基于GAMLSS模型的云南省非一致性标准化降水指数分析

干旱指数对干旱的研究至关重要。随着气候变化和人类活动的影响,水文序列的频率分布随时间变化,因此需考虑干旱指数的非一致性。标准化降水指数S_SPI认为降水服从Gamma分布,对应的分布函数参数通常稳定不变,而实际的分布函数参数与时间序列具有一定相关性,因此利用GAMLSS模型以时间序列为协变量构建了降水序列的非一致性Gamma分布模型,在此基础上计算出非一致性标准化降水指数N_NSPI。以云南省为例,分别计算了1960～2019年的逐月N_NSPI、S_SPI,将两者进行对比分析,发现两者对干旱的识别结果总体趋势相近,但在1960～1985年N_NSPI识别的干旱数量和等级强于S_SPI,1986～2005年两者相近,而在2006～2019年,S_SPI识别的干旱数量和等级逐渐超过N_NSPI,进一步分析表明,考虑了分布函数参数随时间变化的N_NSPI能更精确反映实际干旱情况。     

滹沱河流域汛期气温、降雨及径流变化特征分析

分析汛期水文气象等要素的变化特征对认识流域水资源演变规律非常重要。选取滹沱河流域1958~2004年的水文气象数据,采用线性趋势回归检验法、滑动秩和法及Morlet小波分析法分别对汛期水文气象要素序列的趋势、突变及周期性进行分析,并基于Surfer 9软件分析了降雨变异前后空间分布的变化情况。结果表明,滹沱河流域汛期月平均气温呈升高趋势,而降雨及洪量则呈下降趋势;气温、降雨和洪量序列均存在突变现象,变异点大致出现在1980年前后;变异后流域平均降雨量明显减少,且变异前后降雨空间分布也存在明显差异,变异前降雨在流域空间上更为集中,更易形成洪水过程,变异后滹沱河流域洪涝灾害发生可能性有所降低。     

最大熵方法在香溪河流域径流分析中的应用

香溪河流域是三峡库区的代表性流域,研究其径流量变化规律有重要意义,但目前尚缺乏对月尺度下各类径流统计量的分析。对此,以香溪河流域兴山水文站近40年（1969~2008年）径流量为基础,利用最大熵方法分析了香溪河流域的月径流变化特征。结果表明,最大熵方法可有效模拟香溪河流域的月径流量概率分布,体现其统计特征,优于P Ⅲ型分布;香溪河流域具有显著的丰枯季节变化,且平均月径流量最高点发生了变异;香溪河流域的月径流量存在缓慢下降的趋势,且1、5、9、10、12月份发生了变异。研究结果为水利工程规划、设计提供了依据。     

基于小波分析的两种神经网络耦合模型在月径流预测中的应用

为提高河川径流的中长期预报精度并延长其预见期,采用小波分析充分提取有用信息,基于BP神经网络和GRNN神经网络,构建了两种小波神经网络耦合模型,测试了Daubechies族中9种母波函数对模型模拟效果的影响,并采用合格率(Q_(QR))、平均相对误差(M_(MPRE))、均方根误差(R_(RMSE))和确定性系数(N_(NSE))等指标评价了模型精度。将该模型应用于金沙江流域向家坝水文站未来1~5个月的径流预报,结果显示,相比于传统BP和GRNN模型,耦合模型具有明显优势,且基于小波分析的BP模型预报结果更接近实测值,预报精度更高,其未来4个月的平均相对误差在±20%以内。表明小波分析方法能充分挖掘隐藏在原始数据中的有用信息,可有效提高耦合模型的预报精度延长预见期,在径流预测方面有明显的优越性。     

基于贝叶斯理论的水文线型参数不确定性分析

针对水文频率计算线型参数估计结果存在误差与不确定性及相应水文设计结果存在风险等问题,提出了基于贝叶斯理论的水文线型参数不确定性分析方法及相应的水文频率计算方法.通过贝叶斯采样得到所选线型中参数的后验分布并计算参数后验分布特征值确定不同置信区间,定量分析和描述线型参数的不确定性,根据参数的后验分布求得指定频率对应水文设计值的概率分布,在分析设计值概率分布特征值及不同置信区间的基础上,实现对水文设计结果不确定性和风险性的定量描述和估计.实例分析结果表明,水文线型参数及水文设计结果的不确定性客观存在,该方法用于研究线型参数不确定性行之有效,作出"概率值"的概率预报结果合理可靠.     

