基于Budyko假设的年径流计算方法在湿润地区年径流模拟中的应用

鉴于湿润地区气候和人类活动对径流预报结果的影响,以淠河流域横排头水文站以上的六个子流域为例,基于Budyko假设的五种公式进行了年径流量模拟,对1960~1987、2001~2009年两个时段分别进行率定和检验。结果表明,六个子流域中,只有黄尾河、白莲崖和横排头子流域适用五种公式(NSE平均值±标准差依次为0.677±0.157、0.718±0.147、0.687±0.101);Turc-Pike公式和傅抱璞公式的模拟结果均能接受(NSE平均值±标准差依次为0.681±0.139、0.677±0.141),产生误差的原因在于不同阶段降雨—径流的相关性对模型模拟精度的影响较大(P0.05)。     

小清河干流近60年径流变化归因分析

为分析小清河径流变化规律,基于1965～2018年的降水和径流量数据,分析其变化趋势及突变点,并采用Budyko假设与弹性系数相结合的方法,定量识别了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明,1965～2018年小清河降水量呈微弱增加趋势,而径流量呈显著增加趋势;突变点分析发现年径流量在1994、2003年发生突变,因此将1965～1994年作为基准期,以1995～2003、2004～2018年分别作为变化期Ⅰ、Ⅱ;基于Budyko水热耦合平衡方程发现变化期Ⅰ径流增加的主要原因是下垫面条件和降水的改变,贡献率分别为64.74%、21.83%,潜在蒸散发的贡献率为13.43%;变化期Ⅱ径流增加的首要原因是下垫面条件的改变,占59.57%,其次是降水和潜在蒸散发,分别为23.83%、16.60%。因此,小清河岔河径流变化是人类活动和气候变化共同作用的结果,其中人类活动引起的下垫面条件变化为主导因素,其次为降水影响。     

岷江上游近59年径流变化及归因识别

为高效利用岷江上游流域的水资源,基于1960～2018年流域水文气象资料,采用多种统计学理论分析径流的趋势、周期和突变点,应用基于Budyko理论的弹性系数法(Choudhury-Yang公式)和累积量斜率变化率比较法(SCRCQ法)对径流变化进行归因分析。结果表明,径流以12.5 mm/10a的速率呈显著减少趋势,并在1993年发生突变。径流变化存在3、8、12、18年的主周期,其年内分配不均,主要集中于夏秋两季,占比73.6%。降雨对径流变化最为敏感,下垫面参数次之,潜在蒸散发最不敏感。Choudhury-Yang公式和SCRCQ法计算出气候变化对径流减少的贡献率分别达到58.13%、63.29%,表明气候变化是研究区径流减少的主要因素,而人类活动对径流减少的贡献亦不容低估,贡献率分别达到41.87%、36.71%。     

岷江流域径流变化及成因分析

针对水利工程建设运行造成岷江流域径流情势变化等问题,定量分析岷江流域径流情势变化,运用Mann-Kendall法、累积距平法、滑动T检验法分析了径流量与降水量特征;考虑水利工程建设对突变前后水文指标进行割裂,选择生态水文指标变化范围法(IHA-RVA)和水文改变度法综合评价岷江水文情势变化;基于6种Budyko假设公式,量化分析气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明,1956～2017年岷江流域径流量呈明显下降趋势,并在1993年前后发生突变;整体径流情势改变度为45%(呈中度改变),整体降水改变度为37%(呈中度改变);降水量及潜在蒸散发量在同期内呈下降趋势,但整体变化趋势不显著;人类活动是影响岷江流域径流情势变化的主导因素。     

