Kalman滤波方法在黑河出山径流年平均流量预报中的应用

应用Kalman滤波方法,以流域平均降水量、气温、太阳黑子相对数及莺落峡站6年显著周期序列等为控制参数,对黑河出山径流年平均流量的预测问题进行了初步研究和探讨。     

1957-2008年黑河流域径流年内分配变化

根据黑河流域重点控制水文站莺落峡、正义峡实测月径流量观测资料,应用不均匀系数、集中度(期)、变化幅度等方法指标,分析了黑河流域径流年内变化规律;采用累积滤波器和Mann-Kendall秩相关法诊断了各月径流量的变化趋势.结果表明:①对于莺落峡站,总体上各个年代径流年内分配均呈明显的"单峰型"分布,其径流量7月达到极大值...     

黑河流域近60年来径流量变化及影响因素

基于莺落峡、正义峡水文站径流量数据及相关气候资料,借助小波分析、小波神经网络模型和GIS空间分析方法,研究黑河干流径流量变化周期、突变、趋势及原因。结果显示:1944~2005年莺落峡年均径流量变化长周期约7和25年,变化总体呈增加趋势,增加率约1.04m³/(s·10a);1954~2000年正义峡年均径流量变化长周期约6和27年,变化总体呈减少趋势,减少率约2.65m³/(s·10a);2006~2015年莺落峡年均径流量呈增加趋势,增加率约2.04m³/(s·10a);莺落峡径流量的增加主要与黑河流域上游气候向暖湿型转化有关,而正义峡径流量的减少与中游水资源利用量的迅速增加有关。     

塔里木河干流径流量变化与太阳黑子活动的关系

本文运用Morlet 小波分析方法, 分析了1957-2011 年塔里木河干流年径流量与太阳黑子相对数的关系。结果表明, 55 年间塔里木河干流年径流量和太阳黑子相对数都呈减小的趋势。塔里木河干流年径流量变化存在4 a、8 a、18 a、21 a 左右的主周期。在8~9 a 和18~21 a 尺度上年径流量序列与太阳黑子相对数序列具有相近的主周期。年径流量变化所表现的4 年主周期与太阳黑子活动关系不大;18~21 a 主周期特征应主要受太阳黑子活动的影响;8 a 主周期也与太阳黑子活动显著相关, 但由于受到人类活动的强烈干扰, 致使在20 世纪80 年代以后两者关系被扰乱。预测2012-2020 年间塔里木河干流将处于枯水期, 年径流量的平均值约为35×10⁸~40×10⁸ m³。     

黑河莺落峡站年径流长期预报模型研究

通过分析黑河莺落峡站出山径流变化规律,并将年径流系列按照频率25%及75%为界,划分成3种情况:即多水年x_i > 55.0,中水年42.1≤x_i≤55.0,小水年x_i < 42.1。计算其状态转移概率得出:年径流过程从某一状态转移至其他状态的可能性都有,但其转移概率的最大值达81.8%。由此可知,年径流的变化过程不仅有随机性,而且有很强的相依性。通过多年对站年径流预报工作的实践,经过各种方法的比较检验,认为建立前期大气环流因子与年平均流量的预报模型和建立年平均流量的时间序列组合模型,其逐年预报的精度较高,经过误差评定分析,两个模型均为甲级方案,检验预报时性能较稳定,能对莺落峡站年平均流量进行有效预报,为黑河流域调水提供技术支撑。     

基于R/S分析的黑河出山年径流量灰色预测

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黑河出山径流量。针对1949—2011年莺落峡水文站年径流量资料,首先进行R/S分析,确定径流量序列的Hurst指数和平均循环周期T;然后在一个周期内进行径流量灰色预测。结果表明:黑河出山径流量循环周期在20~25年之间,在进行R/S灰色预测时,取T=20为宜;R/S灰色预测结果的精度高于直接进行灰色预测。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,为径流量的科学预测提供了一种新方法。     

黑河上游多年基流变化及其原因分析

利用递归数字滤波法分割黑河上游主要水文站点的基流量,用移动平均、曼-肯德尔（Mann-Kendall）突变检验,小波分析方法分析研究区多年基流变化特点,并对基流影响因子进行分析。结果显示：黑河上游祁连、扎马什克、莺落峡三站多年平均基流指数均大于0．4;祁连与莺落峡多年基流量呈上升趋势,二者都在1979年发生增加到显著增...     

