基于Copula函数的东江流域3大水库丰枯遭遇分析

东江流域在广东省政治、经济和社会中占有重要地位,域内新丰江、枫树坝和白盆珠3大水库的来水量直接影响区域生产生活供水.面对水库群联合调度新要求,本文利用Copula函数构建了3大水库入库流量的二维和三维联合分布,分析其丰枯遭遇概率,主要结论如下:(1)3大水库两两间丰枯同步的概率大于丰枯异步的概率,非汛期丰枯同步的概率大于汛期.其中,白盆珠与新丰江、枫树坝丰枯异步的概率相对较大,这为其与另两个水库丰枯互补提供了可能;(2)三维联合分布显示,3大水库丰枯同步的概率在全年、汛期和非汛期均较大,依次为42.29%、41.74%和51.99%,其中同丰和同枯的概率远大于同平的概率.枫树坝与新丰江对下游具有补偿能力的概率分别为29.81%和23.03%,不具有补偿能力的概率分别为32.75%和22.32%;(3)利用3大水库的联合分布,可获得各水库不同入库流量遭遇的概率以及特定概率下各水库入库流量的可能组合,对3大水库联合优化调度具有重要的理论与实践价值.     

基于Copula函数的鄱阳湖流域极值流量遭遇频率及灾害风险

在以气温上升为主要特征的全球气候变化导致区域水循环加剧、极端气候水文事件频发的背景下,对极端水文事件,特别是水文极值遭遇频率的科学认识,对区域防洪抗旱具有重要意义.基于此,本文引入当前多变量分析中较常用的Copula函数.分析鄱阳湖流域主要支流赣江与抚河、乐安河与昌江的洪水、枯水流量联合概率特征,并对引起该流域水文极值...     

洪泽湖、骆马湖、南四湖径流丰枯遭遇分析

依据洪泽湖,骆马湖,南四湖径流量资料,对湖泊历年不同时期径流进行丰枯评述。统计分析了洪泽湖,骆马湖,南四湖年径流,汛期径流,、枯情况,提出了洪泽湖,骆马湖及洪泽期,南四湖各种时期情况下水量丰或枯的遭遇频次。     

基于连通性指数(IC)的近30年鄱阳湖流域水系结构与水文连通演变评估

由于气候变化和人类活动等多重影响,流域河湖水系格局与连通程度发生了显著变化,进而引发洪涝灾害等一系列水资源问题。本文以鄱阳湖流域为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)提取1989—2020年5期水系数据,采用图论方法构建水系评价体系,定量分析该地区近30年来水系格局和结构连通性的时空演变特征,并结合该时期地形、土地利用和归一化植被指数(NDVI)等数据,利用连通性指数(index of connectivity,IC)评估功能连通性的动态变化,进而探讨水文连通与径流量和输沙量的联系。结果表明,近30年来鄱阳湖流域水系结构趋于复杂化,主要体现在流域北部。除干流外,其他等级河流的数量和长度均有所增加,其中Ⅲ级河流最为明显。河网密度、水面率、河网复杂度和发育系数均呈增加趋势,2000年后的变化率约为2000年前的两倍。水系连通环度、节点连接率和水系连通度总体增加,结构连通性呈好转趋势且变化幅度较小。功能连通分析表明,近30年来大部分流域IC减少,流域下游靠近主河道的平坦地区IC较高,上游远离河道的植被密集区域IC较低。此外,IC与年径流量和输沙量表现为显著的正相关性(...     

基于长短记忆模型的鄱阳湖流域径流模拟及其演变的归因分析

气候变化和人类活动直接或间接的影响着全球和区域水文循环过程,是导致水文水资源时空分布的主要因素,同时也是流域-湖泊水文情势变化的根本原因.本文基于长短记忆模型构建了鄱阳湖气象—径流模型,同时引入了基准期的概念,定量区分了导致鄱阳湖流域径流变化的主要影响因素.研究结果表明:在同时考虑计算效率和模拟效果的前提下,采用10 ...     

