基于Elman网络的黄河源区枯期径流预报

采用反馈Elman网络,对黄河唐乃亥水文站及上游玛曲站近45年(1959～2003年)年降雨及径流流量进行分析,建立了基于反馈神经网络的黄河源区枯季径流预报模型.利用Matlab7 神经网络工具箱对黄河源区唐乃亥水文站枯季径流量进行了预报.结果表明所建立的ANN(7,7,15,7)模型预报结果精度高,容错能力强,是枯季径流预报的有效手段.     

变化环境下近60年来中国北方江河实测径流量及其年内分配变化特征

中国北方水资源短缺,河川径流量的变化直接影响着区域水资源管理及经济社会的稳定发展。采用Mann-Kendall趋势检验法,分析了1955—2018年中国北方主要江河6个重点水文站实测径流量的演变趋势。结果表明:①中国北方主要江河实测年径流量都呈现出下降趋势,其中,海河流域的年径流量锐减最为显著。②黄河上、下游径流量变化差异明显,上游唐乃亥站实测径流量为非显著性减少,中下游花园口站实测径流量显著减少。③唐乃亥站和哈尔滨站在1980—1999年的实测径流量较基准期(1956—1979年)的有所增加,而其余各站的均有所减少;但在2000年之后,所有6个水文站实测径流量均较基准期的偏少,其中,海河径流量偏少超过80%。④环境变化使得北方主要河流降水-径流关系发生变化,同样降水条件下,21世纪以来的河川径流量明显偏少,人类活动是中国北方主要江河径流量变化的重要原因。     

乌裕尔河流域水文气象要素演变特征分析

利用乌裕尔河流域的雨量站和水文站近60 a的降雨、气温、蒸发及径流资料,运用线性趋势估计、累积距平、Kendall秩次相关检验、小波分析等方法研究了乌裕尔河流域的气象水文特征及其演变趋势.结果表明:该流域的气温呈显著上升趋势,蒸发无显著性变化;降雨和径流均有明显的丰水期、枯水期变化,总体上均呈不显著减小趋势;降雨存在30 a的主周期波动,径流存在21 a的主周期波动.研究成果可为乌裕尔河流域水资源利用管理及下游扎龙湿地的水循环及生态保护提供依据.     

中国不同气候区典型流域的水文变化特性

根据中国6个不同气候区典型流域水文站近55 a的水文观测资料,用Mann-Kendall秩次相关检验法和降水-径流关系法分别分析了各流域的降水量、径流深和气温的变化趋势以及不同历史阶段的降水-径流关系。结果表明,各典型流域的降水量和径流深年内分配不均,夏季多、冬季少,集中在6—9月份;各流域都检测出气温显著升高的趋势,多年平均温增为0.029℃/a;辽河和昕水河流域的年均径流深减少严重,南方湿润气候区石角站以上流域的降水量、径流深均表现出增加的趋势。6个典型流域的年降水和径流系列以1980年和2000年为分段点划分为3个阶段,辽河和昕水河流域的降水-径流拟合直线的斜率呈逐阶段下降趋势,且年变化显著;黄河源区的年降水-径流关系具有波动特点;湘江流域由于年际调水原因,年际径流深较为均衡。     

抚河临水流域径流量变化及其对降雨的响应

利用抚河临水流域1979—2008年降水和径流数据,采用累积距平法、M-K非参数检验、小波分析以及累积量斜率变化率法,分析了临水流域径流量变化特征及趋势,并定量分析降水和人类活动对临水流域径流变化的影响程度。结果表明临水流域径流量年内变化为单峰型曲线,径流量的季节差异较大;年径流量呈下降趋势,但变化趋势都不明显;径流量变化的突变年份为1984年和2002年;年径流量存在7 a和14 a周期变化,其中14 a周期振荡最显著;相对于基准期AR(1979—1984),BR(1984—2002)和CR(2003—2008)时期降雨对径流的降水变化对径流变化的贡献率分别为75.5%和59.92%,贡献率均在59%以上,说明降雨是导致临水流域年径流量减少的主导因素。随着社会经济的发展,人类活动对径流变化的影响也逐渐显现出来。     

