分形理论在生态水文学中的应用综述

在系统评述分形理论在生态水文学领域的应用研究现状的基础上,指出目前应用中存在着将分形维数作为复杂系统的惟一刻画显得过于单一,对研究对象的内在规律性的分析不够深入,对植物与水的关系之间的分形机理还未进行深入研究,对生态水文学研究的核心问题水循环过程与生态过程的相互作用机理的分形研究还比较薄弱等问题,并对分形理论在生态水文学领域的应用前景进行了展望.     

流域洪水资源利用的理论框架探讨I:定量解析

自21世纪初以来,中国北方地区干旱缺水的严峻形势,催生了旨在挖掘洪水利用潜力、缓解水资源短缺矛盾的"洪水资源利用"的概念出现,并迅速成为防洪和水资源高效利用领域的研究热点。论文在梳理总结多年研究积累的基础上,从洪水资源利用概念形成与流域水量平衡方程出发,建立了流域洪水资源利用的定义和概念性模型,指出洪水资源利用的本质是风险与效益的博弈;采用极限分析理论,推理辨析与洪水资源利用潜力评价密切相关的若干概念及其定量关系;论述常见洪水资源利用方式基本原理和技术关键,进而建立涵盖洪水资源利用潜力评价、利用方式选择和风险效益评估于一体的流域洪水资源利用模式。     

区域洪水资源可利用量评价分析

从洪水形成特征及其在地表径流中的特殊表现形态,以及洪水对社会经济系统发展和生态环境系统演变的作用和使用条件等角度,阐述了区域洪水资源可利用量概念。根据区域洪水资源可利用量评价目标要求,提出了从区域洪水资源量中扣除不可利用量以估算洪水资源可利用量的扣除法和将区域洪水资源利用措施当作完整系统,以安全、有效利用为目标建立优化模型进行的系统分析法;最后以海河流域北三河水系中的潮白河北京山区为例,进行了洪水资源可利用量计算与洪水资源开发利用现状分析。计算结果表明,扣除法所得3种频率（25%,50%,50%）的洪水资源可利用量比系统法分别高出8.17％、5.54％和10.20％,平均相对误差约7.97％,但两种方法结合使用可使计算结果得到互相验证,对区域洪水资源评价仍具有实用价值。     

太湖流域洪水识别与洪水资源利用约束分析

随着人口增长和经济的迅速发展,太湖流域出现了洪涝灾害、水资源短缺与水环境恶化三者并存的局面,水资源问题已成为制约区域经济社会可持续发展的主要因素。依托防洪工程体系和河湖水系,完善洪水调控方式,促进洪水与水量、水质调度相结合,对于强化太湖流域水资源综合管理具有重要意义。在分析太湖流域洪水特性的基础上,结合降水和水位等要素,划分了太湖流域“洪水期”,从水量平衡角度识别和解析了太湖流域洪水过程,阐明了太湖流域洪水资源利用的实质,提出了流域洪水资源利用的防洪安全、供水安全及水环境安全约束条件,初步总结了太湖流域洪水资源利用识别体系,为开展太湖流域洪水资源利用评价和改善流域洪水调控模式奠定了基础。     

Validation of MSWEP daily and extreme precipitation of the Taihu Lake Basin in Jiangsu ProvinceEI北大核心CSCD

基于1979—2019年江苏省太湖流域雨量站实测降水资料,综合解析了全球性降水资料MSWEP(multi-source weighted-ensemble precipitation)对日降水量和各历时极值降水量的表征能力。结果表明:MSWEP对研究区日降水量总体上有较强的解释能力,但在山丘区较集中的湖西区和以水域为主的太湖区两个水利分区的精度相对较差,同时MSWEP难以捕捉到暴雨等级的日降水事件;MSWEP可大致反映研究区各历时极值降水量的空间分布格局,但在细节特征上与地面降水场仍有一定差异;随着历时增加,MSWEP极值降水量的精度不断提高,MSWEP对15 d及更长历时极值降水量具有较强的定量表征能力;MSWEP日降水量和极值降水量的误差与降水强度之间均有显著的线性负相关性,存在较明显的“低值高估、高值低估”现象,且MSWEP的精度与空间尺度有关;在研究区面平均尺度上,由于降水量的空间均化效应和尺度不匹配性的消除,MSWEP对日降水量和极值降水量的表征能力明显优于栅格尺度。     