1960年以来气候变化与人类活动对鄱阳湖流域生态径流改变的影响

基于鄱阳湖流域五河水文站1960-2013年逐日径流量和14个国家级气象站的日气象数据,本文利用长短记忆模型框架构建神经网络模型来开展鄱阳湖流域的径流过程模拟,结合生态赤字与生态盈余等生态径流指标,定量分析了鄱阳湖流域的水文变异特征.同时,利用差异化的情景模拟方式,定量区分了人类活动和气候变化对鄱阳湖流域生态径流变化的...     

气候变化和人类活动对鄱阳湖流域径流过程影响的定量分析

量化气候变化和人类活动对流域水文影响及其对流域水资源规划和管理具有重要的理论与现实意义.采用水文模型和多元回归法定量分析气候变化和人类活动对鄱阳湖"五河"径流的影响,并通过与灵敏度分析法对比来进一步验证分析结果 .研究表明,1970-2009年,气候变化和人类活动对鄱阳湖流域径流增加的贡献率分别为73%和27%.气候变化是饶河、信江和赣江径流增加的主导因素,而人类活动是修水径流增加的主要因素,是抚河径流减少的主要原因.另外,不同季节影响径流变化的主导因素又有不同,人类活动为干季(11月到次年2月)径流增加和湿季(4-6月)径流减小的主导因素,其贡献率分别为78.9%和82.7%.本研究可为鄱阳湖流域防洪抗旱及水资源优化配置提供重要科学依据.     

气候变化和人类活动对鄱阳湖流域赣江径流影响的定量分析

气候变化和人类活动对流域径流影响的定量研究是当前研究的热点,赣江作为鄱阳湖流域最大的子流域,径流变化对鄱阳湖湿地水生态系统具有重要的影响.利用Mann-Kendall突变检验分析了赣江流域径流1955—2010年间演变趋势,再分别应用统计方法和IHACRES集总式模型分析气候要素和人类活动对径流的影响.研究表明IHACRES能够较好地模拟赣江流域径流,适用于中亚热带湿润季风气候区.Mann-Kendall突变检验表明赣江流域径流在1979年发生突变,可划分为1955—1979年和1980—2010年两个时段.降水是影响赣江流域径流年际变化的主要因素,而土地利用等人类活动的影响并不明显.水库建设显著影响赣江径流的季节分配,1980—2010年间人类活动影响更加显著,其中45%的年份秋季径流增加50%以上,26%的年份秋季径流增加超过100%,其中1989年的秋季径流增加幅度达到320%.     

基于Copula函数的太湖流域汛期洪涝灾害危险性分析

太湖流域位于长江入海口,地处中国沿海经济带和长江沿线内陆经济带的交汇处,是中国高度城镇化地区之一.流域汛期降水受到多重天气系统的影响,不同的天气系统带来时空分布各异的降水,给该地区城镇防洪排涝工作造成了巨大的挑战.本文基于Copula理论对太湖流域汛期洪涝风险进行研究,考虑了因降水主导因素不同所造成的流域洪涝风险的时空差异性.在时间角度,采用降水主导因素发生时间的概率分布,将汛期划分为梅汛期和台汛期;在空间角度,通过Copula函数,对研究区进行聚类划分;在此基础上,根据太湖流域防洪规划,对流域梅汛期和台汛期的洪涝风险进行分析.研究结果表明:①太湖流域的汛期划分为:6月24日-7月21日为梅汛期,7月22日-9月22日为台汛期;②根据各分区降水和太湖水位的联合分布函数拟合效果的优劣,在梅汛期,太湖流域被划分为P-Ⅰ区、P-Ⅱ区和P-Ⅲ区;在台汛期,整个流域的降水作为一个整体,不分区;③到2025年,太湖流域在梅汛期和台汛期出现排涝不利情境的风险概率分别为2.4%和1.1%.本文的研究方法可以为太湖流域设计暴雨的调整、洪水资源的利用以及防洪排涝实时调度的决策提供科学参考.     