湄公河流域气象和水文干旱时空演变特征与规律分析

干旱是湄公河流域影响范围最广、造成损失最大的自然灾害之一。开展湄公河流域干旱特性分析研究,有助于全面把握湄公河流域干旱时空变化规律,对于科学应对、防范干旱灾害具有重大的科学意义。本研究中借助全球过去近百年(1901-2016年)长序列月降雨网格化产品和干流4个典型水文站过去近30年(1985-2016年)流量观测序列,结合不同时间尺度标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SSI)估算,分析了湄公河流域过去近半个多世纪(1950-2016年)的气象干旱特征及近30年的水文干旱变化趋势。结果表明,流域整体的SPI值呈现轻微上升趋势,但泰国东北部、柬埔寨大部及缅甸等地区的SPI呈现显著下降趋势,表明上述地区变干趋势明显,尤其是泰国东北部地区。基于长序列分析发现,流域绝大多数地区的气象干旱发生频率超过25%,其中柬埔寨南部、越南湄公河三角洲等下游地区发生重特大级别干旱的频率接近10%。进一步分析水文干旱特性发现,位于上中下游等不同河段的站点SSI在过去近30年的变化趋势不尽相同。其中,上游清盛站SSI总体上呈下降趋势,特别是2010年之后;位于中游的廊开及穆达汉站SSI上升趋势明显;而下游上丁站的SSI变化不明显,但2005年之后的绝大多数年份SSI为负值,表明该站控制地区在过去近十年受水文干旱影响较为频繁。上述分析及研究结果能够为湄公河流域干旱管理与旱灾防范提供科学决策支撑。     

王快水库流域土地利用变化的径流响应

土地利用变化是影响流域径流的重要因素之一。文中以王快水库流域为研究区,基于1980年、2005年、2010年三期土地利用数据,应用ArcGIS10.3软件和SWAT模型,分析不同时期土地利用变化情况及其对径流的影响。结果表明：1)林地和草地是王快水库流域的主要土地利用类型,2005～2010年1 889.99 km~2的草地转换为林地;2)SWAT模型在该流域具有较好的适用性,该流域径流量总体呈减少趋势,2005～2010年多年平均径流量减少了0.51亿m~3;3)林地面积与径流变化呈显著负相关(p<0.01),草地面积与径流变化呈显著正相关(p<0.01)。研究成果可为王快水库流域水资源合理规划、土地资源合理配置提供科学的理论依据。     

雅砻江中上游径流变化特性的小波分析

根据雅砻江流域中上游雅江(1970~2004年)、洼里(1972~2004年)两水文站月径流资料,采用Db3小波函数分析径流特性和变化趋势.结果表明:雅江站径流总体呈增长趋势,但增长速度已经变缓;洼里站径流在1993年前呈稳定增长趋势,但在1993年后径流减少趋势越来越明显;而雅江-洼里区间径流量一直呈减少趋势.利用复Morlet小波通过连续小波变换分析径流的周期特性,并用小波方差识别主周期.结果表明:雅江站径流序列存在10~11 a的第一主周期和5 a左右、2~3 a的次主周期;洼里站径流序列存在9~10 a的第一主周期,5 a左右、2~3 a的次主周期和一个1 a左右的不明显周期.     

近30年色林错湖面变化特征及其对气候变化的响应

为了探讨气候变化对高原湖色林错湖面面积变化的影响,基于1988—2020年Landsat卫星遥感影像资料,用最大似然法提取色林错水体信息,采用线性回归及M-K检验法分析色林错湖面面积及其流域内温度、降水和积雪深度等气候因子变化特征,并用皮尔逊相关分析法探讨了湖面面积与气象因子之间的相关性.结果表明:近30年色林错湖面面积增加了650.70 km²,增长速率为203.34 km²／(10 a).色林错湖面扩张存在着明显的空间差异,湖面向南、向北扩展比较明显;色林错流域年平均气温及降水量呈显著上升趋势(p<0.05),而积雪深度呈显著下降的趋势(p<0.05),其中增温速率为0.50℃／(10 a),降水量增加速率为17.32 mm／(10 a),积雪深度递减率为0.65 cm／(10 a);色林错湖面面积的变化与该流域气温的升高以及冷季积雪深度的降低具有极显著相关性(p<0.001),气温升高使得色林错上游的冰雪融水增加是色林错湖面面积增大的主要原因.     

长短期记忆网络在中长期径流预报中的应用

长短期记忆神经网络(long-short term memory neural network,LSTM)是一种适合模拟与预测时间序列长程变化的神经网络,可用于研究中长期水文预报问题.以黄河源区唐乃亥流域为研究区域,根据2000-2009年的日降雨量、蒸发量和流量资料,构建了未来30 d的逐日流量LSTM预报模型,并以...     