大汶河戴村坝径流序列一致性影响分析

基于大汶河流域戴村坝水文站1952~2014年径流、降水及蒸发资料,采用双累积曲线法、有序聚类法及游程检验法、Kendall秩次相关检验法、t检验法、累积量斜率变化率比较法对流域径流序列进行一致性分析和检验,并计算了气候变化和人类活动对径流量变化的贡献率。结果表明,大汶河戴村坝流域年径流序列呈逐渐下降趋势,且变化趋势显著,突变年份发生在1964年,一致性不好;研究流域降水量、蒸发量和人类活动对径流变化的相对贡献率分别为15.809%、23.678%和60.513%,说明在大汶河戴村坝流域,人类活动影响较自然气候变化对径流量变化的影响更大,研究结果可为大汶河流入东平湖后的一系列优化调度计算提供合理数据。     

基于加权秩次集对分析法的年径流预报模型

针对秩次集对分析方法在年径流预报中存在的问题,对其历史集合中的各元素所在位置与后续值的位置之间的间隔赋予了不同的影响权重,构建了年径流加权秩次集对分析预报模型,给出了模型在年径流预报应用中的步骤,利用黑河干流莺落峡站1945～2009年的实测径流资料检验了该模型的有效性,并与秩次集对预报模型、ARIMA预测模型及BP预测模型的预测结果进行了比较。结果表明,加权秩次集对预报模型的平均误差为12.29%、合格率为100%,本文对秩次集对预报模型的改进有效、可行。     

基于自适应模糊推理系统模型的径流中长期预报

介绍了自适应模糊推理系统ANFIS的原理结构及学习算法。以漫湾和双牌两座水库实测月径流序列为研究对象，研究不同的输入及不同的模糊数对自适应模糊推理系统模型做中长期预报的影响，并通过与人工神经网络模型的预报结果进行比较，显示本模型是中长期水文预报方法中较为准确的方法之一。     

基于HHT变换的雅鲁藏布江径流多时间尺度分析

采用HHT变换对雅鲁藏布江流域拉孜等4个典型水文站1956~2000年年径流量进行了多时间尺度分析。结果表明,雅鲁藏布江全流域范围内存在3、6~8、14~16 a的近似周期,与采用小波分析法所得结果吻合,验证了HHT变换有效、可行。该法为水文序列多时间尺度分析提供了一种新途径,值得推广。     

基于多层神经元网络的随机自适应径流预报模型

针对水文系统的非线性特性，提出了一种基于多层神经元网络的自适应径流预报模型，并对其预报机理进行了分析。该预报模型由两个同构的多层神经元网络－训练网络和预报网络实现，实例验证了本文方法的有效性。从而为解决水文系统的径流预报提供了一条可行的途径。     

非一致性条件下黄河流域水文特征时空变异规律分析

精准识别由变化环境所导致的“水文一致性”的水文极值变异特征,对流域防洪、抗旱等具有重要实践意义。因此,以径流显著减少的黄河流域为例,首先,采用Mann-Kendall突变检验和一元线性回归方法,精准识别黄河干流径流的突变性和趋势性特征;其次,采用13种水文指标,揭示非一致性条件下流域水文特征的时空变异规律。结果表明,唐乃亥、头道拐、花园口、利津站的年径流量分别以27.46、105.75、172.20、141.37 m³/(s·10a)的速率逐年递减,且其突变年份分别为1989、1992、1992、1984年;径流变异前后,13种水文特征值在时空尺度上变化不一,且中游改变程度大,源区小。研究结果对于流域水资源开发利用方式的确定提供重要理论支撑。     

变化环境下非一致性极端水文事件的模拟及预测

在气候变化与高强度人类活动综合作用下,洪水事件的时空格局发生了变异,洪水序列的不一致性导致流域洪水设计值难以界定,应对难度加大。为研究变化环境下洪水特征的非一致性,更好地估计洪水特征变化,以汉江流域为例,运用GAMLSS模型,以时间、气象因素(气温和降水)和人类活动(水库指标)为协变量,对汉江流域1951～2005年的最大洪峰流量序列进行非一致性频率分析,并基于CMIP5模式下两种典型浓度路径RCP2.6、RCP4.5情景下的输出数据,利用率定好的最优非一致模型模拟未来变化环境对汉江流域最大洪峰流量的影响。结果表明,构建的具有物理意义的非一致性模型可较好地模拟汉江流域洪水过程的非一致性特征,且该模型在一定程度上能适应环境变化;在RCP2.6、RCP4.5两种情景下,汉江流域的年总降水和年均气温在2006～2100年呈上升趋势;在不考虑汉江流域未来水利工程继续建设的情况下,气候变化在未来将会导致流域洪水风险进一步增加。     

