长江径流时间序列混沌特性的定量分析

定量分析了长江径流时间序列的混饨特性,论述了长江径流时间序列的李雅普诺夫指数的计算和实际意义,计算了长江径流时间序列的长程相关性指数,即分数阶差分指数,讨论了这一指数与相关分维的相对值可能存在的关系。这些非线性信息的提取,将进一步揭示径流时间序列的变化规律,并将对提高预测水平产生影响。     

黑河日径流量混沌变化特性的研究—Ⅱ相空间嵌入维数的确定

通过对黑河日径流量变化规律的探索,重点论述相空间嵌入维数的确定方法。计算结果表明：黑河日径流量时间序列的关联维数为2.1,是低维分数;另外,采用饱和关联积分法,得到黑河日径流量序列的嵌入维数为9。     

基于李雅普诺夫指数的矿产资源评价模型的建立

李雅普诺夫指数(Lyapunov exponent)反映了相邻轨迹的分离速率,其重要作用之一就是判断系统的混沌行为。这里建立了以李雅普诺夫指数为基础的资源评价方法的数学模型,并与其它评价方法进行了简单比较,探讨了一种反映混沌成矿的资源预测方法。     

黑河日径流量混沌变化特性研究

通过对黑河日径流量变化规律的探索,重点论述相空间嵌入滞时的确定方法。计算结果表明：黑河日径流量的自相关函数呈现出明显的周期性,其周期与日径流量数据序列的周期基本一致;另外,采用了曲线下降趋势变缓的转折点,得到黑河日径流量序列的时间延迟为10天。     

第四纪研究的非线性科学方法

第四纪研究中最常用的非线性科学方法可能是分形理论、时间序列分析及混沌动力学。振荡在新构造运动和古气候变化中都是普遍存在的,它是介于有规振荡和混沌之间的中间阶段和过渡。分形理论可以描述地貌的状态和演化特征,混沌吸引子的分维又是混沌的一个重要参量。在时间序列分析中计算混沌吸引子的关联维、李雅普诺夫指数、赫斯特指数、柯尔莫果洛夫熵等可以更深入地揭示时间序列的性质,加深对演化过程的认识。     

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。     

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。     

影响阿克苏河年径流量变化的前期大气环流指数因子研究

应用阿克苏河两条支流的年径流量和国家气候中心发布的74类大气环流月指数资料,分析了年径流量与前一年大气环流月指数之间的关系.用滑动相关法提取初始因子库,建立回归模型和集合分析,得到超级集合回归模型.托什干河年径流量监测序列与超级集合拟合(预测)序列的相关系数达0.8766,而库玛拉克河达到0.8122.用逐级反推法,确定影响两条支流年径流量年际变化的前一年环流指数因子.影响托什干河年径流量年际变化的前期环流指数都以持续1个月的因子居多;影响库玛拉克河年径流量年际变化的前期环流指数都以持续2个月的因子居多,其次是4个月、1个月.影响两条支流年径流量的前期大气环流指数因子的种类、空间分布、时间分布、持续影响时间等差异很大,这些不同与阿克苏河两条支流的流域参数、地表水来源组成、地表径流形成的气象条件等多方面的差异有关.     

关于黑河流域洪水资源化问题的分析探讨

黑河是我国第二大内陆河,流域内水资源短缺、生态环境恶化、水事矛盾尖锐。对黑河干流莺落峡站最大30d、60d洪量对年径流量的比率和洪水水资源比率与日均流量倍比关系作了分析研究,并提出了洪水资源利用的思考,这对深入认识黑河流域洪水资源,加快洪水资源化进程是十分有益。     

