基于经验模态分解方法和信息熵的水沙关系研究

为研究黄河中游水沙关系及其细部演化特征,利用黄河中游控制性水文站——潼关水文站1919—2015年实测径流量和输沙量资料作为研究数据,采用经验模态分解方法分析径流和泥沙随机变化的复杂性,并运用信息熵理论计算不同时间尺度上径流和泥沙分解序列及原始序列的熵值、径流与泥沙各分量与其原始序列之间的互信息、径流与泥沙之间的互信息。结果表明:潼关水文站径流量与输沙量变化具有显著下降的趋势;径流量和输沙量在一定程度上表现为某种同步变化关系;径流量与输沙量的长周期分量及趋势项互信息较大,因此水沙关系宜采用长周期研究,趋势项分量数据信息阐述原始序列数据信息比较可靠。     

黄河河口镇至龙门区间来水来沙变化及其对水利水保措施的响应

采用现代统计学中的变点分析法、历时曲线法和双累积曲线法对黄河中游河口镇到龙门区间1952-2000年降水、径流和泥沙量进行了综合分析。结果表明:黄河河龙区间多年平均降水量为434.5mm,径流量53.3×108m3,输沙量7.2×108t。上世纪50年代以来,区间面平均降雨量并未发生显著的趋势性变化,而径流和输沙量均发生了显著性趋势性减少,但在这种趋势性减少过程中,上世纪90年代则表现出微弱增加。与前期相比,在消除降雨量影响后,区间径流量降低幅度一般在20%-30%,而输沙量在低频率部分(相当于汛期)减小幅度达40%,高频部分(相当于非汛期)有所增加。根据建立的区间面平均降雨量与径流量及输沙量关系分析,黄河河龙区间因人类活动的直接作用使区间径流量年均减少18.8×108m3,输沙量年均减少3.7×108t。与前期相比,区域水土保持措施是区间径流和泥沙减少的主要驱动力。     

黄河中游极端降雨对输沙量影响的时序分析

黄河中游是黄河泥沙的主要来源区,极端降雨是区域侵蚀产沙及河流输沙的主要动力。基于黄河中游河潼区间1958—2016年26站逐日降雨数据及河口镇和潼关水文站的输沙量数据,采用回归分析、双累积曲线等方法,研究了极端降雨指标的变化趋势及对输沙量的影响。结果表明:①极端降雨指标总体呈降低趋势,但多数指标的下降趋势未达到显著性水平。②输沙量在1979年和1999年发生突变。1979年之前对输沙量影响最大的是最大1 d降雨量,影响最小的是汛期降雨量;1980—1999年对河流输沙量影响最大的是主汛期降雨量,影响最小的是暴雨量;2000—2016年对河流输沙量贡献率最大的是大雨量,最小的是暴雨量。③极端降雨对输沙量的影响在1958—1979年最大,1980—1999年次之,2000年之后输沙量受人类活动的影响大于极端降雨的影响。     

灰预测和BP神经网络在梧州站年径流预测中的应用

根据1960—2007年降雨、径流资料,运用Pearson相关分析法研究梧州区域降雨、大湟江口站年径流量与梧州站年径流量的相关关系;应用数列灰预测和BP神经网络模拟预测梧州站年径流量。结果表明:梧州站年径流量受梧州区域汛期降雨量、年降雨量和大湟江口站年径流量影响较大;梧州站年径流量BP神经网络模型预测效果比数列灰预测好。     

秃尾河流域水沙特性变化分析

秃尾河是黄河中游河龙区间一条多泥沙河流,通过对其降水、径流和泥沙等水文资料的分析,重点讨论了20世纪70年代前后降雨量、径流量和泥沙量的变化,认为70年代以前降雨、径流和泥沙总量大于70年代以后,粗颗粒泥沙逐渐向细化的趋势发展,与天然状态相比,流域水沙关系发生了变化。     

百年尺度黄河上中游水沙变化趋势分析

根据黄河有实测资料以来的水文泥沙定位观测数据,利用非线性统计方法分析了1919—2012年黄河潼关以上河段水沙系列变化趋势。20世纪80年代中期以来水沙变化特点表明,黄河年径流量、年输沙量自20世纪80年代中期以来总体呈不断减少之趋势,而上中游水沙关系则早于20世纪60年代末已发生突变,1986年发生的突变属上中游同时发生的第2次突变。从百年尺度看,黄河水沙变化在1960年以前主要受到气候等自然因素影响,径流泥沙系列随降雨丰歉而出现相应的丰枯变化,之后黄河水沙变化受气候等自然因素和人类活动因素的双重影响,尽管不同时段降雨有丰歉变化,但径流量、输沙量都持续减少;近百年内年输沙量趋势度的绝对值明显大于年径流量趋势度的绝对值,中游的年径流量、年输沙量的趋势度的绝对值明显大于上游的;近30年是黄河水沙百年尺度中最枯的时段,其变化的突出特点表现在来水来沙量不断显著减少,水沙变化程度在空间上分布不均,泥沙主要减于中游而径流主要减于上游,水沙年内分配趋于均匀,来沙系数趋于降低,水沙搭配关系趋好。     