西江流域枯水径流频率分析

以西江流域控制性水文站最枯月径流、枯水期平均径流序列作为频率分析的特征指标,采用PPCC检验法,对10个水文站点6种理论概率分布进行了对比计算,并分析了不同线型、不同频率区间内枯水设计值的误差变化趋势及外延可靠性。结果表明,采用三参数对数正态分布描述西江流域枯水径流概率分布最优,对数皮尔逊Ⅲ型分布次之,最优分布型式在流域空间分布上无明显差异,在西江流域枯水径流实际水文频率计算时应分析所用频率曲线的可靠性,慎用外延值。     

基于TFPW-MK-Pettitt和EEMD的非一致性水文频率计算方法

近年来,受气候变化及人类活动的影响,使水文情势发生变化,导致频率计算中水文资料不再满足一致性的前提假设。为进行非一致性条件下的水文频率计算,提出基于TFPW-MK-Pettitt和EEMD的非一致性水文频率计算方法,首先应用去趋势预置白Mann-Kendall-Pettitt方法对水文序列进行一致性检验;其次应用EEMD方法对非一致水文序列进行修正;最后对修正的序列进行水文频率计算。统计试验和实例证明,TFPW-MK-Pettitt方法适用于我国水文序列的一致性检验;该方法运用于1956~2012年宜昌站径流序列,检验出有下降趋势;运用EEMD方法对该序列进行修正后,频率计算得出各设计值较未修正的设计值小10%左右。     

基于贝叶斯理论的SLURP水文模型参数不确定性评估及日径流模拟分析

为探讨贝叶斯理论在水文模型参数不确定性中的应用效果,以三峡库区兴山水文站以上的香溪河流域及其中的两个子流域1991～1995年日径流资料为研究对象,基于马尔科夫蒙特卡洛算法研究了SLURP水文模型参数及水文模拟的不确定性。结果表明,SLURP水文模型中深层地下水的截留常数、最大入渗率、浅层土壤的蓄水容量和深层地下水的初始百分比4个模型参数的不确定性较低;日模拟径流量95%不确定预测区间对实际观测数据的包括率为14.84%,平均相对区间宽度为1.27;径流模拟不确定性主要的贡献组分为壤中流,且子流域水平上的径流模拟不确定性在子流域汇流过程中发生了累积;两个子流域基流模拟的差别不大,其不确定性随时间逐渐降低。     

基于GIS的LL-Ⅱ分布式降雨径流模型的结构

主要讨论了LILAN—Ⅱ分布水文模型的结构。该模型结构是为水文过程模拟和预报而设计的，它提出了变动生态产流模式，耦舍了一维坡面流、一维壤中流、一维地下水流、一维河川径流和二维土壤含水量方程组。通过实际检验，该模型能够明显改善模拟预报精度、增强数值计算稳定性、提高参数优选的运行速度和减少存储空间，能够适合不同水文特征地区的产汇流计算，可以提供流域内任意空间网格的水文计算过程。     

天山西部山区融雪年径流水文特性分析

为了解天山西部山区以融雪补给为主河流的水文特性和影响因素,提高该地区融雪年径流预报精度,基于小波分析方法和小波相关性分析方法,以天山西部山区喀什河流域为研究区,借助乌拉斯台水文站1960~2005年逐日实测年降水、年气温和年径流数据进行计算分析。结果表明,年气温、年降水和年径流序列分别存在22、27、18年的周期变化特性;年气温与年径流序列、年降水与年径流序列均存在良好的相关性,并且年降水对年径流的影响较大,直接决定河川径流量,年气温对年径流起调峰调频的作用。     

变化环境下黄浦江年最高潮位频率分析

受气候变化及人类活动的影响,近三十多年来黄浦江频繁出现高潮位,以往潮位设计值的可靠性值得商榷。基于吴淞站、黄浦公园站的实测年最高潮位资料,分别选取1912~2010年、1913~2010年的潮位序列,在对潮位资料进行一致性检验、一致性修正的基础上,采用P-Ⅲ和EV-Ⅰ分布进行频率分析。结果表明,仅吴淞站的年最高潮位序列通过一致性检验,而黄浦公园站的潮位序列则需进行一致性修正;两种频率分布曲线对黄浦江年最高潮位设计值的估计相差不大,且千年一遇的设计值均比上海市区目前采用的1985年经水利部批准的千年一遇的设防标准要高,更符合变化环境下实际潮位的上升趋势。研究结果可为上海市防洪规划提供重要依据。     

DHSVM模型在宝库河流域的径流模拟适用性分析

以宝库河流域为例,探讨了DHSVM模型在高寒区无冰川流域的适用性。介绍了DHSVM模型的概况、物理过程及数字化资料的收集与处理,并以实测径流对模型进行校正,其中Nash-Sutcliffe模型效率系数与实测径流的相关系数较高,模拟的相对误差较低。对比分析模拟径流与实测径流的变化过程发现,DHSVM模型能较好地反映该流域的日、月径流水文过程,具有一定的适用性。