白龙江中上游径流变化及其对气候和人类活动的响应

河川径流是水资源重要组成部分,径流变化归因分析对于流域水资源安全及管理具有重要意义。基于白龙江中上游1960~2015年水文气象资料,采用多种统计学方法、基于Budyko假设的弹性分析法研究径流变化特征及归因分析。结果表明,径流呈显著下降趋势,线性倾向变化率为-2.69×10⁸m³/10a,其临界突变发生在1986年,呈先上升后下降的趋势;径流量分布集中,6~10月占比63.59%,夏秋两季占比70.62%;径流减少受气候变化和人类活动影响,双累积曲线法影响率分别为33.02%、66.98%,累积量斜率变化率法影响率分别为44.17%、55.83%,弹性分析法影响率分别为35%~39%、61%~65%,可见人类活动为径流减少的主要影响因素,同时,弹性分析法计算结果介于其他两种方法计算结果之间,最为可靠。     

白龙江中上游径流变化及其对气候和人类活动的响应

河川径流是水资源重要组成部分,径流变化归因分析对于流域水资源安全及管理具有重要意义。基于白龙江中上游1960~2015年水文气象资料,采用多种统计学方法、基于Budyko假设的弹性分析法研究径流变化特征及归因分析。结果表明,径流呈显著下降趋势,线性倾向变化率为-2.69×10⁸m³/10a,其临界突变发生在1986年,呈先上升后下降的趋势;径流量分布集中,6~10月占比63.59%,夏秋两季占比70.62%;径流减少受气候变化和人类活动影响,双累积曲线法影响率分别为33.02%、66.98%,累积量斜率变化率法影响率分别为44.17%、55.83%,弹性分析法影响率分别为35%~39%、61%~65%,可见人类活动为径流减少的主要影响因素,同时,弹性分析法计算结果介于其他两种方法计算结果之间,最为可靠。     

基于多模型的黄河源区径流极值情景预测

基于HadCM3提供的未来情景,采用HBV模型、新安江模型、TOP模型和径流极值的评估方法,分析和预测了气候变化下黄河源区径流量的变化情况。结果表明,三个模型均能较好地模拟黄河源区唐乃亥站的历史径流系列;在A2和B2情景下,黄河源区未来多年平均径流量呈减少趋势,径流年内分配的变化表现为夏、秋季节的径流量显著减少,而冬、春季节的径流变化趋势随水文模型的变化而变化;未来高流量事件的发生频率呈减少趋势,洪水强度可能会进一步缓和,而冬季低流量事件频繁发生的可能性增加。     

青藏高原江河源区干湿变化特征及影响因素分析

基于青藏高原江河源区内6个气象站点1961~2014年逐日气象资料,采用Penman-Monteith模型计算了标准降水蒸散指数SSPEI,研究了不同时间尺度下的干湿演变特征及其干旱频率空间分布特征,并分析了影响因素。结果表明,年际变化上,长江源区1969年后SSPEI整体呈显著上升趋势,并在2008年发生突变,黄河源区不同年代变化趋势不同,但整体呈不显著的下降趋势,无突变发生;季节变化上,对研究区影响较大的中旱和重旱集中在5~6月,湿润化趋势和干旱化趋势主要出现在长江源区夏季和黄河源区秋季,春季均无明显趋势;区内夏季SSPEI的Hurst指数几乎都大于0.5,有较好的持续性,春秋两季恰好相反,更多体现了反持续性。趋势分析和偏相关性分析发现,整体上长江源降水增多和风速减小是其湿润化的主要原因,黄河源平均气温上升和相对湿度下降是其干旱化的主要原因。     

青藏高原江河源区干湿变化特征及影响因素分析

基于青藏高原江河源区内6个气象站点1961~2014年逐日气象资料,采用Penman Monteith模型计算了标准降水蒸散指数SSPEI,研究了不同时间尺度下的干湿演变特征及其干旱频率空间分布特征,并分析了影响因素。结果表明,年际变化上,长江源区1969年后SSPEI整体呈显著上升趋势,并在2008年发生突变,黄河源区不同年代变化趋势不同,但整体呈不显著的下降趋势,无突变发生;季节变化上,对研究区影响较大的中旱和重旱集中在5~6月,湿润化趋势和干旱化趋势主要出现在长江源区夏季和黄河源区秋季,春季均无明显趋势;区内夏季SSPEI的Hurst指数几乎都大于0.5,有较好的持续性,春秋两季恰好相反,更多体现了反持续性。趋势分析和偏相关性分析发现,整体上长江源降水增多和风速减小是其湿润化的主要原因,黄河源平均气温上升和相对湿度下降是其干旱化的主要原因。     

