应用GRNN神经网络模型计算西北干旱区内陆河流域出山径流

根据全球变化对2030年降水量和气温的预测结果,设置不同的气候变化情景,应用GRNN模型对黑河出山径流进行了预测。结果表明,到2030年,黑河出山径流将有小幅度的增加。随着气温的不断上升,出山年径流量最终将减少。     

概念性水文模型在出山径流预报中的应用

根据HBV水文模型的基本原理，建立了西北干旱区内陆河出山径流概念性水文模型。该模型反映了我国西部山区流域的径流形成特征，将山区流域划分为高山冰雪冻土带和山区植被带两个基本海拔景观带来对山区径流的形成和汇流过程进行模拟计算，以常规气象站的月气温和降水量为模型的初始输入，模拟计算月出山径流量。应用该模型对河西走廊黑河祁连山北坡的山区流域水量平衡进行了模拟计算，并对年径流和逐月分配进行了预报。结果表明，从枯水年到丰水年，降水量、蒸发量、径流量和径流系数均增加，而冰川融水和积雪融水对出山径流的补给比重则减少，这表明了冰雪融水对径流的具有调节作用。黑河山区流域径流系数远比干旱内流区的平均值大，但要小于全国的平均径流系数。所提出的内陆河山区流域出山径流的模拟和预报模型对年径流量和月分配的预报具有较好的精度，可用于黑河以及其他西北干旱区内陆河出山径流的预报，为内陆河流域中下游的水资源分配和开发利用提供依据。     

基于概率分布法的典型内陆河流域径流未来变化

基于黑河干流历史时期（1960 - 2012年）和RCPs（本文RCPs指RCP2.6、 RCP4.5和RCP8.5三种情景）情景下预估的未来（2013 - 2100年）月平均流量和冰川融水数据, 运用概率分布法和河道来水量距平法, 分析了黑河干流出山径流量与冰川融水径流量及其极值的未来变化趋势与程度、 径流丰枯变化以及冰川融水径流对黑河出山径流的补给与调节作用的变化。结果表明, 相较历史时期, 不同RCPs情景下未来黑河干流出山径流量将略呈增加态势, 但不显著; 月最大（7 - 8月）出山径流量将大幅度减少, 不确定性降低, 月最小（12月 - 翌年1月）出山径流量变化不明显。未来黑河干流, 不同RCPs情景下枯水年的发生概率将增加2～3倍, 偏枯水年在RCP2.6和RCP4.5情景下的发生概率亦将增大; 黑河干流未来可能进入平水年, 甚至枯水年。未来黑河干流年冰川融水径流与月最大冰川融水径流均显著减少, 对黑河径流的补给与调节作用均降低。     

人工神经网络方法在径流预报中的应用

采用ＢＰ神经网络模型,以西北内陆河黑河流莺峡年平均出山地表流量为研究对象,对人工神经网络研究方法在干旱区环流径流预报中的应用进行了初步尝试,结果表明该预报成功率较高,证实了人工神经网络方法应用于流量预报领域的可行性,并分析了该方法在预报过程中的优缺性。     

河西内陆干旱区主要河流出山径流特征及变化趋势分析

根据相关水文气象台站的降水、气温和径流观测资料,分析了以黑河、昌马河、西营河等河流为代表的河西内陆区出山径流的变化特征和规律,研究表明：河西内陆干旱区诸河流出山口径流的季节变化主要受地理位置和河流补给来源的影响,而年际变幅则受山区降水量年际变幅的影响十分明显,总体上讲,本区出山径流变化相对稳定。区内梨园河以西河流水量处于上升阶段,梨园河以东的河流则处于下降的他人阶段;以黑河干流莺落峡水文站年径流为     

黑河出山径流量年际变化特征和趋势研究

根据有关水文气象台站的观测数据,利用定级分类,滑动平均和波谱分析等方法,对黑河出山径流（莺落峡水文站）年际变化特征进行了分析研究,发现黑河出出径流的多年变化具有持续性,周期性和丰枯水变化较平稳,波幅不大等特性,并在此基础上对其未来变化的趋势进行了预测和分析。     

黑河上游河水中δ18O季节变化特征及其影响因素研究

根据2006年5月至2007年5月间在黑河上游莺落峡、祁连和扎麻什3个水文站等地点所采集的河水与降水样品,重点分析了其中的δ18O变化,揭示出黑河干流上游山区河水中δ18O具有夏季高冬季低的季节变化特征,这种变化特征主要受控于降水中δ18O的变化.祁连水文站河水中δ18O月平均值与月平均流量乘积和该站降水中δ18O加权月平均值与月降水量乘积之间存在着高度相关性,从同位素示踪的角度说明降水是黑河干流上游山区径流的主要补给来源.进一步的研究表明,黑河上游祁连山区降水中δ18O变化存在明显的"海拔效应",并且3个水文站点河水中δ18O值均低于其降水中δ18O值,这表明上游径流主要形成于高海拔山区.根据黑河出山口莺落峡水文站河水中δ18O值以及上游山区降水中δ18O的"海拔效应",估计黑河干流出山径流主要形成于海拔3 350～4 600 m之间的高山地区,该高度区域对应的植被带主要为亚高山灌丛草甸和高山寒漠草甸.     