基于Copula的洞庭湖-流域-长江系统水文干旱概率分析

洞庭湖是长江中游重要的通江湖泊,水系格局复杂.近年来在气候变化和人类活动的双重影响下,江湖关系发生变化,湖泊水文干旱事件频发.基于洞庭湖、流域和长江干流水文站点的实测数据,通过标准化水位指数和标准化径流指数识别了水文干旱事件,并运用Copula函数分析了洞庭湖-流域-长江系统水文干旱的联合概率分布特征.结果表明:在年尺度上,1964—2016年间洞庭湖共发生了9次水文干旱事件,水文干旱的发生概率为14.01%,洞庭湖-流域系统、洞庭湖-长江系统的水文干旱联合概率分别为9.65%和8.58%,表明年尺度上流域来水对洞庭湖水文干旱的影响更大.在季节尺度上,洞庭湖-流域系统春季水文干旱联合概率最高,且两者同时发生水文干旱事件的次数最多,表明洞庭湖春季水文干旱与流域入湖补给减少有密切关系;而洞庭湖-长江系统,其秋季水文干旱联合概率最大,尤其自2003年以后更加极端和频发,这一方面受秋季降水减少和流域内人类活动的影响,另一方面三峡水库秋季蓄水使长江中下游干流水位降低,长江对湖泊顶托作用减弱也是重要原因之一.     

鄱阳湖流域水文极值演变特征、成因与影响

选用11种概率分布函数,系统分析了鄱阳湖流域"五河"的6个水文站年最大径流量与连续3d、7d最大平均日流量,函数参数以及拟合优度分别由线性矩法与柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫方法检验,选出最适合该区流量极值分布函数.在此基础上,对引起该流域水文极值变化的原因及其影响作了有益的探讨.结果表明:(1)韦克比分布是用于研究都阳湖流...     

鄱阳湖区水体氮、磷污染状况分析

通过系统测定鄱阳湖湖水、主要入湖口河水及部分农田水、地下水及城市污水氮磷含量,对其氮、磷污染状况进行了分析,同时对湖水及河水的氮、磷来源进行了初步讨论.结果表明,鄱阳湖区水体已达到一定程度的氮、磷污染,特别是饶河段氮含量较高(0.89-3.15mg/L),信江磷含量较高(0.098-0.22mg/L),而湖体的总氮、总磷含量也分别达到1.06±0.28mg/L和0.067±0.042mg/L,已具备富营养化的条件.     

基于改进U-Net的CMIP5全球气候模式降尺度方法及其在鄱阳湖流域的应用

利用降尺度方法对CMIP5全球气候模式进行空间降尺度并以此研究鄱阳湖流域未来气候时空变化趋势,能够为流域生态环境保护提供数据、技术和理论上的支持.通过简化原始网络结构,在网络首部添加插值层,采用反卷积算法作为上采样算法对传统U-Net网络进行改进,建立基于深度学习的气候模式空间降尺度模型(DLDM).以1965-200...     

Combining the SWAT model with sequential uncertainty fitting algorithm for streamflow prediction and uncertainty analysis for the Lake Dianchi Basin,China

Streams play an important role in linking the land with lakes. Nutrients released from agricultural or urban sources flow via streams to lakes, causing water quality deterioration and eutrophication. Therefore, accurate simulation of streamflow is helpful for water quality improvement in lake basins. Lake Dianchi has been listed in the ‘Three Important Lakes Restoration Act’ in China, and the degradation of its water quality has been of great concern since the 1980s. To assist environmental decision making, it is important to assess and predict hydrological processes at the basin scale. This study evaluated the performance of the soil and water assessment tool (SWAT) and the feasibility of using this model as a decision support tool for predicting streamflow in the Lake Dianchi Basin. The model was calibrated and validated using monthly observed streamflow values at three flow stations within the Lake Dianchi Basin through application of the sequential uncertainty fitting algorithm (SUFI‐2). The results of the autocalibration method for calibrating and the prediction uncertainty from different sources were also examined. Together, the p‐factor (the percentage of measured data bracketed by 95% prediction of uncertainty, or 95PPU) and the r‐factor (the average thickness of the 95PPU band divided by the standard deviation of the measured data) indicated the strength of the calibration and uncertainty analysis. The results showed that the SUFI‐2 algorithm performed better than the autocalibration method. Comparison of the SUFI‐2 algorithm and autocalibration results showed that some snowmelt factors were sensitive to model output upstream at the Panlongjiang flow station. The 95PPU captured more than 70% of the observed streamflow at the three flow stations. The corresponding p‐factors and r‐factors suggested that some flow stations had relatively large uncertainty, especially in the prediction of some peak flows. Although uncertainty existed, statistical criteria including R² and Nash–Sutcliffe efficiency were reasonably determined. The model produced a useful result and can be used for further applications. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