基于Holt-Winters方法的年径流序列周期识别

针对小波分析法在年径流序列周期识别方面存在的不足,以长江支流乌江水系武隆站为例,利用Holt-Winters模型固有结构模拟水文时间序列,根据拟合精度来判断年径流序列周期出现的可能性,以达到周期识别的目的,并与小波分析法识别的序列周期进行比较。结果表明,Holt-Winters模型很好地捕捉到了小波分析法中的所有周期成分,且模型结果很好地验证了所提假设,可确定原序列存在5.6年的主要周期项。     

基于小波消噪的径流趋势变化对比分析

选取不同时间尺度(年代际、丰水与枯水期、月份)下的径流,采用Mann-Kendall法和小波变换法分别进行径流变化趋势检验和丰枯突变分析,对比分析了不同小波函数和不同小波消噪阈值确定方法对径流变化分析的影响。结果表明,采用不同的小波函数和小波消噪方法所得的分析结果有一定差异,特别是资料系列长度较短时相差较大,建议采用Stein阈值法确定消噪阈值、采用Marr小波进行径流突变分析,且应在径流变化分析中尽量运用多种方法以提高结果的可靠性。     

基于改进生态足迹法的雅砻河源区生态承载力评价及保护措施

雅砻河源区是西藏"两屏四地"战略格局的核心区域,研究其生态承载力意义重大。通过构建基于国家公顷评价标准的改进生态足迹模型,分析雅砻河源区2007~2014年的生态承载力现状。结果表明,基于国家公顷的生态足迹模型能有效反映源区生态承载力现状,且评价结果优于传统评价模型的评价结果;源区生态足迹逐年上升,生态承载力逐年下降,源区处于生态盈余状态但生态盈余量呈下降趋势,表明源区生态环境持续恶化,对此提出了相应保护措施,研究成果可为源区规划及保护提供依据。     

基于CA和SPA的黄河源区水沙变化关系研究

基于唐乃亥水文站1956～2009年实测年径流量和年输沙量序列,应用协整分析和集对分析方法量化探讨了黄河源区水沙变量之间的波动关系。结果表明,年径流量与年输沙量之间存在协整关系;黄河源区年径流量和年输沙量波动的同一度最高,对立度最小且仅为0.02;黄河源区水沙变化具有较稳健的同步波动关系。     

前河流域上游径流的时间变化特征及变化趋势分析

为了给前河流域水资源合理开发利用提供参考依据,基于前河上游土黄水文站1959～2008年实测径流序列资料,运用Morlet小波分析、Mann-Kendall突变检验、累积距平和线性倾向估计等方法进行了径流特征分析。结果表明,春季和秋季径流量变化均呈减少趋势,夏季则呈增加趋势,在四季的综合影响下,年径流量呈现出一定程度的减少趋势;同时表现出的周期性变化特征为5年左右的周期震荡最明显,14年左右的周期震荡规律较稳定,且呈“偏多—偏少”的交替规律。     

基于独立分量分析及小波变换的内燃机辐射噪声盲源分离和识别

为了分离和识别内燃机噪声源,结合独立分量分析和小波变换技术对内燃机辐射噪声信号进行了盲源分离和声源识别的研究.根据独立分量分析的基本原理,采用基于负熵极大的FastICA算法对4缸柴油机的辐射噪声信号进行了盲源分离,将噪声信号分解成一系列独立分量.采用快速傅里叶变换和小波变换技术对各个独立分量进行了分析,结合时频分析的结果和内燃机各噪声源信号的频谱结构,确定了分离得到的各独立分量与内燃机不同噪声源的对应关系.研究结果表明:这些独立分量分别对应着柴油机的燃烧噪声、活塞敲击噪声、正时齿轮噪声及排气辐射噪声等噪声源.