黑河流域上游融雪径流时间变化特征及成因分析

以黑河流域上游莺落峡水文站和札马什克水文站1959-2008年及祁连水文站1967-2008年的天然径流序列为基础数据, 通过计算水文站的流量质心时间来表示融雪径流时间, 研究了黑河流域上游融雪径流时间变化的特征. 结果表明: 莺落峡站和札马什克站自20世纪70年代起, 融雪径流时间表现为提前的趋势, 祁连站自20世纪80年代起融雪径流时间提前.野牛沟站和祁连站10月至次年4月降水量增加或4-7月气温升高, 会使得莺落峡站融雪径流时间提前, 札马什克站融雪径流时间的提前与野牛沟站10月至次年4月降水量的增加具有较高的相关性, 祁连站融雪径流的提前与祁连气象站4-7月气温升高的相关性较强.通过分析莺落峡站融雪径流时间与年径流及各季节径流的相关性, 可知如果融雪径流时间提前, 莺落峡站观测到的年径流量和夏秋季的径流量均会减少, 而同时冬春季的径流量会增加, 这对合理安排流域水资源配置和管理具有重要的指导意义.     

60年来黑河流域东部子水系中上游径流量、输沙量变化特征分析

利用黑河流域东部子水系中上游10个水文站60年径流、泥沙实测资料,应用数理统计方法分析了黑河流域东部子水系中上游各条河流控制水文站径流量和输沙量年际变化特征,应用径流量累积均值曲线法对黑河干流出山口莺落峡水文站2015、2020年径流量进行预测。结果表明:(1)黑河上游各站2001~2012年径流量比历年均值平均偏大10.5%。区间除马营河除外的4条较大支流历年径流量在锯齿型变化过程中呈现出逐步增大的趋势。中游莺落峡、高崖、正义峡3个水文站逐年径流量变化趋势相对应,高崖和正义峡径流过程线接近且有交叉现象,充分表明中游区域地表水和地下水转换频繁并十分复杂;(2)流域内札马什克、祁连、莺落峡、高崖、正义峡5个水文站2001~2012年各站时段平均输沙量均明显小于历年(1978~2012年)平均值,分别偏小-0.3%、-9.7%、-63.9%、-51.8%、-43.3%。分析得出了黑河流域东部子水系中上游水沙变化规律,对于保护和开发利用黑河流域水资源、改善黑河流域生态环境、促进黑河流域综合治理等具有重要作用。     

新疆玛纳斯河流域地下水预测研究

根据新疆玛纳斯河流域地下水年径流量的时间序列, 建立了用于描述和分析具有趋势和周期变化特性的地下径流量时间序列的组合模型应用模型对石河子地区地下水年径流量进行了预报, 为该地区水资源合理配置和优化调度提供科学依据      

新疆玛纳斯河域地下水预测研究

根据新疆玛纳斯河流域地下水年径流量的时间序列,建立了用于描述和分析具有趋势和周期变化特性的地下径流量时间序列的组合模型。应用模型对石河子地区地下水年径流量进行了预报,为该地区水资源合理配置和优化调度提供科学依据。     

黑河干流中游地区近40年来地下水环境变化特征及其成因

长期的监测结果表明自20世纪80年代以来黑河中游张掖地区地下水环境发生显著变化。笔者应用时间序列分析、相关性分析和遥感解译等方法分析近40年来该地区地下水水位、地下水水化学、黑河出山径流量、气象要素、绿洲面积演变规律，识别地下水环境对气候变化及人类活动的响应规律。结果表明，研究区中部区域地下水水位变化与出山径流量相关性显著，与张掖地区降水量相关性差，气候变化通过影响黑河上游径流量进而对研究区中部地下水水位产生影响，研究区降水变化对地下水水位影响微弱；研究区西部、东部地下水水位变化受人类活动影响显著，东部山前区受河流弃水量持续增大影响，近年来地下水水位显著回升，西部明花乡至骆驼城一带井灌区由于地下水大量开采，地下水水位仍处于持续下降状态；研究区南部山前带河流两侧一定范围内地下水水化学特征多年保持稳定，其余地区地下水水化学特征变化显著。     