鄱阳湖流域乐安河重金属污染水平

乐安河是鄱阳湖五大入湖水系中重金属污染最严重的水域.为研究其污染现状,于2003-2004年度对乐安河水体、底泥及水生生物的重金属污染进行了调查与分析.结果表明,乐安河水体中的重金属除Cu的含量超出地表水环境质量标准Ⅲ类标准外,其它各项监测指标均能达到地表水环境质量Ⅲ类标准.乐安河底泥的重金属含量平均值与国家土壤环境质量相比,Cu的平均值超出了三级标准,而Pb和Zn的含量指标均符合三级标准;通过地质累积指数评价结果表明,乐安河底泥中Cu为严重污染,Pb为偏中度污染,Zn为中度污染.乐安河水生植物对Cu,Pb,Zn都有不同程度的富集,根据富集系数评价表明,植物对Cu的平均富集能力相对较强,其次是Pb和Zn.浮游动物、植物和底栖动物也受到不同程度的污染,其分布和数量因河段水质变化的影响也出现类似的波动.     

1960-2012年鄱阳湖流域旱涝急转事件时空演变特征

基于鄱阳湖流域五河7个主要入湖控制站1960-2012年的实测径流资料,通过短周期旱涝急转指数,结合TFPWMK趋势检验法及集合经验模态分解法,分析了鄱阳湖流域旱涝急转事件的时空分布、演变趋势、强度及周期变化等,并探讨了旱涝急转指数的不确定性及旱涝急转事件的成因.结果表明:鄱阳湖流域旱涝急转事件主要分布在3-10月,其中3-6月主要表现为"旱转涝",7-10月主要表现为"涝转旱",且不同年代间存在一定的时空差异;五河以轻度旱涝急转事件为主,重度旱涝急转事件发生频率较低,主要发生在抚河、信江和饶河流域,且多以"涝转旱"事件为主;在年代际上,鄱阳湖流域旱涝急转事件在1990s发生的频率最高,在2000s最低.同时,除饶河外,鄱阳湖流域年最强"涝转旱"事件的发生强度呈减弱趋势,而年最强"旱转涝"事件的发生强度在赣江和修水北支有减弱趋势,在饶河和修水南支有增强趋势.五河旱涝急转的变化存在2个特征时间尺度,分别为1a和21～35a,而年最强旱涝急转事件的发生强度具有3a左右的周期变化特征.这些变化与流域降水的不均匀性及强烈的人类活动等有关.本研究结果有助于全面系统认识鄱阳湖流域在全球变暖背景下极...     

鄱阳湖流域典型新烟碱类杀虫剂的污染特征和风险评估

新烟碱类杀虫剂(NEOs)因用量较大和具有水溶性,是目前人们密切关注的新环境污染物之一。NEOs易通过地表径流迁移到水环境中,对水生态系统和人体健康构成威胁。本研究利用固相萃取—超高效液相色谱—串联质谱法(SPE-HPLC-MS/MS)对鄱阳湖主要入湖河流和湖体中NEOs进行分析,旨在揭示鄱阳湖流域NEOs的空间分布特征,并分析其污染来源和生态风险。结果表明,在鄱阳湖流域9种NEOs均有不同程度检出,其中呋虫胺(DIN)、噻虫啉(THI)、吡虫啉(IMI)及噻虫嗪(THIA)的检出率为100%。9种NEOs总浓度范围为8.8～88.9 ng/L,残留最高、分布最广的农药是IMI(浓度范围2.1～42.7 ng/L)和THIA(浓度范围0.7～18.3 ng/L),流域内NEOs的主要来源为农业活动的非点源输入。基于物种敏感度分布法和联合概率分布曲线法评估了鄱阳湖流域中新烟碱类杀虫剂对淡水水生生物的生态风险。结果显示几种NEOs杀虫剂生态风险大小顺序为IMI>噻虫胺(CLO)> THI> THIA>啶虫脒(ACE),昆虫对NEOs最为敏感。联合概率分布曲线显示,对...