基于极值同频率法的非一致性年径流过程设计方法--以跳跃变异为例

由于气候系统变化和高强度人类活动的影响,天然年径流序列失去了一致性。为了适应变化环境对工程水文分析计算的新要求,本文以跳跃变异为例提出了基于极值同频率法的非一致性年径流过程设计方法:首先,采用水文变异诊断系统对不同时间尺度径流序列进行年际和年内分配情势变异分析;其次,根据年际变异和年内分配情势变异的时间点,将径流序列分段;再次,基于径流年际变异诊断结果,采用变化环境下非一致性水文频率计算方法计算不同时间尺度径流量变异前后过去不同保证率下的设计值;最后,基于径流年内分配变异诊断结果,在径流年内分配变异前后利用极值同频率法进行年径流过程设计。以东江岭下站为例,进行了非一致性年径流过程设计,并与未考虑"非一致性"影响的年径流过程设计结果进行了比较,发现岭下站设计年径流过程受"非一致性"影响显著,该结果可为东江流域水利工程的规划设计提供参考和依据。     

年径流变异序列水文频率分析计算

径流序列的水文频率分析计算是水资源评价等的基础,由于受频繁人类活动和气候变化的影响,天然年径流序列失去了一致性.对于变化环境下产生变异的水文序列频率计算,相对于传统的"还原"(或"还现")分析计算方法,非一致性(变异)水文序列的统计分析计算方法有很大的优势.该文运用该方法对兰州站2008前实测年径流序列进行了频率分析计...     

流域水文变异综合诊断检测分析

受环境变化和人类活动因素影响,近年来渭河流域水文生态发生较为明显的变化,已严重影响到生态及社会经济的可持续发展。文章基于渭河流域水文气象条件,综合不同诊断模块及可行的前后置程序,探索水文变异诊断过程,根据水文变异点及变异前后情况提出相应的处理方案,成果对流域水文变异诊断具有一定的指导价值。     

黄河干流水文指标的变异

应用水文变异方法对黄河干流唐乃亥、兰州、头道拐、潼关、花园口和利津6个关键断面水文指标的变异程度进行了分析,结果表明:近年来黄河干流水文指标有很大的变异,主要原因是水库运行和干流引水。6个断面水文指标的变异程度大体可分为3个层次,兰州和利津断面属第一层次,发生明显改变,头道拐、潼关、花园口为第二层次,改变比较明显,唐乃亥断面为第三层次,变异程度相对较低;兰州和花园口断面系水库泄流控制站,改变指标主要集中在水库削峰补枯引发的极值和丰枯流量的变化上,头道拐、潼关、利津受灌区和沿黄城市引水的影响较大,表现为很强的与农业用水规律相关的指标改变分布     

具有跳跃变异的非一致分布水文序列频率计算方法

研究具有跳跃变异的非一致分布水文序列频率计算方法。应用全概率公式,推导了具有跳跃变异的非一致分布水文序列频率计算公式,给出了经验频率和理论频率计算以及相应的计算步骤。通过对渭河流域泾河张家山站1932—2006年年平均流量序列的实例计算,表明文中的计算公式可以灵活地选用目前常用的频率分布,适用多个变异点的非一致分布水文序列频率计算,借助现有的统计计算函数包,不难获得相应设计频率的设计水文值。文中水文序列频率计算具有严格的数学基础,以期为非一致分布水文序列频率的计算提供理论技术支撑。     

基于滑动偏相关法的水文气象序列变异诊断

选取塔里木河流域源流区叶尔羌河与和田河1960—2015年逐月实测径流资料及同步气象观测资料,对研究区水文气象要素序列演变规律进行了分析,运用Pearson相关系数法分析径流与气象要素(气温、降水)的相关性,将偏相关系数法与数据滑动窗口技术相结合进行水文气象要素联合序列的变异诊断,并采用双累计曲线法进行了验证。结果表明:①叶尔羌河年径流量以2.24亿m~3/10 a的速率显著增大,未来将持续呈增大趋势;年降水量以6.70 mm/10 a的速率显著增大,未来将呈持续增大趋势;年均气温以0.29℃/10 a的速率显著升高,未来呈持续升高趋势。②和田河年径流量以1.25亿m~3/10 a的速率显著增大,未来将呈增大趋势;年降水量以3.24 mm/10 a的速率增大,未来呈持续减小趋势;年均气温以0.42℃/10 a的速率显著升高,未来呈持续升高趋势。③叶尔羌河与和田河年径流量均与夏季气温的相关系数最大,表明研究区气温升高导致冰川融雪增加,间接影响了塔里木河流域源流区河流的径流量变化。④叶尔羌河与和田河的径流—气温关系均发生了1次变异,其中叶尔羌河的变异点为1997年,和田河为1995年。     

