关键词： 河川径流   演变特征   统计   洮河流域  

摘要： 以洮河干流4个基准站点的观测序列为基础,采用不均匀系数C_V、集中指数I_C、基尼系数G、M-K方法、U值曲线和Sen斜率等多种统计方法,对过去60年洮河径流的时空演变特征进行趋势、变幅及丰平枯变化等综合研究.结果表明,洮河径流年内分配不均匀性较大,汛期径流量占比54%~56%;各站点径流量年际变化趋势一致,1990年代以前呈增加趋势,之后减少,主要发生在汛期;U值曲线和差积曲线在划分径流平丰枯变化过程上互为补充,统计时段内洮河径流丰水期历时和出现的次数均小于枯水期.

关键词： 极端降水与极端径流   时空演变   M-K检验   长江中下游区域  

摘要： 利用1960—2012年间的长江中下游地区75个站点的逐日降水观测资料,基于11个极端降水指标,采用趋势分析、滑动平均、Mann-Kendall检验等方法对长江中下游地区各个子流域的极端降水事件的时空变化以及极端降水的集中度和集中期进行了研究。同时,分析了长江中下游干流区域4个水文站点的极端径流的变化情况,以期综合全面地分析极端事件的演变情况。结果表明:1)极端降水在各个子流域的大部分地区都表现为增加趋势,其中汉江流域西北部、中游干流区域东部、洞庭湖西部、鄱阳湖北部以及下游干流东北部显著增加;2)极端降水在总降水量中所占比例较大,这表明降水的形式更加趋于集聚化,并且比例自西北向东南逐渐减少,这表明越往西北部极端降水造成灾害的概率越大;3)长江中下游干流区域几个主要水文站点的极端径流各项指标均表现为较为显著地减小的趋势,极端降水和极端径流的变化趋势差异较大,这可能与人类活动有关(三峡工程)。

关键词： 水文学   景观格局   径流   泥沙   五华河流域  

摘要： 根据五华河流域1981—2011年逐月的气温、降水、径流量和输沙量数据,以及1991年、2000年和2011年的Landsat TM遥感影像,运用景观格局指数分析方法和统计学方法,从景观水平和斑块类型水平两方面探讨了景观格局演变对径流泥沙的影响。结果表明:景观水平上,景观多样性指数(SEI)和景观边缘密度(ED)与年径流量和年输沙量呈正相关,而景观形状指数(PSCV,AWMSI,AWMPFD)与年径流量、年输沙量、输沙量变差系数呈负相关。类型水平上,林地景观破碎度(PD)和边缘密度(ED)、草地形状指数和边缘密度,建筑用地的斑块破碎度与年径流量、输沙量有明显的正相关关系,而林地斑块形状指数,草地和耕地斑块破碎度,建筑用地边缘密度和形状指数则与年径流量和输沙量呈负相关关系。同时,林地斑块形状指数、草地和耕地斑块破碎度、建筑用地边缘密度和形状指数均与输沙量变差系数存在明显的正相关关系。

