黄河上游年最大洪峰流量规律研究

基于黄河上游年径流过程与年最大洪峰流量序列具有很好的相关性这一特点,采用功率谱分析法和灰关联分析法从微观和宏观两方面研究洪水规律。功率谱分析结果表明:黄河上游各水文站年最大洪峰流量序列具有一些周期谐波,但均没能通过显著性检验,因此难以建立确定性模型对年最大洪峰流量做出定量预报。通过太阳黑子周期性变化与黄河上游大洪水的相关性统计分析和灰关联度计算,表明黄河上游大尺度的天气系统与太阳黑子具有很好的相关性,因此可以通过太阳黑子的变化对年最大洪峰流量进行定性预测。     

基于奇异谱分析的闽江流域径流长期预报研究

以闽江流域1950-2007年月径流时间序列为例,采用毛毛虫-奇异谱分析方法进行长期径流预报研究。经过嵌套、奇异值分解、聚合、对角线平均等步骤,识别序列的趋势、周期等特征,得到趋势成分,以及3个月、4个月、6个月、12个月、2.6年和6.7年的周期成分。进一步基于获得的趋势、周期成分,采用线性递归公式检验验证期(2006-2007年)预测效果,并对未来24个月份(2008-2009年)的径流进行预测。结果表明:毛毛虫-奇异谱分析对水文时间序列具有较好的长期预测能力。     

年径流P-Ⅲ型分布的熵法估参

针对陕北地区主要水文测站年径流资料,运用最大熵方法计算了其P-Ⅲ型分布参数,并采用RMSE和AIC准则,将最大熵方法与矩法、极大似然法进行了对比分析。结果表明:最大熵方法与极大似然法计算结果相当,且皆优于矩法;从实用性上来说,最大熵方法优于极大似然法。     

昕水河月径流量混沌特性分析

将功率谱分析与混沌理论结合,以昕水河流域为研究对象,对其1956-2000年月径流量的混沌特性进行了分析.结果表明:昕水河月径流量具有混沌特性,从月径流量时间序列的嵌入维数、饱和关联维数和Kolmogorov熵计算得知,月径流量序列的可预报长度为10个月左右.     

潼关站汛期月径流SSA—MEN分析预报研究

采用奇异谱-熵谱方法对潼关水文站1986年以来汛期月径流序列进行了周期分析和预报试验,结果表明潼关站汛期月径流变化存在4～5年的周期.对2004～2007年汛期月径流进行的试预报结果显示,该方法对汛期月径流具有较强的预报能力,可以作为汛期径流预报的重要工具.     

陕北及关中地区非一致性年径流序列变异诊断

以陕北地区和关中地区的15个水文测站为例,采用随机方法进行了非一致性年径流序列的变异诊断。结果表明:共有7个测站的年径流序列发生了变异,其中赵石窑站为趋势变异,神木站、枣园站、黄陵站、林家村站、张家山站和氵状头站为跳跃变异;这7个测站的年径流量在未来条件下存在不同程度的减少,建议对该区用水进行规划,并采取必要的措施来保证用水安全。     

流域水资源演化模式识别与分析

揭示流域水资源演变规律对预测其变化趋势,进而对指导安排流域内重大水事活动具有重要意义。解决这一问题的关键是如何有效识别反映水资源本质特征的各种模式且物理意义明确。经验模态分解方法能自适应的将非线性、非平稳信号识别为满足正交性和完备性的一组模式,本文在用EMD方法识别信号模态的基础上,结合最大熵谱分析与Hilbert变换确定模态的数字特征,建立了一套识别水资源演化模式的新方法。作为实例,将其应用于某流域控制站1956~2000年天然年径流的模式识别中,初步揭示了该流域水资源演变规律。     

