黄河上游径流长期变化及趋势预测模型

分析了黄河上游唐乃亥以上流域年径流序列的长期变化特征，在此基础上将时间序列分析与随机离散过程理论相结合，提出了一个用于黄河上游径流变化趋势超长期预测的时间序列—Markov链辐合模型．应用表明，该模型兼具时间序列模型与Markov链模型的优点，既能预调总体趋势，又适合于波动性较大的随机序列变化．分析与计算结果表明，黄河上游径流目前正处于20世纪80年代末期开始的第5个枯水段的底部，未来10a内，黄河上游年径流量的变化将呈现一个震荡递增的趋势，但这期间的平均径流量仍将低于多年平均水平，     

河南省主要河道径流年内分配规律探讨

基于河南省四大流域代表性河道控制站1950~2011年月径流序列,采用集中度Cd、集中期Cp、不均匀系数Cv等多指标分析方法,分析了各站径流年内分配特征和规律,并采用M-K趋势分析法,研究各站月径流序列变化趋势。结果表明:河南省自南向北各河流,月径流集中度和不均匀度有减小趋势,径流重心也逐次后移,且存在两个跳跃区间,黄河、伊洛河、卫河Cd、Cv处于低值区间,淮河干流及淮南支流、洪汝河、沙颍河、唐白河Cd、Cv处于高值区。1980年以后,各站径流集中度降低、集中期延后、不均匀系数变小。北部和西北部河流月径流呈显著减小趋势;南部河流4、5月份径流量有显著减小趋势,其它月份增加或减小的趋势不显著;中部、西南部河流各月径流量增加或者减小的趋势不显著。汛期径流总量,北部和西北部河流有显著减小趋势,其它河流增加或减少的趋势不显著。     

水文多变量趋势分析的应用研究

水文频率分析需要进行一系列的假设,包括一致性、同分布性和独立性。由于水文事件通常都包含多个水文变量,例如洪水过程包含洪峰和洪量,低径流过程包括年最小月径流和年最小3个月径流等,因此近年来多变量水文分析与计算方法在水文领域中得到广泛应用。然而,多变量频率分析并未对上述假设进行检验,而是直接对频率分布进行函数拟合,不能保证得到的频率分布函数符合实际情况。引入水质研究领域内广泛使用的多变量MK检验方法,分别对长江上游干支流主要控制站点的年最大洪峰、年最大7d洪量和年最低月径流、年最低3个月径流的单变量和联合变量进行变化趋势分析。结果表明,单变量趋势分析仅仅能够检验出单个变量的变化趋势,而多变量趋势分析则能够综合检验出联合变量是否存在变化趋势。因此,为保证水文频率分析结果的准确,有必要在进行多变量水文频率分析前对单变量和联合变量进行趋势分析。     

变化环境下半干旱草原流域径流变化特征及其影响因子定量分析

地表水文过程在气候波动和人类活动的作用下发生了不可忽视的变化,这种变化对于内蒙古半干旱草原流域来说更为显著。采用改进的M-K趋势检验法、双累积曲线法、累积距平法和小波变换法对典型半干旱草原流域——锡林河流域1963～2015年径流序列的变化特征进行了剖析,并以社会经济指标量化流域内人类活动影响及细化降水特征因素,运用统计检验和主成分分析进行了变化环境下流域径流主要影响因素的定量分析。结果表明,锡林河流域径流量在水文年、季尺度呈现显著(p0.05)减少趋势;流域径流的突变年份为1998年,在其前后影响径流变化的主导因素发生变化,1998年以后径流受到人类活动和气候变化的双重影响;水文年和枯水季径流序列均存在6年、25年左右的周期,而丰水季径流不存在显著周期变化;尽管气候因素中的降水、蒸发、相对湿度及所有人类活动因素与径流显著相关而影响径流,但其中人类活动为径流变化的主导因素。     

新疆精河径流变化及其原因分析

利用1959~2012年精河出山口气温、降水、径流数据,对近54年的径流量特征变化进行统计分析、距平分析,采用Mann-Kendall法对天然径流进行检验,并对降水、气温、人口、工业、第一产业等影响因素进行主成分分析。结果表明:(1)精河地区的降水量和温度的变化趋势一致,均为上升趋势。径流量稳定,趋势线为几近平行于X轴的直线,斜率为0.001;(2)径流突变年为1988年,通过0.01的显著性检验,从1999年以后呈显著上涨趋势。近54年的精河径流距平变化趋势大体分为两个阶段,1958~1966年波动幅度较小,1966~2012年波动幅度明显增大;(3)对影响精河径流的几个影响因子进行主成分分析得出,人为因素对于径流的影响比较大,贡献率达到48.98%,远高于其他因子。     

黄河上游径流随机模拟及其初步应用

随机水文学是近代水文学一个新的发展领域。随机生成径流序列的方法就是把实测径流序列作为样本,以此来估计一种数学模型,然后用此数学模型生成充分长的径流序列,用于水资源评价、污染控制、制定水库调度曲线、确定各种水利参数、估计它们的误差和不确定性等。利用随机生成径流序列的方法,早在1927年,C.E.Sudler就曾为确定水库库容的概率分布而生成了一千年的年径流序列。最近二、三十年以来,由于电子计算机的广泛应用,促     