黄河源水沙变化及与气温变化的关系

利用黄河源4个水文站黄河沿、吉迈、玛曲和唐乃亥的长系列水文资料和10个代表性气象站的气象资料,分析源区近56年来年径流量、年输沙量、气温和降水的变化规律,以及探讨水沙变化与气温变化的关系。结果表明:4个水文站1955-1990年的年径流量和年输沙量均呈增加的趋势,但唐乃亥站1991-2011年的年径流和年输沙量相对于1956-1990年分别减少15.9%和28.5%。除河南和同德之外,其他8个气象站1953-2011年的气温呈现持续明显上升的趋势,上升线性速率为0.31~0.41℃/(10a)。黄河源区气温升高具有一致性趋势,但降水量变化没有一致性规律。降雨量与气温的关系在1953-1990年较弱,1991-2011年这种相关关系逐步增强。年径流量和年输沙量与气温升高的关系是气温降低或升高对应于年径流量和年输沙量增加或减少。     

岷江都江堰降雨与径流变化趋势分析及预测

依据岷江上游紫坪铺水文站监测1955—2008年降雨量与年径流量资料为基础数据,用线性倾向法、滑动平均法、Mann-Kendall法进行系列趋势检验,采用小波分析进行序列周期性分析,用ARIMA模型法构建降雨径流预测模型。结果表明:近54 a来,岷江流域都江堰段降雨量与径流量均有下降趋势,其中降雨下降较快,降雨的突变点比径流少且二者存在6~21 a的周期,得到的ARIMA模型预测精度较高,结合序列趋势变化与周期性,可得到该区未来降雨径流更合理的预测。     

洮水河冷口水文站水沙变化特征分析

对洮水河冷口水文站1976—2009年降水量、径流量、输沙量等相关资料进行了统计分析,结果表明降雨、径流和输沙量主要集中在汛期,降水量与径流量之间具有良好的相关性,而输沙量与二者之间相关关系不明显。     

湫水河流域水沙变化现状及成因分析

根据湫水河流域林家坪水文站47年降水、径流、泥沙资料,利用水文法建立降雨径流模型和降雨产沙模型,在此基础上根据降雨资料建立模拟天然径流量和模拟天然输沙量序列,对因降水变化和人类活动对河川径流及输沙量的影响进行了定量分析,并根据流域内主要的人类活动类型分析了水沙变化的原因。     

黄河河南段水沙变化规律与影响机制研究

黄河河南段为典型游荡型河段,其水沙变化剧烈、主槽摆动频繁、河床变形严重,对河道生境产生了严重影响。以1960—2019年小浪底、花园口、高村水文站水沙数据为研究对象,结合Mann-Kendall检验、滑动T检验、小波分析等统计方法探究了黄河河南段水沙变异周期特征,并应用双累积曲线法定量评估了降雨和人类活动对河南段径流量和输沙量减少的贡献率。结果表明：河南段年输沙减少趋势大于年径流减少趋势,小浪底到花园口间基本冲淤平衡,花园口到高村间以淤积为主,河南段汛期以泥沙淤积为主、非汛期冲刷;小浪底站输沙量在1997年发生突变,而花园口、高村站径流量和输沙量均在1985年发生突变;调水调沙对于径流量增加效果要大于输沙量增加,人类活动对河南段径流输沙减少起主导作用,对河南段径流量平均贡献率为80.94%,对输沙量平均贡献率为94.95%。     

浅析黄河源区白河唐克站水沙特征

根据黄河源区白河唐克站水文资料进行分析,结果表明:径流变化的年内分配是汛期水量约占年径流的80.0%,非汛期占20.0%;径流的年纪变化为20世纪80年代偏丰,90年代平水,进入2000年以后,水量持续偏枯;洪水主要是由降雨形成,发生洪水的时间在6～9月,持续时间均在30 d以上;年输沙量与年径流相关性好,输沙量随径流量的变化而变化,输沙量主要集中在5～10月。     