黑河流域莺落峡站河道内生态需水研究

生态需水是当前水问题研究中的一个热点问题, 对于生态环境急剧恶化的内陆干旱区来说, 这一研究尤为紧迫。气候变化及人类活动导致水文变异, 进而改变了当地生态系统的水文及生态平衡状况。文章采用黑河流域莺落峡站1947-2006 年月径流序列资料, 运用差积曲线-秩检验联合法来识别水文过程变异点并分析变异成因, 然后对各月平均流量序列用线性矩法推求GEV分布参数, 求出概率密度最大流量, 将其视为相应月河道内生态流量, 可以得到黑河莺落峡站河道内生态需水情况。结果表明, 基于水文变异情况分析河道内生态需水的计算方法在黑河上游是可行的;水文变异前后, 站点满足生态需水频率会发生显著变化, 因气候原因而导致的径流量变化是很难避免的, 科学合理计算生态需水对干旱区河流生态管理和经济社会可持续发展有重要作用和意义。     

黑河干流高崖断面径流变化及其模拟

 作为张掖市甘州区与临泽县之间的黑河干流的控制断面,高崖断面径流量变化反映了甘州区地表水、地下水、灌溉用水之间的转化特征。在定性分析黑河干流高崖断面径流组成的基础上,提出了河道渗漏和地下水溢出的简化模型,利用月引水比例刻画灌溉引水量的年内变化,以莺落峡径流量和典型观测孔水位为输入,对高崖断面的月径流量进行了模拟。模型重建的1989—2006年高崖断面月径流量NSE(Nash-Sutcliffe coefficient of efficiency)系数达到0.88。所提出的方法充分考虑了河道水量适时变化条件下的河道渗漏行为以及人类活动的影响,是对高崖断面径流变化研究的一次积极探索。     

西北太平洋边缘海区海面变化多尺度解析及空间分异

利用MODWT对西北太平洋边缘海区8站位1965~2005年验潮序列进行多尺度分解,讨论了该区域海面变化多尺度波动特征及空间分异。结果显示年周期组分振幅随纬度增大而逐渐增大,半年周期组分振幅以中国沿岸最大,其余站位相对较小。年际尺度的波动中ENSO信号与1~2年尺度的准周期波动存在模态混叠现象,表现为对序列构形和不同时段的相关关系的影响。利用ICA方法从小波分解的年际尺度和信号中分离出的ENSO信号,表明不同纬度海面对ENSO事件的响应整体上呈现向高纬衰减的变化特征。基于小波相似性的分析结果显示,低纬各站海面对ENSO在各尺度上均呈现出显著的负相关,而中高纬地区则呈现出正相关。1980年之前和之后中高纬地区的海面对ENSO的响应出现了显著的差异,这可能与ENSO自身频率的调整有关。     

灰色预测模型在径流长期预报中的应用

基于灰色系统的建模理论，利用河西地区有关河流的径流观测资料，建立了一个ＧＭ（１，１）残差序列周期修正径流预测模型，并用于春旱缺水期３～６月河流来水量的长期预报，经生产部门验证，准确率在８０％以上     

张掖市黑河近期综合治理工程效益初步分析

黑河流域日趋恶化的生态环境,引起了政府及相关部门的重视。按照国务院指示,张掖市2000年启动了黑河中游水量调度方案,即当莺落峡来水15.8亿m3时,正义峡下泄水量9.5亿m3。2001年开始实施了黑河流域近期治理工程项目。通过介绍黑河近期（2000—2005年）综合治理工程的概况,并分析工程产生的效益,结果表明:中游实施调水6 a来,总计调入下游的水量53.42亿m3,调水次数23次,调水天数396 d;张掖市利用黑河干流的水量减少、地下水开采量增大、农业用水量降低、工业和生态用水量增加、下游生态环境逐渐得到了恢复。节水工程实施5 a来,张掖市工农业用水效率提高、粮经草种植比例由45∶48∶7调整为31∶50∶19、产业的经济结构由41∶24∶35调整为37∶25∶38、农民纯收入增加了28%、农业节水工程的节水效益明显。     