河川径流的灰色拓扑预测研究——以新疆阿克苏河为例

根据阿克苏河流域内出山口水文站1957～2006年的径流实测资料,利用数理统计、Mann-Kendall非参数趋势检验及小波分析等方法对径流年际变化特征进行了分析。研究发现,阿克苏河年径流量具有相对稳定且振荡上升的趋势,年际变化小;  径流序列在1993年发生突变,径流量呈现出显著增加趋势,且通过了α=0.05的显著性水平检验;  丰、枯水周期变化存在着25a左右的主周期,丰水年发生在20世纪90年代后期,且大量连续出现,最长持续时间达7年,枯水年多以连续2年的形式出现,平水年年数占52％。运用灰色拓扑预测方法对突变前后两个径流时间序列分别进行了模拟和预测,模拟结果的平均相对误差仅为12.06％,且位于同一突变区间的精度达97.7％,预测未来几年阿克苏河年径流量存在上升趋势,但趋势不显著。     

基于EEMD-PSO-GRNN模型的元江中上游径流预测

径流序列的非线性和非平稳特性使得高精度的径流预报存在困难。本文组合EEMD和GRNN模型形成EEMD-GRNN耦合模型,预测时通过将径流序列分解为确定成分与随机成分并通过GRNN模型分别进行预测,预测值的加和则构成径流最终预测结果。EEMD-GRNN耦合模型应用到元江中上游,并与其他模型进行比较,结果表明：EEMD-GRNN耦合模型具有更高的预测精度,对径流的总体趋势预测有良好的效果,但在随机性的模拟上有待进一步完善。EEMD-GRNN耦合模型优于BP、GRNN、EEMD-BP模型,能有效提升径流预测的精度,可为流域的水资源优化调度等提供决策支持。     

基于弹性系数法的径流对气候变化与人类活动响应研究

基于永定河流域内1957~2010年降雨、蒸发和径流数据,采用Mann-Kendall趋势检验法结合距平序列变化情况分析蒸发能力、降雨和径流的变化趋势;运用Mann-Kendall突变检验法、Hurst系数法分析流域径流序列的突变年及对应的突变程度;在此基础上以径流突变年为界划分基准期和变化期,采用弹性系数法定量分析气候变化和人类活动对径流的影响,并简要分析其原因。结果表明:流域蒸发能力呈现上升趋势,降雨和径流呈现递减趋势;径流序列突变点发生在1984年,突变程度属中度变异;永定河流域由气候变化引起的径流变化率为28%,而由于人类活动引起的径流变化率为72%,可见人类活动是影响永定河流域径流变化的主要驱动因素。     

金沙江流域降水和径流时空演变的非一致性分析

基于金沙江流域1966~2010年降水和径流资料,采用单变量Mann-Kendall(MK)趋势分析法、突变检验法和多变量MK法对金沙江流域近几十年来的降水和径流变化进行了非一致性分析。结果表明:金沙江流域年降水和年径流整体呈上升趋势,特别是从20世纪90年代之后增大趋势较为明显。其中金沙江流域中游以上区域的年降水通过显著性检验,上升趋势较为明显,而各个水文站点的年径流均未通过显著性检验,仅存在微弱的上升趋势。中游攀枝花站集水区域的面平均年降水趋势存在突变点,在1997年之后显著增加,而其年径流则不存在突变点,其他站点面平均年降水和年径流趋势都不存在突变。此外,中游龙街站集水区域的面平均年降水和年径流通过多变量MK显著性检验,表明龙街站降水和径流联合变量呈显著增加趋势。     

浙江省主要河流水沙特征及变化趋势分析

以浙江省主要河流为研究对象,选取11个水文控制站1956~2013年的水沙序列资料,对径流、悬移质泥沙输沙量进行年内变化、年际变化、代际变化的特征分析。运用改进的M-K趋势检验及线性滑动回归分析等方法,系统分析了6大主要河流水沙变化趋势。研究表明:水沙年内、年际变化有一定的相关性,泥沙的变化幅度大于径流的变化幅度,径流变化趋势不显著,但73%的水文控制站的输沙量呈显著下降趋势。     

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。      

大凌河流域上游水资源变化趋势及成因研究

R/S和Mann-Kendall都是用来研究径流和降雨变化的常用方法,R/S方法可以揭示序列的水文特征和变异点,但不能说明研究对象未来的变化趋势;Mann-Kendall可以检验水文序列趋势和变化的程度,但不能预测水文时间序列未来的趋势特征。针对R/S和Mann-Kendall法在水文变化趋势分析中的优点和不足,提出了二者相结合的水文变化趋势特征分析,并将其应用于大凌河流域上游的水资源变化趋势分析中。研究表明,R/S和Mann-Kendall综合分析法较好地揭示了降水和径流的变异点,也揭示出降水变化趋势不明显,径流呈现较为显著的下降趋势。本文对径流和降水不对称的相应关系及其成因进行了分析,得出流域内大量的水利工程截留和人类活动取用水成为径流显著下降的主要驱动因素。     

洮河流域径流时间序列一致性及变异研究

采用有序聚类分析法和非参数检验方法对洮河流域干流控制站近50a(1956～2005年)降水、径流时间序列的变化进行了综合分析,并对径流量序列进行了一致性分析修正,结果表明:降水与径流总体呈下降趋势,径流减少的趋势比降水减少的趋势更加明显,径流减少主要在甘南草原及森林区,降水减少主要在中游及降水高值区,同时,因人类活动的影响,径流序列1986年发生了跳跃变化,后段比前段相对减少了27.5%,经一致性分析修正,得出代表近期下垫面条件下洮河地表水资源量为45.86×108m3.     