关键词： 河流流域   径流量   气候因子   人类活动  

摘要： 我国西南喀斯特地区面临着严重的水资源危机，制约着社会经济发展和生态恢复重建。而气候因子和人类活动是影响流域水文过程的两个主导因素。以往的研究对于岩性交错的喀斯特槽谷流域水文气象敏感要素历史时空变化规律认识不清，极端气候指数与径流量变化的相关关系不明确，气候因子和人类活动对流域地表系统断面径流总量的贡献难以分离和量化。因此，以流域地表下垫面为系统，探索二者对流域地表系统断面出口总径流量的影响，不但是喀斯特地区科学研究和社会经济的迫切需要，更是深入认识喀斯特地区水文过程机理的重要途径，对解决西南喀斯特地区水资源问题，保障长江珠江两大流域生态屏障具有重大的战略意义。\n 针对上述问题，本文以中国南方典型喀斯特槽谷区，长江流域乌江水系贵州北部的印江河流域（108°21′21″～108°47′27″E，27°53′17″～28°13′57″N）为研究对象，利用1961-2017年的气温、降雨实测日值资料，1984-2015年实测月值径流量和蒸发量实测资料，对流域内气象水文要素进行了变化趋势、突变时间、多时间尺度特征和未来持续性分析，以及流域内极端气候事件影响下径流量的变化研究。同时基于遥感调查水保工程措施、石漠化治理等对流域内人类活动变化过程进行了深入研究。本文以喀斯特槽谷下垫面地表流域为系统，将累积量斜率变化率比较法(SCRCQ)应用于喀斯特流域气候因子和人类活动对径流量变化影响的有效分离研究中，并定量评估了流域地表系统内部人类活动和流域系统外部气候因子对流域地表系统断面出口总径流量的影响及贡献率，诊断了对径流量影响显著的极端气候事件，并揭示了其相关关系，确定了降雨是影响喀斯特流域径流总量变化的主要影响因素。主要研究成果如下:\n (1)从空间转移的类别和面积量来看，各个时期，均以建设用地、耕地、林地和草地为主。1900-2010年间，印江河流域大面积的裸地和耕地锐减，向其他地类发生了大量转移，建设用地大面积增加，虽然林地少量转移为草地，但林地和草地的总面积仍有少量减少。从空间位置特征上看，印江河流域中部坝地、坝中丘陵和坝周山地的土地利用变化较为剧烈，主要是草地、林地和耕地的转移频繁。坝子、坝中丘陵和坝周山地作为一个土地利用系统而存在着非常密切的空间耦合关系。\n (2)利用Men-Kendall趋势检验法、Hurst指数定量分析了印江河流域1984-2015年32年以来径流量与气候因子的演变特征和未来趋势。结果表明1984-2015年间，径流量和降雨量均无明显增加趋势，而蒸发量呈显著下降趋势。在未来，径流、降雨和蒸发将表现出弱的正持续性特征，持续时间分别为21年、21年和27年。降雨和蒸发同处于Ⅲ级、较强持续性强度等级中，径流量持续等级最高，强度最强，为Ⅳ级，强持续性。这一特征表明，在未来持续时间内，径流和降雨将不断增加，而蒸发则持续下降。\n (3)利用累积距平法对径流量、降雨量、蒸发量和气温进行突变检验，结果显示径流和降雨具有相似的突变特征和阶段特征，而蒸发和气温的突变时间滞后于径流和降雨总量的1-2年。\n (4)利用持续小波分析法对径流量、降雨量和蒸发量的周期性演变特征进行了研究，结果显示径流量有着较强的多时间尺度特征，且受到气候因子的影响，尤其是受降雨量变化的影响，与降雨量有着5-10a和18-26a时间尺度共同的震荡周期，与蒸发量的共同震荡周期仅表现在5-15a时间尺度上。径流的周期变化特征与降雨量相似，具有较好的丰-枯转换特征，但与蒸发量呈反向对应关系。\n (5)印江河流域极端气温显著上升，极端高温事件次数呈现增多趋势。极端强度降雨事件和连续无雨日数均有缓慢下降趋势，而呈现中小雨的事件相对较多，干旱次数减少，其气候将表现为连续性极端高温条件下的连续性降雨多发的气候特征。未来无论白天还是晚上，极端气温都将有所上升，印江河流域未来将有可能出现显著的连续性高温事件。未来降雨量呈现持续增多，但是极强度的暴雨事件次数和降雨强度未来将有所减小，即干旱时段减少，而连续性中小雨事件增多。印江河流域极端气温事件的发生次数将远大于极端降雨事件的次数。极端气温事件中各种单一极端气温事件之间会相互影响，这种影响有正与负的影响。正的影响促使其他极端气温事件的发生，而负的影响将减少相关极端气温事件的发生。极端降雨事件中也存在如此相互影响的关系，只是其相互间影响均为正的影响，即不同程度的降雨事件将可能会引发其他程度的降雨事件，而极端气温事件与极端降雨事件的之间的影响较小，呈现为独立的发生发展特征。极端气候事件次数的变化对径流量变化具有重要的影响，时间尺度主要表现在6年时间尺度上。SU34.4（系统阈值夏日日数）、TNx（年日最低温的最大值）、TX90p（暖昼日数）、R10（中雨日数）、Rx1day（年最大1日降