0-1测试方法的径流时间序列混沌特性应用

径流时间序列混沌特性识别的常用方法是基于相空间重构的关联维数法、最大Lyapunov指数法和Kolmogorov熵法。引入一种新的时间序列混沌特性识别方法:0-1混沌测试方法。该方法直接应用于时间序列不需要相空间重构,并且通过量化指标K_c是否接近于0或1来识别时间序列的混沌特性。以Logistic映射生成的序列、金沙江流域和美国Umpqua河多年日径流序列为研究对象,首先利用0-1混沌测试方法进行了混沌特性识别和判定;然后基于相空间重构,运用相空间重构、伪最近邻点法、关联维数方法、最大Lyapunov指数法和Kolmogorov熵5种非线性研究方法分析了这两列径流时间序列混沌特性。研究结果表明0-1混沌测试方法简单有效。以上方法交互验证了该两列径流时间序列存在低维混沌特性。     

应用流量历时曲线分析黄土高原水利水保措施对河川径流的影响

流量历时曲线（Flow Duration Curve,FDC）是用于分析流域径流特征及其变化的有效方法之一。以长序列日流量为基础,采用FDC方法并结合各流域的径流量时间变化趋势分析方法,研究了黄土高原佳芦河、秃尾河、延河和湫水河等4条流域流量变化的基本特征;通过临界年份前后两个时段序列及不同年代序列的流量历时曲线变化的比较,分析了流域径流过程对大面积水土保持措施的响应。结果表明：随水土保持措施累积面积的不断增大,佳芦河、湫水河、秃尾河的径流量逐年减少,且水土保持措施对高流量部分径流减少的程度较低流量部分大,尤以工程措施为主的湫水河流量减少最明显。在延河流域,与临界年份前的时段相比,后期的高流量部分的径流量减小,而常水和低流量部分的径流量相对增大。尽管流域水土流失综合治理并未使河川径流量增加,但由于高流量部分流量的减少程度较低流量部分径流量减少程度大,从而使流域年内日径流量变化过程趋于均匀化。     

阜康市主要河流近50年来径流变化趋势分析

对阜康市4条河流51a（1961-2011a）的径流量序列进行非参数检验,诊断其阶段性转换及变化趋势,并以阶段性转换的突变点为分割点,利用R/S分析方法预测其未来一段时间的变化趋势。结果得出：径流量的突变点发生在1997a,并且皆通过0.05水平的显著性检验;径流量总体呈显著增加趋势,但不显著。在 R/S 分析中,根据径流量（1961-2011a）序列的Hurst指数预测,在2011a后的一段时间内阜康市主要河流径流量仍将保持增加趋势。     

基于神经网络的混沌时间序列预测

应用混沌方法对时间序列观测数据进行处理,计算出最大lyapunov指数,得到最大可预报时间尺度。在此基础上,建立人工神经网络预测预报混沌时间序列的模型。结合实例,对该预测方法进行了计算验证。     

基于树轮水文研究的提孜那甫河径流量长期变化

西昆仑山北坡山区分布的雪岭云杉是开展树轮水文研究的良好载体,为重建历史水文变化提供了重要的代用资料。分析了西昆仑山北坡雪岭云杉树轮宽度年表对提孜那甫河径流量的响应特征,发现树轮宽度年表与提孜那甫河年径流量(上年8月至当年7月)的显著正相关关系,建立了二者之间的一元线性回归方程,重建了提孜那甫河1665~2013年径流量序列。重建径流量序列中存在7个枯水期和8个丰水期。重建径流量序列平均值为27.87 m3/s,与实测期平均值接近,但重建序列中的极端旱涝的强度和发生频率均更高。基于树木年轮宽度重建更长时间的径流量序列,对于流域水资源科学管理和分配以及下游水库和防洪工程等项目建设的风险评估等具有重要意义。     

基于混沌时间序列的地下水位多步预测模型

利用相空间重构技术，并借助G—P算法、C-C方法和Wolf方法从宁陵地区地下水位一维时间序列中提取Lyapunov指数，结果表明此时间序列具有混沌特征。计算了宁陵地区地下水位时间序列的关联维数、时间延迟和最大Lyapunov指数，将局域加权一阶多步预测模型应用于地下水位预测。预测表明，此模型可有效应用于地下水位时间序列的多步预测。