An improved modeling of precipitation phase and snow in the Lancang River Basin in Southwest China

Precipitation phase(e.g., rainfall and snowfall) and snow(e.g., snowpack and snowmelt runoff) in high-mountain regions may largely affect runoff generation, which is critical to water supply, hydropower generation, agricultural irrigation, and ecosystems downstream. Accurately modeling precipitation phase and snow is therefore fundamental to developing a better understanding of hydrological processes for high-mountain regions and their lower reaches. The Lancang River(LR, or the Upper Mekong River)in China, among the most important transboundary rivers originating from the Tibetan Plateau, features active dam construction and complex water resources allocation of various stakeholders in Southeast Asian countries under climate change. This study aims to improve precipitation phase and snow modeling for the LR basin with a hydrological model and multisource remotely sensed data. Results show that joint use of the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) land surface temperature product with high spatial resolution(1 km×1 km) and an air temperature product can more precisely distinguish precipitation phase than air and wet-bulb temperature products in the LR basin. Snowfall and snowmelt were found to be controlled primarily by rainfall and snowfall temperature thresholds in snow modeling. The rainfall and snowfall temperature thresholds derived from the hydrological model through calibration with remotely sensed snowpack at basin scales were considerably lower than those derived from in situ observations. Rainfall and snowfall temperature thresholds derived from in situ observations could lead to the overestimation of snowmelt runoff due mostly to the lack of representation of point-based measurements at basin scales. This study serves as a basis for better modeling and predicting snow for the LR basin and potentially other similar basins globally.     

淮河流域近70年极端水文气象特征分析

以淮河流域23个气象站点1951—2016年的降水数据和蚌埠水文站的径流数据为研究对象,应用线性拟合法、滑动平均法、非参数MK检验法分析了流域的降水和干旱的变化特征,并结合R/S分析法、Pearson和Spearman相关系数法分别分析了降水、干旱与径流的相关关系及长程记忆性。结果表明,除连续湿日外,淮河流域极端水文指数均呈显著增长趋势,突变年份集中在20世纪50、60年代初;近70年,年干旱频率达21. 2%,轻旱比例最高,从年、季尺度来看,冬旱最严重,年、季干旱均呈现减少趋势;最大30天、15天降水径流相关关系均呈中度相关,汛期、非汛期降水距平与径流相关关系分别呈中度和弱相关,未来4～11年,最大30天降水和径流、汛期和非汛期的降水距平及径流均呈不显著增长趋势。     

Formation and utilization of water resources of Tarim River

The Tarim River is a typical inland river in arid area without runoff yield of itself, and water resources are all supplied by its headstreams. The method of time series analysis is applied to annual runoff series of three headstreams, namely the Aksu River, Yarkant River and Hotan River to analyze their dynamic variations. A model is established to estimate water consumption in the headstream areas. Quantitative results indicate that both total annual runoff of headstreams and water consumption in the headstream areas have an increasing trend. The dynamic trends of annual runoff of hydrologic stations along the mainstream of the Tarim River are also presented to estimate the intermittence drying-up time at each station. Water consumption model of the mainstream area is used to analyze the characteristics of water consumption in the upper and middle reaches. It is shown that water consumption in each river reach of the mainstream decreases with the decrement of inflow and increases with human activities.     

图们江下游流域近50年径流变化研究

本文利用1960—2005年河东、珲春、圈河3个水文站的径流监测资料,对图们江下游流域近50年径流的年际、年代、年内变化进行了分析.结果表明:从年际变化上看,河东站年际径流变化最剧烈,其次是圈河站,珲春站相对较稳定;从年代变化上看,河东和圈河水文站有很大的相似性,年代径流变化趋势为"多—少—少—少—多",而珲春水文站的年代径流变化趋势则为"多—少—多—少—多";从年内变化上看,珲春水文站各月径流变差系数最大,河东、珲春、圈河3个水文站年内径流主要集中在5—9月份,这5个月的径流总量占年径流量的百分比分别为79.57%,75.91%,78.65%.     

青藏高原湖冰物候的时空变化及其影响因素

为明确青藏高原湖泊湖冰物候信息及其对气候变化的响应,以青藏高原面积较大(面积100 km2)的40个湖泊为研究对象,利用MODIS数据,采用阈值法提取湖冰物候,分析2000—2015年青藏高原湖冰物候的时空变化规律及其影响因素.结果表明:青藏高原湖泊开始结冰在11月初—12月中旬,完全结冰在11月中旬—次年1月初,开始融化在3月中旬—5月初,完全融化在4月中旬—6月初,封冻结冰期176 d左右,完全封冻期130 d左右.湖冰物候有明显区域差异,北部湖区开始结冰期早,完全融化期晚,封冻期长;南部湖区开始结冰期晚,完全融化期早,封冻期短.2000—2015年,大部分湖泊湖冰物候变化趋势不显著.北部湖区封冻期和完全封冻期波动较大,而东部和南部湖区完全封冻期变化程度小.湖冰物候时空变化主要受温度、降水、风速的影响,温度是主要的影响要素,温度升高或降雨增加都会使封冻期缩短,风速对湖冰物候有一定的影响.     