黄河河龙区间年输沙量的仿真模拟

准确地模拟黄河输沙量的变化过程,可为研究黄河泥沙变化的原因和建立黄河泥沙预测模型提供必要的技术基础。黄河泥沙主要来源于河口镇至龙门区间,为精细模拟该区间输沙量的变化,进一步划分了亚区,选择了23个降雨因子和一个水土保持治理因子,采用回归分析方法,筛选出河口镇至吴堡区间7—8月降雨量、水土保持治理度、陕西北片最大3 d降雨量等3个解释因子。利用这3个因子解释和仿真模拟了1954—2005年河龙区间年输沙量的年际波动变化与长期递减变化过程,其相关系数为0.886,显著性水平达到0.01,判定系数为0.772,说明本次研究拟定的技术路线可行,确定的解释变量合理,采用的计算数据客观。     

乌江流域水沙规律演变及驱动因素定量分析

研究乌江流域水沙特性及其演变规律,对长江中上游地区水土保持、水资源有效利用、防灾减灾和减少水库泥沙淤积具有科学价值。以乌江流域武隆站1955-2015年的降雨、径流和输沙量资料进行相关性分析、趋势检验以及突变点检验,考察自然和人类活动对径流、泥沙的影响,并定量描述其影响程度。研究表明:乌江流域年径流量和年输沙量均呈下降趋势,且输沙量的下降幅度较为显著;1955-2015年乌江流域降雨-径流关系未发生明显变化,而水-沙关系特性发生阶段性改变,特别是在2005-2015年,泥沙降幅达到0.142亿t,为原有的80%。矿物资源开采,大型水利工程建设等人类活动是影响水沙关系的主要驱动因素。     

近50a来黄河源区降水、气温及径流变化分析

基于1961—2010年气象、径流资料,采用M-K趋势检验法分析了黄河源区近50 a来降水量、气温和径流量的变化规律及三者间的内在关系,探讨了气温、降水量对黄河源区径流量季节性变化的影响。结果显示,近50 a来黄河源区降水量、气温变化具有明显的时空差异;黄河源区春季降水量显著增加,年降水量呈微弱减小趋势但不显著,东南部高值区降水量呈下降趋势而西北部低值区的降水量呈增加趋势;各季节均显著升温,东南部气温高值区的升温幅度要低于西北部气温低值区的;近50 a来黄河源区径流量呈显著下降趋势,其夏季径流量主要受夏季季风降水量的影响,而春季径流主要受春季降雨/降雪和上一年冬季降雪的影响。     

北京山区流域治理效益模型的研究

整理、调查、收集和分析田寺东沟小流域多年的气象、水文观测资料,用多元统计分析方法建立适合本流域的径流泥沙相关模型,以综合因素(降雨因子和下垫面因子)预测和预报次降雨的径流量和泥沙量;分析各集水小区,找出了影响径流泥沙的主要因素.     

浈江流域河流泥沙特性分析

通过对浈江流域主要控制水文站长坝站近50 a的径流泥沙资料分析,论述了浈江河流泥沙的来源、输沙量的年内分配和年际变化、径流量和输沙量的关系以及泥沙形成的原因。     

基于Elman网络的黄河源区径流评估模型

黄河源区来水量对黄河上游乃至整个流域供水有重要影响,研究黄河源区汛期径流变化规律和来水趋势,对黄河流域水量持续利用和优化配置有重要作用.针对黄河唐乃亥水文站近48 a(1959～2006年)径流流量及年降雨情况,利用反馈Elman网络,尝试建立了黄河源区汛期径流评估模型.并利用matlab7所提供的神经网络工具箱对其进行了仿真实验.预报结果表明,该模型能较好地反映唐乃亥水文站汛期径流量的规律.     

窟野河流域径流输沙特性简析

2000年以来,窟野河流域内径流输沙特性发生了明显的变化,呈现出"雨多、水少、沙少"的趋势,采用神木、温家川两站60年实测系列资料,对窟野河流域年降雨、径流、输沙及年降雨与径流、泥沙相关关系变化进行分析。分析得出:2000年前后,窟野河流域径流输沙特性发生了显著变化,同样量级降雨径流量、输沙量显著减少,2000年以后年径流量均值为长系列均值的40%左右,2000年以后年输沙量均值长系列均值的6%~8%左右,年降雨径流、输沙关系发生了明显变化。窟野河流域出现"雨多、水少、沙少"现象主要原因有地面植被增加、蓄水工程和水土保持工对的兴建、煤矿开采、河道采砂取土。     

土石山区径流小区水土流失规律分析

对栖龙湾径流小区进行降雨、径流量和侵蚀量观测,并分析降雨、措施、坡度对径流量和侵蚀量的影响。结果表明：在相同坡度、措施下,随降雨量和降雨强度增大,径流量和侵蚀量先增加后减少又增加;不同坡度下,顺坡种植花生径流量、侵蚀量都随坡度增加而增加。建议当坡度增大时,将顺坡种植花生方式改为土坎梯田种植,可适当拦截径流和泥沙。