水文序列小波分析中小波函数选择方法

将信号离散小波变换中常用的7个小波系共54个小波函数作为选择范围,应用蒙特卡罗方法,通过黄河利津站和浙江白溪流域的实测水文序列,探讨小波分析中影响小波函数选择的因素,进而建立合理选择小波函数的依.据和方法.该方法应用每个小波函数对水文序列进行小波分解,并重构得到低频重构序列和高频重构序列两部分及相应的特征值,依据相应的小波函数选择判别标准分析特征值,从而得到合理的小波函数.研究结果表明,序列自身的变化特性是小波函数选择的重要影响因素;整体上序列变化特性越复杂时,适用的小波函数类型就越少.对两个流域资料分析结果验证了本文的小波函数选择方法的合理性.     

水文时间序列突变点分析的启发式分割方法

水文时间序列突变点的检测是水文统计分析中的一项重要内容,但由于水文时间序列的非线性、非平稳性,导致对检测水文时间序列突变点的技术要求较高。建立了时间序列变点分析的启发式分割数学模型,以此来分析水文时间序列均值的突变。以理想的水文时间序列为仿真基础,结合合水水库的月径流序列,采用启发式分割算法得出去除周期成分后的月径流序列的突变点,以此证明了启发式分割算法检测水文时间序列突变的可行性和优越性。结果表明：4个突变点中,3个突变点集中于水库建成后不久,说明人类活动的剧烈影响为主要驱动力,加剧了对入库月径流量的影响,造成月径流的频繁波动和数次突变点的产生。     

基于滑动移除近似熵的泾河径流序列变异分析

利用滑动移除近似熵对泾河张家山站1960—2001年径流序列的变异点进行了分析。结果表明:张家山站径流序列在1967年、1971年、1983年、1996年均发生了变异;相对于滑动近似熵和Mann-Kendall检验法,滑动移除近似熵的诊断结果更加稳定,具有对滑动窗口的依赖性小、方法简便、检测准确性高等特点。     

水文时间序列周期分析方法的研究

水文时间序列基本上具有周期性,但并非物理意义上的周期,而是概率学中的周期。进行时间序列周期的识别和判断是比较难的问题,因此,怎样进行时间序列周期的分析与检测,已经成为水文研究者重点关注的问题。     

混沌水文时间序列区间预测研究

本文提出了一种混沌水文时间序列区间预测算法。该算法首先利用关联积分法计算嵌入参数，重构水文时间序列的相空间，而后采用交叉迭代模糊聚类算法确定当前时刻相点的相似状态，并依据给定的不同区间风险度，动态得到未来某一时刻水文要素值的取值区间。作为分析研究，本文采用长江寸滩水文站的月径流时间序列作为研究对象，对其进行非线性水文中长期区间预测研究。结果表明该方法不但可以避免混沌点预测中局部邻域确定的任意性问题，而且还避免了混沌点预测中必须模拟确定性的混沌规则，无法控制其误差的问题。     

基于ARMA模型的水文序列相依变异分级方法及验证

受自然和人为等因素的影响,水文情势和地理环境不断发生显著变化,不同水文要素形成的水文时间序列常呈现出一定的相依性。为定量研究水文序列中的这种相依现象,本文以自回归滑动平均模型ARMA为例,选取原始水文序列与其相依成分间的相关系数为衡量标准,提出对相依变异强弱程度分级的一种方法。先用公式推导的方式从原理上阐明相关系数与序列的自回归系数和滑动平均系数存在的关系,从而建立相关系数与序列自相关系数的联系,再选择合理阈值作为分级界限,把相关系数划分为5段区间,对应描述5种不同强弱的相依变异程度。分别以较低阶数的ARMA模型为例,通过统计试验验证了以相关系数作为分级指标的合理性。将所提方法分别应用于模拟时间序列和实测水文序列,并结合物理成因从气候变化和人类活动两个方面对实测径流序列的相依变异分级结果进行了分析与验证,结果表明该方法合理可靠。     