径流序列变异诊断的近似熵与样本熵法对比研究——以新疆叶尔羌河为例

识别并诊断径流序列的变异点,是进行径流序列重构与一致性再建立的关键环节,对于认识水文机理、应对径流变化具有重要价值。选取1957-2016年叶尔羌河出山口卡群水文站实测日径流量数据,采用传统MannKendall突变检验法识别突变点,采用样本熵和近似熵法诊断序列的变异点并进行方法对比。结果表明:采用传统的突变检验方法 Mann-Kendall法进行突变点识别时,出现了多个虚假变异点,无法准确断定突变年份;采用近似熵法对径流量序列进行变异点诊断,发现1959、1987和2004年3个变异点,采用样本熵法对径流量序列进行变异点诊断,发现1987和2004年两个变异点。通过两种方法的对比分析发现,在同一维度下,样本熵较近似熵能更好地反映径流量序列的波动情况,并且样本熵具有更好的灵敏度。卡群站以上为高山分布区,人为干扰较小,自然因素成为影响研究区径流变化的主要因素。     

基于双谱分析的水文信号提取

高阶统计量方法是非线性、非平稳信号领域的拓展,而水文演化行为符合混沌特性。本文以黄河、长江干流径流时间序列为例,首先运用Kolmogorov—Smirnov正态性检验,发现其表现为“尖峰”、“厚尾”状分布;继而利用双谱分析对河川径流时间序列进行了信号提取,结果表明,样本序列具有非线性特征。对于非对称系统,用高阶累积量研究系统的非线性是一个极为精确和有效的方法。     

基于完备集合经验模态分解的赣江径流多尺度变化特征

利用完备集合经验模态分解(CEEMD)方法,结合趋势分析、突变检验和功率谱分析对径流序列进行多尺度变化特征分析表明,近66年来赣江径流变化上升速率为6.5×10~8m~3/10 a,MK趋势检验的Z统计量为0.653,上升趋势不显著;1989年~1990年前后发生了突变;赣江径流变化序列具有显著的非线性、非稳定性特征,径流的准3 a周期可能与长江流域降水的准3 a周期相关;准6 a、准14 a和准26 a周期,则可能与厄尔尼诺和太阳活动相关。     

汉江上游洪水特性复杂度分析

以汉江上游的两个代表站——石泉和安康水文站的年径流量及年最大洪峰流量时间序列为例,对径流特性和暴雨洪水特性进行了分析,结果表明:洪水年际变化极不稳定,流量变化幅度很大,年最大洪峰流量变化呈下降趋势;径流年内分配丰枯明显,径流年际分配不均匀,径流量总体呈下降趋势。现采用近似熵(ApEn)及算法复杂度C0作为复杂性测度,对石泉、安康水文站的年径流量和年最大洪峰流量序列进行了复杂性分析,分析得到年径流量的复杂性比年最大洪峰流量的复杂性大,即年径流序列的随机(复杂)程度越大。这一有益的结论表明年最大洪峰流量的可预测性大于年径流量,进一步研究年最大洪峰流量的预测方法对水库防洪具有重要的意义,并为汉江上游的防洪与发电调度起借鉴作用。     

基于EMD的官厅水库天然年径流量变化多时间尺度分析

针对小波变换的不足之处，对官厅水库1956～2000年还原后的入库天然年径流量时序运用EMD方法进行多时间尺度分解，发现其天然年径流量存在准2～3年、准7～8年、准15年的波动周期，并分析了各分量的趋势变化及其影响因素。结果表明，EMD作为一种全新的多分辨率信号处理方法，可以更精确地提取年径流量时序中不同波动周期的分量，在水文水资源变量的分析及建模中具有广阔的应用前景。     

哈什河径流趋势预测及周期分析

为指导伊犁河流域水资源的合理开发利用、流域梯级水电站群联合优化调度以及洪水资源利用,揭示伊犁河源流的径流演变规律,以哈什河为例,依据托海水文站1958—2015年近58 a的天然径流实测数据,采用累积距平法、Mann-Kendall相关检验法、功率谱分析和小波分析法研究天然径流量的趋势走向、突变特性及周期性。结果表明:①近58 a来年径流量总体呈现略微增长的趋势;②近58 a来年径流量在1968—1974年和1998—2010年为径流量增大的阶段,1975—1997年和2011—2014年为径流量减少阶段;③年径流量在1968年和2014年发生由少到多的突变;在1980年发生由多到少的突变;④年径流量存在3类周期变化,即3~5,9~12,17~19 a,主周期为4,11,19 a。研究分析结果可指导哈什河流域的水资源开发和梯级水电站群联合优化调度。     