关键词： 气候变化   径流   响应   西营河流域  

摘要： 基于1961—2015年西营河流域格点月降水、月均温、日最高气温、日最低气温,1956—2015年九条岭水文站月径流流量数据,运用M-K趋势检验、M-K突变检验、小波分析、模型构建等方法,在综合分析西营河流域近55年气候与出山径流演变特征的基础上,深入研究出山径流对气候变化的响应过程,并对出山径流在不同气候变化情景下的未来趋势作出预测。结果表明:(1)1961—2015年西营河流域的降水量经历了“波动中下降—微弱增加”的过程,整体呈微弱增加趋势。年均气温与潜在蒸散发量均呈“先减后增”、整体增加的变化趋势,转折点均为1983年。四季降水量、年均气温与潜在蒸散发量均在波动中增加,降水量在2002年发生突变,年均气温与潜在蒸散发量均在1996年发生突变。三者存在3a、16a左右的共同周期;(2)1956—2015年西营河出山径流年平均流量经历了“缓慢减少—快速增加—快速减少”的变化过程,整体呈微弱下降趋势,1990和2002年为其突变年份。就季节而言,出山径流流量春夏减少秋冬增加,夏季为出山径流年平均流量下降的主要贡献者;(3)地表径流流量和基流流量分别占出山径流流量的66%、34%,二者与出山径流年平均流量变化过程一致,仅有秋季的地表径流流量呈增加趋势,夏季为地表径流年平均流量下降的主要贡献者。基流流量春冬增加、夏秋减少,春季为基流年平均流量增加的主要贡献者。出山径流、地表径流、基流年平均流量均在2002年发生突变,与降水量突变的年份一致,气候要素与径流存在3a、16a左右的共同周期,西营河年径流深与年降水量呈现较好的正向同步变化特征,而其与年均温、年潜在蒸发量均呈现反向异步变化特征;(4)1961—2015年西营河径流系数平均值为0.551,秋季和夏季气象干湿变化对其水文干湿状况影响最显著。水文旱涝较气象旱涝具有明显的季节滞后性,夏秋较易发生水文干旱导致年际水文干旱频发;(5)出山径流、地表径流和基流对降水的响应程度均在秋季最强而在冬季最弱,不同时间尺度地表径流对降水的响应速度均快于基流对降水的响应速度,基流对降水的反应具有滞后性和不敏感性;(6)潜在蒸散发量与气温相同时,降水量的增加均会引起径流量的增加;降水量与气温相同时,潜在蒸散发量的增加均会引起径流量的下降;潜在蒸散发量与降水量相同时,年均气温升高会引起径流量的减少,夏季和秋季气温的升高会引起径流量的增加。年径流量和秋季径流量对降水量的变化最敏感,夏季径流对潜在蒸散发量的变化最敏感。

关键词： 径流演变规律   趋势分析   径流预测   综合集成平台   仿真系统  

摘要： 水资源是人类生活和社会发展不可或缺的要素,而径流的形成和演变深刻影响着水资源系统。由于径流受到气象、下垫面以及人类活动等多种因素的影响,其变化过程往往表现出高度的非线性特征。本文利用汉江陕西段武侯、汉中、洋县和石泉站的径流序列资料,对该区域的径流演变规律进行分析,同时运用不同的径流预测模型以洋县站为例进行年径流量预测,并且基于综合集成平台搭建出汉江陕西段径流演变及预测仿真系统。本文主要研究成果如下:(1)汉江陕西段径流序列变化趋势分析。采用Mann-Kendall检验,线性倾向估计,累计距平等方法对武侯、汉中、洋县及石泉站的年径流序列及汛期径流序列进行趋势分析,结果表明四个测站的径流序列均表现为不显著的减小趋势。其中汉中站检验统计量最小,变化速率也最小,趋势变化最不明显,石泉站检验统计量最大,变化速率也最大,趋势变化最明显。各站累计距平结果表明其径流序列都出现了一两次由上升转为下降的变化过程,但总体上仍为下降趋势。(2)汉江陕西段径流序列突变点诊断及变化趋势持续性分析。采用Pettitt与滑动t突变检验方法,检验结果表明四个站的年径流序列及汛期径流序列突变年份均出现在1990年左右。此外Pettitt突变检验结果还显示武侯与汉中站的突变点不显著,洋县与石泉站的突变点通过了一定水平的显著性检验。运用R/S分析法计算各站Hurst指数进行径流变化持续性分析,结果表明表明四个测站的径流序列在未来一段时间内均会保持原来的减小趋势。(3)汉江陕西段多模型年径流预测研究。分别采用ARIMA模型、均生函数模型、灰色动态预测模型以及DenseNet模型对洋县站年径流量进行模拟预测。从模型的预测精度和表现来看,ARIMA模型不够理想,均生函数模型较好,灰色动态预测模型良好,DenseNet模型最优,以一次预测相对误差在正负20%以内记为合格,则模型的预测合格—率,分别为 51.1%,72.9%、86.4%和 100%。(4)基于综合集成平台的径流演变及预测仿真实现。基于综合集成平台搭建的汉江陕西段径流演变及预测仿真系统,其实例应用表明该系统具有相当的适应性和灵活性,能很好地应对需求变化。系统以图表等形式直观地对仿真结果进行分析研究,研究结果可视可信,同时也便于推广和维护。