Oxygen-18 in present-day precipitation on the Tibetan Plateau

The temporal and spatial variations of the δ¹⁸O in precipitation on the Tibetan Plateau are analyzed. There is no temperature effect in the southern Tibetan Plateau. Amount effect has been observed at Lhasa station. However, the seasonal variations of the δ¹⁸ in precipitation are different from that of precipitation intensity, showing that the precipitation intensity is not a main controlling factor on the stable isotopic compositions in precipitation in the southern Tibetan Plateau. There is notable temperature effect in the middle and northern Tibetan Plateau. The seasonal variations of the δ¹⁸O in precipitation are almost consistent with those of air temperature there, indicating that temperature is a main factor controlling the stable isotopic variations in precipitation. A meridional cross-section shows that a notable depletion of the stable isotopic ratio in precipitation takes place in the Himalayas due to very strong rainout of vapor as it rises over the Himalayas, then the δ¹⁸O remains basically unchanged although a big temperature fluctuation appears from Tingri to Amdo, and the δ¹⁸O in precipitation increases rather than decreases from Tanggula to the northern Tibetan Plateau. Such a spatial distribution is related to the replenishment of vapor with the relatively heavy stable isotopic compositions originated from the inner Plateau.     

清水河流域50年来面降水量变化特征分析

清水河流域处在干旱与半干旱地区,降水的变化直接影响到径流的变化.通过分析1956～2005年清水河流域张家口站上游面降水量50年变化特征,可以了解其年际动态变化规律和统计特征,揭示该地区降水径流关系,为水资源开发与利用提供参考.     

郑州市1951—2011年降水及气温的变化特征分析

为了解郑州市近年来气温和降水的变化特征,利用1951—2011年气温和降水资料,采用线性倾向估计、5 a滑动平均趋势分析法、累积距平法、Mann-Kendall突变检测法、滑动t-检验和小波分析法,对郑州市气温和降水的变化趋势、相关性、突变性及周期性进行了分析.结果表明:61年来,郑州市气温和年降水总体均呈上升趋势,气温倾向率为0.258℃/(10 a),降水倾向率为2.77 mm/(10 a);春季、夏季的降水与气温的相关性较好;郑州市年均降水在1953年发生突变;年均气温在1993年和1997年发生2次突变;通过小波分析,年降水和年均气温在主周期方面有一定程度的吻合.     

The study on Sanmenxia annual flow forecasting in the Yellow River with mix regression model

Recently,accordingtotheintenseinterferencethathumanactivitieshaveimposedonnatureandtheeffectofglobalclimatechange,theevolvementofwaterrecycleinYellowRiverhaschangedveryremarkably.Ononehand,globalclimatechangehasalteredtheprimarytemperature,rainfallwithacertainextentwhichhaveacloserela-tionshipwithclimatefactors;ontheotherhand,peoplehaveexploredandutilizedthewaterandlandonagreatlargescalewhichinfluencesthecharacteristicsofevaporation,seepageandconflux.Theoriginalwatercyclemotivationconditionsch…     

The study on Sanmenxia annual flow forecasting in the Yellow River with mix regression model

This paper established mix regression model for simulating annual flow, in which annual runoff is auto-regression factor, precipitation, air temperature and water consumption are regression factors; we adopted 9 hypothesis climate change schemes to forecast the change of annual flow of Sanmenxia Station. The results show: (1) When temperature is steady, the average annual runoff will increase by 8.3% if precipitation increases by 10%; when precipitation decreases by 10%, the average annual runoff will decrease by 8.2%; when precipitation is steady, the average annual runoff will decrease by 2.4% if temperature increases 1°C; if temperature decreases 1°C, runoff will increase by 1.2%. The mix regression model can well simulate annual runoff. (2) As to 9 different temperature and precipitation scenarios, scenario 9 is the most adverse to the runoff of Sanmenxia Station of Yellow River; i.e. temperature increases 1°C and precipitation decreases by 10%. Under this condition, the simulated average annual runoff decreases by 10.8%. On the contrary, scenario 1 is the best to the enhancement of runoff; i.e. when temperature decreases 1°C precipitation will increase by 10%, which will make the annual runoff of Sanmenxia increase by 10.6%.