基于改进NSGA-Ⅱ的龙江和瑞丽江梯级水电站联合优化调度EI北大核心CSCD

针对NSGA-Ⅱ应用于梯级水电站优化调度存在大量非可行解影响寻优效率的问题,考虑相邻阶段相互制约关系,提出基于个体面临时段双向约束技术改进的NSGA-Ⅱ。以龙江-瑞丽江流域的龙江水电站(上游)与瑞丽江一级水电站(下游)为例,建立多目标联合优化调度模型,优选典型年最优调度方案并与水电站独立调度对比。结果表明,改进算法解决了非可行解参与进化甚至收敛于非可行Pareto前沿的问题;随着来水渐枯,典型年Pareto前沿范围趋于缩小,龙江水电站汛期蓄水时间逐渐提前,枯水期水位下降时间滞后;与独立调度相比,联合调度的径流补偿作用使龙江水电站发电量略有减小,而系统总发电量增加3.47%~10.02%,也显著降低了瑞丽江一级水电站枯水期弃水量。     

江苏省太湖流域MSWEP数据与地表站网雨量资料融合研究

以江苏省太湖流域采用空间降尺度处理后的MSWEP日降水数据为基础，开展基于地理加权回归方法的MSWEP与地表站网资料的降水融合研究，解析了降水融合数据较原始MSWEP数据的精度改善情况。通过对1979—2019年的长系列研究结果发现，MSWEP日降水与站网降水融合后，对研究区域日雨量场空间变异性的刻画能力明显提高，其平均绝对误差、相关系数等各项定量精度指标均有所改善。     

太湖流域降水不均匀性研究

基于1951—2011年逐日降水数据,采用信息熵分配紊乱指数、基尼系数和变差系数3种不均匀性指标,分析旬、月时间尺度上太湖流域及各分区降水分布的不均匀性。比较3种不均匀性指数的差异,并探讨指数与流域洪涝灾害的相关关系;同时采用基于预置白处理的Mann-Kendall方法和Hurst系数,诊断降水不均匀性指数的变化趋势及持续性,分析对流域旱涝灾害情势的可能影响。结果表明:3种不均匀性指数间的差异较小;当年或汛期降水总量和不均匀性指数值均较大时,太湖流域较容易遭遇洪涝灾害,而在降水总量较小且不均匀性指数值较大时,则容易遭遇干旱灾害。在月时间尺度上,太湖流域汛期降水的不均匀性将持续增加,降水分布具有更为集中的态势,发生洪涝灾害的风险将有所增加。因此,有必要继续分析降水在空间上的不均匀性,以揭示降水在空间尺度上的分布差异,继而为流域防灾减灾提供技术支持。     

基于联合分布的太湖流域梅雨特征研究

为了研究太湖流域梅雨特征量中入梅时间和梅雨量之间的相互关系,首先利用3种拟合评价方法优选单变量的边缘分布,然后基于Copula函数理论构造两变量的联合分布,并用所建的联合分布分析不同情况下入梅时间与梅雨量的遭遇概率和条件概率。结果表明:太湖流域不同入梅时间遭遇不同梅雨量的概率有明显差异,总体上仍以入梅时间和梅雨量正常遭遇为主,不同入梅条件下仍是出现正常梅雨的概率较高,但入梅偏早时出现梅雨偏丰的概率达0.417,入梅偏晚时出现梅雨偏枯的概率也达到0.374。因此,在太湖流域入梅偏早的情况下要密切关注流域防洪情势的变化;而当入梅时间偏晚时,则应注意流域出现干旱的情况。研究可为流域相关部门尽早采取防汛抗旱及水资源调度措施提供决策依据。     

基于水量与水质的流域初始二维水权分配模型

基于水资源量质统一的基本属性,论述了用水与排污双总量控制的必要性以及初始水量权与初始排污权统一分配的科学性,提出二维水权的概念。确定了流域初始二维水权分配遵循的具体原则,建立了各原则视角下的水资源系统和谐度函数;构建了以水资源系统和谐度最大为目标的流域初始二维水权分配模型。以北江流域为背景进行实例分析,计算结果表明:本文模型有效,并且通过建立超标排污对水量分配的惩罚函数,把超标排污的外部性内化到水量分配上,实现了初始水量权与初始排污权分配的统一。