祁连山黑河径流变化特征及影响因素研究

基于黑河流域径流、气象和土地利用类型等资料,采用弹性系数等方法研究了黑河径流变化特征及影响因素。结果表明：（1） 1990年后黑河流域径流量增加趋势明显加速,并且在黑河干流表现最为明显,1957—1990年莺落峡站径流量增加速率为0.75×10⁸ m³·(10a)^-1,而1991—2020年其增加速率为2.60×10⁸ m³·(10a)^-1,后者是前者的3.47倍,并且黑河全流域1990年后径流量增加主要发生在夏季和秋季,较1990年前分别增加了7.07%和26.58%。（2） 径流对气候变化的响应在夏季最为敏感,并且降水是导致径流增多的主要气候因素,夏季降水量增多1.000%,同期径流量平均增多0.741%（P<0.01）。（3） 2020年较1980年黑河流域耕地和建设用地面积相对增幅分别为24.20%和71.43%;草地和未利用土地面积相对降幅分别为1.30%和5.28%。径流量与林地面积、建设用地面积呈正相关,而径流量与草地面积呈负相关。研究结果可以为黑河流域水资源的科学管理、优化配置和后续生态工程的实施提供参考。     

黑河流量对祁连山气候年代际变化的响应

利用祁连山区8个气象站自建站至2003年观测的月降水、气温资料, 在分析各站气候要素互相关的基础上, 建立了代表祁连山整体气候变化的1944-2003年历年各月、季降水距平百分率和气温距平序列, 以及黑河上游莺落峡水文站观测的径流量, 分析了黑河流量与祁连山区降水、气温的年代际变化。结果表明: 祁连山气候演变存在非常明显的年际和年代际变化。自1970年代以来, 除夏季降水量呈上升趋势外, 秋、冬、春三季均表现出明显的变干, 尤其是秋、冬两季。本世纪初降水量又有增加趋势。比较过去60a气温变化, 1940年代最暖, 1960年代最冷。自1980年代以来, 祁连山区气候明显变暖, 各季气温显著升高, 尤以冬季升温最快, 目前已超过1940年代的暖期。1980年代的流量是过去60a中最大的10a, 1990年代有所减小。1990年代后期流量明显增加, 目前除春季外, 夏、秋、冬季已转入上升趋势。     

渭河径流年内分配变化特征及其影响因子贡献率分解

研究渭河径流年内分配变化特征及其影响因子,有助于在区域视角下进一步掌握全球变暖与人类活动不断加剧背景下的水文响应。本文基于1960-2005年实测径流、面降雨以及潜在蒸发量的月序列数据,采用集中度与不均匀系数两个指标分析渭河径流年内分配特征的时空变化规律。运用Mann-Kendall法求算了渭河流域径流集中度与不均匀系数的变化趋势,采用启发式分割法诊断径流年内分配特征值的变异点,并运用累积量斜率变化率比较法定量计算气候变化与人类活动对径流年内分配特征变化的贡献率。结果表明:①渭河实测径流年内分配特征值的年变化过程呈现上升趋势,其中张家山站呈现显著上升趋势,该流域旱涝风险有所增加;②林家村与张家山站的实测径流年内分配特征值均存在1973年这一变异点,而华县站无变异点存在;③气候变化与人类活动影响对林家村站径流年内分配集中度与不均匀系数的贡献率分别为27.15%,72.85% 和12.10%,87.90%,而对张家山站的贡献率分别为39.11%,60.89%和33.73%,66.27%。人类活动是渭河实测径流年内分配特征变化的主要驱动力。