关键词： 人类活动   气候变化   径流演变   资水   SWAT模型  

摘要： 全球气候变化以及人类活动的加剧是目前人类社会面对的重大环境问题,受气候变化和人类活动的双重影响,资水流域洪水和干旱灾害交替、频繁发生,给流域社会经济发展和水安全构成重大威胁。本文系统分析了资水流域长系列水文要素和气象要素的时空演变特征,应用统计方法和流域水文模型法定量分析了气候波动和人为要素对径流量的影响。主要结论如下:(1)通过线性回归法及趋势检验方法分析资水流域各水文站年径流量趋势变化:罗家庙、冷水江、大埠溪及桃江4个水文站的年径流量在波动中总体呈减小趋势,速率依次为 8.2×106 m3/a、8.1×106 m3/a、0.59×106 m3/a、1.2×106 m3/a。运用滑动t检验法对四个水文站的年际径流作趋势分析和突变检验发现均在1987和2002年发生突变,1987～2001年作为变异期I,2002～2014年作为变异期II。降水量从20世纪60年代到80年代呈现逐渐减少趋势。而到20世纪90年代降水明显增加,到21世纪,降水的变化波动较为平稳,但较多年平均值仍呈减少的趋势。降水量在1987年发生突变。年均气温呈上升趋势,上升值为0.14℃C/10a,在1997年发生突变后整体呈波动上升趋势。潜在蒸散发的年际波动较大且呈逐渐增多的趋势,与气温的变化趋势大体相同,通过滑动t检验得出潜在蒸散发序列在1968年和2002年均发生突变。(2)采用累积量斜率变化率比较法和双累积曲线法分别计算降水及人类活动的贡献率。结果表明:罗家庙站受人类活动影响较明显,其贡献量在70%～72.9%,除上游罗家庙站以外,资水中下游在变异期I(1987-2001年),降水对流域径流的影响量大于人类活动的贡献率;在变异期II(2002-2014年),人类活动的贡献率大幅增加并逐步成为径流变化的主要驱动因素。运用灰色关联模型得到:1989年～2001年资水流域径流量与8个影响因素间的综合关联度排名为降水量>蒸散发>GDP>有效农田灌溉面积>气温>水库坝塘库容量>人口>大牲畜头数。2002年～2014年资水径流量与8个影响因素之间的综合关联度排名为气温>人口>大牲畜头数>降水>有效灌溉面积>蒸散发>水库塘坝库容量>GDP。由此可得在1989年～2001年间径流量的变化主要受到气象要素的影响,人类活动在此期间对径流量的影响较小。在2002年～2014年间气象要素对径流量的影响量大大降低,而人为要素成为主导因子。(3)建立资水流域分布式SWAT水文模型并从干流上游、中游到下游分别率定模型,使模型误差减少、精度提高。相对于1980年～1986年,径流量在1987年～2001年间,由气候变化引起径流量增加了 53.5亿m3,气候变化对径流量的变化贡献率占78%;土地利用对径流量变化的贡献率占6.5%;人类活动对径流量变化贡献率占15.5%。在2002年～2013年间,由气候变化引起径流量增加15.16亿mmm3,由原来78%的影响量降低为49.3%,土地利用引起径流量减少2.49亿m3,人类活动使径流量减少了 13.08亿mmm3,对径流量的贡献率达42.6%。综合来说,资水流域在此期间径流量的变化更多的来自于人类活动(包括兴修水库、城镇化建设、人工耗水等多方面综合因素共同作用)的影响。

关键词： 湟水流域   经验模态分解   模态混叠   径流预测方法  

摘要： 近年来随着全球气候变化加剧与人类活动影响导致湟水河流域径流量有逐年减少的趋势。面对这样的境况,我们必须要提前做好各种分析预测,以更好的掌控径流的变化提前做好准备工作。本论文以湟水河四个主要水文站点(石崖庄站、西宁站、乐都站、民和站)的实测年径流量数据作为研究对象,应用传统方法(累计距平法、小波分析、Mann-Kendall检验、T检验等方法)与时频分析方法(经验模态分解,EMD)分析其年内年际变化特征、丰枯特性、周期特性、趋势特性、突变特性;在径流预测部分使用支持向量机(SVM)、EMD+SVM、改进EMD+SVM三种方法进行预测,并通过相对误差大小比较三种方法预测效果。结果得出:湟水流域枯水年较多且持续时间长,使用传统方法得出径流存在5、15、30年的周期变化,径流量呈现出下降趋势,2000年以后径流下降趋势减弱;使用时频方法(EMD)得出径流存在3.08、7.3、11.5、33年的周期变化,该周期更加接近太阳黑子周期(11.5年)与厄尔尼诺现象周期(2-7年)。三种预测方法中SVM单独预测相对误差在13.5%左右,预测点精度最小为4.70%,最大为22.58%;EMD+SVM的相对误差在8.5%左右,预测点精度最小为3.59%,最大为11.57%;改进EMD+SVM的相对误差在6.2%左右,预测点精度最小为0.09%,最大为10.27%。可以发现改进EMD+SVM预测效果更好。本文使用时频分析方法将径流序列进行处理之后再进行后续分析,并且提出改进EMD,把径流数据平稳化的更加理想,使得周期、趋势、预测结果等的精度有所提高,但文章也存在许多不足之处。我们应该继续寻找更加有效可靠的中长期预报方法,做好流域水资源管理和科学规划。