河西内陆河流域出山径流对气候转型的响应

对甘肃河西内陆河流域出山径流变化过程与趋势的研究表明,从20世纪80年代中后期开始,受西风环流降水的影响,祁连山区中、西部的黑河、疏勒河流域的气候环境发出了由增温变干转为变湿的讯号,具体表现为随着山区气温升高,降水量增加,出山径流相应增大.采用区域气候模式预测和水文统计模式的计算,亦同样证实出山径流有显著的增加趋势.但受季风影响的祁连山东部的石羊河流域则尚未出现这种转变,从20世纪50年代起,出山径流量持续下降,表明其气候环境仍向增温变干的方向发展.     

黑河干流上中游径流变化及其原因分析

根据黑河干流出山径流控制站莺落峡、中游的高崖和正义峡等水文站的径流和区域内的气象资料,以及中游的地下水位资料,对黑河上中游来水的年际变化和年内分配,径流沿程变化规律及其影响因素进行分析研究。结果表明： ①黑河干流出山径流自1945年以来整体上呈小幅增加趋势,其年内最大径流月份在进入21世纪后,由7月份推后至8月份,主要受降水的影响; ②高崖和正义峡断面的水量自1977年以来呈微弱增加趋势,前者增幅略大于后者;由于中游社会经济发展引起用水增加,莺落峡至高崖区间的耗水量以每年近850×10⁴ m³的增量变化,而高崖至正义峡区间灌溉回归水和地下水补给河道的水量与区间灌溉引水和其他耗水量基本持平; ③地下水的超量开采一定程度上减缓了黑河干流统一调度的压力,但不利于流域水资源的可持续利用。该研究成果对于今后黑河水资源科学配置、合理调度具有一定的参考和指导作用。     

基于分布式大流域径流模型的中国西北黑河流域水文模拟

水资源短缺是中国西北干旱地区长期的问题,区域人口增加、城市化扩张,加之气候变化的影响进一步加剧了西北地区水资源短缺,也使生活用水、灌溉用水、工业用水和维持生态系统稳定的用水危险加剧.采用分布式大流域径流模型(DLBRM)模拟黑河流域水文(中国第二大内陆河,流域面积128 000 km2)来理解区域的冰川和积雪融化水、地下水、地表水、蒸散发等方面的分布,评估气候变化对水文的影响和冰川退缩对中游和下游来水量的影响.模拟结果表明,黑河流域的大部分产流那源于黑河上游地区的祁连山.模拟1990-2000年黑河河流日流量变化结果认为,黑河中游正义峡给下游的供水为10×108m3,其中地表径流占51%,层间流占49%.中游地区沙土具有较高的蒸腾发能力,近一半的地表水被蒸发掉.模拟实践证明,分布式大流域径流模型可以结合气候变化、水资源管理方面的成果,改进流域水文模拟的精度.     

南洞地下河月径流时间序列的混沌特征及预测

利用基于相空间重构技术、混沌识别与预测理论对1993-2013年南洞地下河月径流时间序列的非线性特征进行了分析,由所获得的延迟时间和最佳嵌入维数实现了月径流时间序列的相空间重构,运用饱和关联维数法和小数据量法计算出南洞地下河月径流时间序列的饱和关联维数和最大Lyapunov指数,并运用Volterra模型对南洞地下河月径流时间序列进行了多步预测研究。研究结果表明,南洞地下河月径流时间序列相空间重构的延迟时间和最佳嵌入维数分别为τ=5、m=8,饱和关联维数D和最大Lyapunov指数λ分别为4.63、0.748 9,从定性和定量的角度证明了南洞地下河月径流时间序列具有弱混沌特征。Volterra自适应滤波模型的预测结果能较好地表征南洞地下河月径流的变化趋势和规律,对18个月内的短期预测精度较高,模拟效果较好。      

