变点,对过零点进行统计检验,确定真实的突变点。分析渭河华县站1961—2006年径流尺度变化特征,形成各种尺度正负相间的震荡中心,其3个明显的周期变化规律分别为:1972年以前华县站的年均径流量基本以10年为周期产生振荡;1982—2001年基本以7～8年为周期振荡;在14～16年周期非常显著,且具有全域性。找到15年尺度下可能的突变点,应用Yamamoto检验法进行进一步的诊断,识别出1972年、1982年、1994年为径流突变点。     

东江径流年内分配不均匀性的年际变异识别

 基于变异性识别原理,采用均值变点识别的最大似然比法和方差变点的西沃兹信息准则法,以广东省东江为例,考虑流域内三大水库的影响,构建径流年内分配不均匀系数年际变化的实测序列和还原序列,研究河川径流年内分配的变化特征及其变异状况。结果显示：与还原序列相比,东江实测径流年内分配不均匀系数多年均值明显下降,介于0.47~0.63;年际变差系数却明显增大,介于0.34~0.48。不均匀系数的参数变点普遍存在,显著变点出现在1968年。与变点前相比,不均匀系数的多年均值和年际变差系数均明显下降,分别介于0.40~0.54和0.25~0.32。还原序列的不均匀系数不存在变点,但1968年仍为年序列的最大分割点。与分割点前相比,不均匀系数的多年均值变化不大,但年际变差系数均明显下降,而且下降程度大于实测序列。径流年内分配不均均匀系数的年际变异主要贡献来自于流域3大水库的径流调节,同时也存在其他因素影响着不均匀性的年际变化幅度。     

基于非平稳模型的喀什河流域气象要素对径流影响研究

基于该地区1966—2019年气象水文资料,采用Mann-Kendall趋势检验、Pettitt与Buishand突变检验方法,分析新疆喀什河流域径流在日、月、季及年尺度上的变化特征,并结合非平稳极值模型识别径流变化的主要气象要素.研究发现：(1)不同时间尺度的径流序列呈现增加趋势,主要集中在1995—1998年间发生突变.其中,强度较小的径流序列一般具有显著的增加趋势,而流量较高的径流序列变化趋势不显著.(2)温度对流域径流的影响较大,但是随着时间尺度增大,降雨的影响会逐渐增强.其中,日尺度主要受温度的影响,到了月尺度,开始受到降雨的影响,而季节尺度上主要受到降雨与温度的共同影响.(3)5—9月或者秋季的极端径流受降雨与温度影响更为明显,不同重现水平有所增强.研究成果可为完整揭示阐述新疆半干旱区流域水文气象演变机理提供参考.     

西昌机场路西昌学院段公路径流污染研究

本文通过对西昌机场路西昌学院段在降雨期间的连续采样,分析西昌机场路公路路面径流的污染特征。结果表明初期径流污染物浓度较高,固体悬浮物(SS)和化学需氧量(COD)最高分别为74mg/L、189mg/L;初期效应明显,路面径流污染物浓度随降雨径流历时呈前高后低的变化趋势。其很大程度上可能是与自然天气、降雨时间、车流量及路面清扫程度等因素密切相关,因此本文结合相关因素探讨了有效的控制方法,并提出建议。