关键词： 气候变化   非一致性   水文统计模型   Copula   玛纳斯河  

摘要： 气候的剧烈变化导致了玛纳斯河水文序列发生了变异,一致性假设受到质疑。本文根据玛纳斯河上游出山口1956014 a水文气象资料展开统计特征分析,并结合历史调查资料进行水文序列的综合变异诊断,针对存在变异点的年径流序列构建混合分布模型、条件概率分布模型,以及基于GAMLSS理论的以时间、气候因子为协变量的时变矩模型,并通过与传统P-Ⅲ分布进行拟合优度对比,以进行年径流序列的频率分析。通过确定年径流序列、降水量序列及累积气温亏损值序列的边际分布,结合Copula连接函数,构建多变量联合分布模型,进行联合概率分析。研究内容与成果如下:(1)径流序列统计特征分析。年径流序列不均匀系数与年内分配完全调节系数表现出降低趋势,径流年内分配逐渐趋向均匀。年内分配集中度在66.86%左右,随着时间的推移呈降低趋势。流域集中期主要在7月上旬,不同年代的集中期均表现出提前趋势。年径流序列演化过程存在着300年、100年以及2年的振荡周期,其中以45年与16年为第1、第2主周期控制着整个时间段内的径流序列变化特征。(2)径流序列变异诊断。通过Hurst指数分析发现玛纳斯河年径流序列存在巨变异,滑动t检验表明年径流序列发生两次显著突变,其中1995年为突变年份;Mann-Kendall检验分析认为年径流序列变异点后时段子序列变化趋势显著,结合变异年份物理成因及现场调查分析,诊断得出1995年为玛纳斯河年径流序列的变异年份是可靠的。(3)基于水文统计模型的年径流分析。通过拟合优度检验并观察分布拟合图,混合分布模型比P-Ⅲ型分布模型和条件概率分布模型拟合更佳。由于传统P-Ⅲ分布参数为常数,因此其分位数灰度图呈水平直线状,与经验点据拟合较差,而引入累积气温亏损值为协变量的GAMLSS模型可以更有效地解释受气候变化影响的年径流序列动态变化过程及物理产流机制。以累积气温亏损值为协变量的GAMLSS模型在不同设计保证率下的设计年径流较传统P-Ⅲ分布偏大3.08%6.10%,较条件概率分布与混合分布模型偏大8%4%,气候变化导致的非一致性影响显著。(4)基于Copula函数的多变量联合概率分析。当多变量连接函数为Gumbel-Copula时,多变量联合分布拟合最佳。以变异年份1995年为分割点,将年径流-降水-累积气温亏损值序列分割成两个子序列,但子序列检验统计量均未通过显著性检验,因此可认为子序列符合一致性假设。通过马尔可夫链蒙特卡罗仿真对Copula参数估计的不确定性进行量化,得出变异点前后子序列Copula参数MCMC估计值分别为1.35、1.38,参数不确定性范围分别为[1.273,1.460]、[1.221,1.599]。进行年径流-降水-累积气温亏损值三变量联合概率分析及联合重现期计算阐明变异点后气候对于玛纳斯河流域径流的影响正日益变大,独特的地理环境与产流机制让流域径流越来越倚重气候的变化。

关键词： 径流演变   径流预测   最近邻回归算法   人工神经网络算法  

摘要： 为满足三岔河流域经济调度运行实践需求,采用最近邻回归(NNBR)和人工神经网络(ANN)算法,对流域的径流演变特征与趋势进行多时间尺度预测.预测值与实测数据对比分析表明:采用最近邻回归(NNBR)模型进行径流预测,其预测值的准确性和可靠性较ANN神经网络模型高,与实测数据拟合性更好,更贴近径流实际,可为三岔河流域生态保护和水资源配置及可持续发展提供科学决策的数据支撑.