基于小波变换的韩江年径流多时间尺度演变特征分析

运用小波分析的多分辨率功能,对韩江近62年年径流多时间尺度演变特征进行分析。结果表明：韩江年径流演变过程存在明显的多时间尺度特征,在不同的时间尺度分辨率下,会表现出不同的周期交替现象,主要存在17年、12年、7年及4年左右的振荡周期。径流量在整个研究时域内主要经历了6次丰枯交替变化,从中尺度来看,未来几年可能会出现持续来水偏少的状况。     

三门峡站天然年径流量周期性分析

采用自相关和方差谱密度分析方法，对黄河三门峡站1470—2002年、1919～2002年和1949～2002年3个系列天然年径流量的近似周期成分进行了识别、表示和提取。研究表明：1470～2002年序列首先存在11年、其次存在3年的近似周期成分；1919-2002年和1949—2002年序列明显存在3年的近似周期成分。     

昆明市年降水量系列代表性分析

选用昆明境内17个长系列雨量站点,采用数理统计法对不同系列长度的代表性进行分析评价,旨在得到合理的最短代表系列长度。经分析评价,确定年降水量最短代表期为1978～2012年,n＝35 a具有代表性,且符合现行SL278－2002《水利水电水文计算规范》对最短系列长度要求,又能充分利用现有资料。年径流与年降水有密切关系,由此推知年径流35 a系列也具有代表性。为水资源调查评价和水资源综合规划提供参考依据。     

黄河下游径流输沙多时间尺度特征及其耦合分析

基于黄河下游花园口、高村、艾山、利津四站1950~2005年实测年径流量、年输沙量,运用小波变换方法分析了径流量、输沙量多时间尺度特征及其耦合关系。研究表明:(1)黄河下游径流量存在10年、15年、21年的主要变化周期,其中21年为首要主周期,周期变化特性最为显著,周期长度为10年左右;(2)黄河下游输沙量存在7年、15年、20年的主要变化周期,其中20年为首要主周期;(3)水量、沙量的主要周期基本保持一致。根据主周期对应尺度下小波系数曲线变化情况可以得出黄河下游径流量、输沙量在2005年以后十几年呈下降趋势。     

叶尔羌河径流演变规律与变异特征

科学认识气候变化与人类活动影响下,以径流为主要指征的水循环过程及其变化,是合理利用水资源的前提,对于认识水文机理,应对径流变化具有重要价值。选取干旱区内陆河流叶尔羌河卡群断面1957-2015年长系列实测月径流系列、1962-2015年长系列实测月气温与降水系列,采用年内分配完全调节系数Cr、年内分配不均匀系数Cn、相对变化幅度Cm、集中度Cd、集中期D、年际径流均值、最大流量及出现时间、最小流量及出现时间、年际极值比等多指标,运用Mann-Kendall法、累积距平法、R/S法、排列熵法等多方法,揭示叶尔羌河径流演变规律与变异特征,并进行归因分析。结果表明:近60年来,叶尔羌河流域径流量年内分配趋均匀化、年际变化呈显著增多趋势且为正持续性,其中1957-1961年和1993-2015年为显著径流增加时段;Mann-Kendall法与排列熵法均证实了1997年为该径流序列的突变点也为变异点;气温,特别是夏季7-8月平均气温(相关系数为0.81)为叶尔羌河径流量变化的主要影响因素。     

花园口断面年径流量时间序列混沌特性分析

以黄河花园口断面1953～2002年年平均径流量为时间序列资料，在G—P算法的基础上，用最小二乘法分别计算了关联维和Kolmogorov熵的稳定估计值。结果表明：①花园口年平均径流量变化存在着内在动力学机制，是由周期性和非周期性影响因子共同作用的结果，具有明显的混沌特性；②相空间吸引子的关联维为5．09，饱和嵌入维数为14，这说明要建立花园口年平均径流系统的数学模型，至少需要6个独立变最，重构相审问所需要的饱和嵌入维数为14；③Kolmogorov熵的稳定估计为0．14，说明花园口年平均径流量变化的平均可预报时间大约为7年；④用非线性确定性的混沌模型比完全的随机模型更适于描述黄河花园口年平均径流量的变化。