复相关在水文资料插补中的应用

在水文分析计算中通常用相关法来插补延长资料系列。两个因素之间的相关称为一元相关。三个及其以上因素的相关,称为复相关。而本文主要介绍三个变量之间的复相关在水文资料插补中的应用。     

水文序列趋势及形态变化的表征方法

变化环境下水文序列表现出非一致性,形态变化也呈现非单调性甚至非平稳性波动特征,导致传统的水文分析计算和水资源核算面临极大挑战。通过集成不同统计检验参数或方法,提出一套表征水文序列趋势形式及形态变化的指标体系,并以渭河流域咸阳站等7个站点年径流序列为例,验证了该方法的适用性。结果表明,该体系可较为有效地对具有相同Mann-Kendall检验值的不同水文序列的形态变化进行分析与对比,反映水文序列形态变化的宏观特征,实现不同水文数据序列间的空间差异性表征。     

长江上游大尺度分布式水文模型的构建及应用

针对面积达100万km2的长江上游流域,依据100m网格的数字高程模型DEM,基于流域的地貌特征原理,构建了10km网格的大尺度分布式水文模型。在建模过程中尽量利用相关的地理信息描述长江上游地区下垫面特点及其空间变化,并采用次网格参数化方法处理大网格内水文参数的非均一性。继而完整地模拟了1961～2000年的水文过程,结果表明,模型不仅较好地再现了河道的径流过程,而且能同时获得径流深、蒸散发和土壤含水率等水文要素在流域空间上的分布及其变化。     

基于IHA-RVA法四水流域水文情势变化评估

为了分析湘江、资江、沅水、澧水流域的水文情势变化情况,选取了湘潭、桃江、桃源和石门4个代表性水文站1959—2016年历史流量资料,应用Mann-Kendall法、累积距平法检验以及滑动T检验法分析湘、资、沅、澧四水的水文特征与水文突变点,并应用水文指标变动范围法(IHA-RVA)和水文改变度法综合评估了四水各站点突变前后水文指标改变程度。研究结果表明:(1)1959—2016年四水流域的湘潭、桃江、桃源站年均流量均呈不同程度的增长趋势,石门站呈降低趋势;湘潭、桃江、桃源、石门站各水文站年均流量变化的突变年份分别为1991、1987、1989和1973年。(2)通过对水文突变前后各水系的水文情势的大小、频率、历时、发生时间和变化率5组水文指标以及变化程度分析,4个站点水文整体改变度分别为36%、22%、35%和42%,其中只有桃江站改变度为低度改变其余3站都处于中度改变。该研究成果可为四水流域水文情势影响评价以及流域水生生态安全提供技术支撑。     

西江流域水文干旱时空特征分析

选取1951—2010年西江干、支流上5个典型水文站的实测日径流资料,基于标准化径流干旱指数(SRDI)研究了西江流域水文干旱的时空变化特征。结果表明:11951—2010年西江流域的水文干旱主要发生在1950 s、1960 s和2000 s,1950 s冬季、1960 s春季、1980 s夏季和2000 s秋季是干旱频发的时期;2西江年最大干旱日数在同一站点连续出现的时间不超过5年。流域内轻旱的发生范围有扩大趋势,而极旱则相反,多向区域发展。3西江流域的水文干旱具有区域性,4条支流同期的干旱发生水平差异较大,过去60年间只1963年、1989年、1991年、2009年和2010年4条支流同时发生了水文干旱。     

清流河流域场次暴雨洪水特征及其对降水的响应关系

暴雨洪水是主要的自然灾害,分析暴雨洪水特性及其与气候要素的响应关系对流域防洪减灾和水资源可持续利用等方面具有重要意义。根据清流河流域102场暴雨洪水资料,系统分析了场次暴雨洪水过程特征、径流组成以及洪水特征要素与降水指标之间的响应关系。结果表明:场次降雨特征在一定程度上决定了洪水过程变化,水利工程修建和下垫面变化等人类活动对暴雨洪水过程特征有一定影响;场次暴雨洪水的产流系数总体具有递减趋势,但地表径流占径流总量的比率有增大趋势;场次径流量及洪峰流量与场次降水量之间具有较好的相关性,雨强对清流河流域暴雨洪水特征影响相对较小,蓄满产流是清流河流域主要的产流机制。