乌鲁木齐河山区流域径流形成的实验研究

乌鲁木齐河山区流域较之山前平原区有着充沛的降水，是径流形成的基础。降水量随海拔增加而增加，高山带降水以固态为主，使冰川成为山区流域重要的水储存形式。降水观测误差对流域降水量和蒸发量的估算有较大影响。冰雪消融可以依据常规气象要素的参数化热通量表达式来计算。在高山草甸蒸发量的观测、计算中，蒸渗器称重法与波恩比率法较之通量－梯度法有较高的观测精度。山区流域径流系数随流域平均海拔增加而增加，高山冰川作用区在径流形成和调节中起着重要作用。     

叶尔羌河源流区近50年来年径流变化及其对气候变化的响应

  基于新疆卡群水文站和塔什库尔干气象站1959～2005年的观测资料,运用小波分析和统计分析相结合的方法,从多时间尺度研究叶尔羌河源流区近50年来年径流的非线性变化趋势,以及径流对气候变化的响应。结果表明: 1）年径流、气温和降水的主要变化周期几乎一致,年径流和年降水量都存在24年的主要变化周期,而年平均气温则是23年。2）年径流量表现出具有时间尺度依赖性的非线性变化趋势,与区域气候变化密切相关。3）年径流变化是区域气候变化响应的结果,从8（2³）年、4（2²）年和2（2¹）年时间尺度上来看,年径流量与年平均气温和年降水量之间存在显著的线性相关关系。     

全球变暖情景下黑河山区水循环要素变化研究

利用有关水文气象台站的观测资料,对近50年来黑河上游山区流域降水、气温与径流深等水循环要素的变化进行了分析,结果表明：该区域的平均气温变化总体上呈上升的趋势,且其升温幅度高于全球过去50年的升温幅度;降水与径流的变化均呈增加的趋势,但增幅不是十分显著,且径流增长的增幅要大于降水量,这意味着径流的增长并不完全依赖降水的增加,气温上升导致的冰川和高山积雪及地下冻土层融水增加也是影响黑河上游山区流域径流变化的重要原因。根据降水和气温未来的变化趋势,预计在未来50年中, 除非遭遇到特别极端的气候组合,黑河山区径流仍将维持过去50年来缓慢增加的趋势,但增幅非常有限,最大变幅基本在目前多年均值的±5%左右。     

黑河流域气候平均降水的精细化分布及总量计算

利用黑河流域气象观测站降水资料和DEM资料,分析了气候平均年和月降水量与地理地形参数的关系.结果显示,黑河流域气候平均降水量与测站的海拔、纬度、坡度显著相关,据此建立了降水量与地理地形参数的关系模型;拟合分析表明,年降水量拟合值与实测值的相关系数达0.94,二者在大部分地区分布特征基本一致,拟合值稍大;逐月降水量拟合相对误差在上游和中游都很小.基于降水量与地理地形参数的关系模型,利用高分辨率DEM资料,扩展得到了黑河流域上中游100m×100m精细化分布的气候平均年降水量和各月降水量.结果表明,精细化分布的降水量场能够表现出更多与地形和地势有关的细节,这是只利用气象测站资料的分析结果所不能反映的.在黑河流域气候平均降水量空间精细化分布基础上,按照黑河流域上中游面积5.08×104 km2计算,其气候平均年降水总量约为150.6×108 m3,降水主要集中在5-9月.     

中长期径流预报的一种灰关联模式识别与预测方法

基于时间序列多重信息利用的扩维原理和灰色系统理论的关联分析思想,提出一种应用于水文中长期预报的方法.它的特点是直接从径流序列的扩维相型关联分析中,寻求径流情势变化规律,较适合于缺乏输入因子资料或选择影响因子有困难条件下的水文中长期预报.利用海河、黄河和长江流域若干水文站的实测资料序列对该方法做了初步验证.     

河流年径流量的R/S灰色预测

径流过程具有分形和灰色特征。基于此,将R/S分析与灰色系统理论相结合,提出了R/S灰色预测模型以预报河流年径流量。针对黑河正义峡水文站60a(1949~2011年)的年径流量资料,首先进行R/S分析,确定径流量序列的Hurst指数H和平均循环周期T;然后在一个周期内进行年径流量灰色预测。结果表明:R/S灰色预测结果的精度明显高于直接进行灰色预测的精度。该方法拓宽了分形和灰色理论在径流过程研究的应用范围,为河流径流量的科学预测提供了一种新方法。     

黑河干流山区流域月蒸发力计算模型

研究西北内陆河山区流域的水文循环,对于维持区域可持续发展和生态环境的保护具有重要意义。应用数值迭代方法,对黑河山区流域平均月蒸发力与月平均气温和月降水量的关系进行了探讨。结果表明,山区平均月降水量、月平均气温和月蒸发力之间存在着复杂的非线性关系,降水和气温都是影响蒸发力的一个综合因子。