黄河干流兰州站与花园口站年径流序列协整分析研究

协整理论是经济计量学中处理非平稳经济时间序列常用的一种理论，具有模型可靠的优点。将其引入河川径流序列分析中，以黄河为例，通过单位根检验，获得平稳的河川径流序列，在此基础上，建立了误差修正模型，用于描述流域上下游径流间的协整关系。     

叶尔羌流域极端气候变化特征及其对径流的影响研究

基于1954—2015年叶尔羌流域的气温、降水和径流数据,采用M-K突变检验、距平、趋势分析、Hill估计方法揭示了影响流域水文过程的气候指标,采用主成分回归分析方法探讨了极端气候与极端水文事件之间的关系。结果表明：（1）叶尔羌河流域年平均气温、降水均呈显著上升趋势;年平均气温突变时间为1998年,年平均降水不存在突变。（2）流域径流量、极端径流量呈上升趋势,其中径流量变化显著,极端径流的阈值为148.3 mm,64年间共计发生18次极端径流事件。（3）流域极端降水对径流以及极端径流的变化影响较大,极端气温影响次之。     

人类活动和气候变化影响下的黄河下游 月径流时-频综合特征的小波分析-自组织映射网络（WA-SOM）分析

以黄河利津站54年（1950～2003年）的月径流序列为基础资料,以1970年为分界点,对比分析黄河下游1950～1969年和1970～2003年的各月径流序列和年径流序列的变化特征;  并把 1950～1969年和 1970～2003年的各月径流序列的特征值和主周期作为自组织映射网络（SOM）的输入向量,分别建立小波分析-自组织映射网络（WA-SOM）耦合模型,根据其输出结果对比分析1970年前后黄河下游各月径流序列的变化情况。研究表明: 1970年以后,黄河下游各月径流量明显减少,各月径流序列（除1月和12月）的C_V和C_S显著增大,整体来看,主周期变得更加复杂;  并且在1970年之后,3月、4月、5月和6月的径流序列变得相似,汛期8月、9月和10月的径流序列特征差异很大。     

不同时间尺度的中长期水文预报研究

为研究中长期水文预报时间尺度对预报精度的影响,选取最近邻抽样回归模型与基于小波分析的组合模型对长江干流典型断面不同时间尺度的径流序列进行中长期径流预报。将1980~2012年的逐日径流资料经过时间聚集方法转换成三天、周、旬、半月、月、双月、季、半年、九月、年等10个不同时间尺度,对高场、寸滩、宜昌、螺山、汉口、大通6个典型断面的径流进行拟合和预报。结果表明:随着预报时间尺度增加,预报精度呈现先降低后提高的趋势,其中,在月时间尺度上预报效果最差,三天和年尺度上预报效果相对较好。     

近50年来中国六大流域径流年内分配变化趋势

基于1950年以来的全国六大流域19个重点控制水文站实测月径流量观测资料,以1980年为界,分析各站实测径流量年内分配不均匀系数、集中度以及集中期的变化;采用Mann-Kendall非参数统计检验方法,诊断了各月径流量的变化趋势。结果表明,自1980年以来,全国六大流域的月径流发生了时空变化,除海河的石匣里、响水堡站和黄河花园口站年内径流不均匀性和相对集中度较小以外,其它站的年内径流不均匀性和相对集中度较大,以松辽流域为最大;此外,南方流域各站冬春季(12~3月)的径流均呈现增加的趋势,5月份呈现减少的趋势,7月份呈现增加的趋势;北方流域各站冬春季(1~5月)径流呈现减少的趋势,以海河流域各站、松辽的铁岭、黄河利津站和淮河的吴家渡站减少趋势最为严重。     

密云水库以上流域年径流变化趋势及周期分析

密云水库是华北地区最大的水库,是确保首都供水安全和经济社会发展的重要水源地。本文以密云水库控制流域的张家坟站、下会站为代表站,选取19602012年的年径流资料,采用线性回归法、Kendall秩次相关检验法、Spearman秩次相关检验法分析密云水库以上流域径流的变化趋势,采用连续功率谱方法分析密云水库以上流域径流的周期。结果表明:密云水库上游潮河和白河两个流域径流的年际变化非常大,它们在同一年的径流丰枯基本一致,其中同丰同枯的概率最大。近半个世纪以来,上述两个流域的径流均呈现出明显的减少趋势,并且白河流域径流的减小速度快于潮河流域,密云水库以上流域年径流量序列显著存在约45a的周期振荡。