变化环境下塔里木河流域径流序列变化特征及成因分析

以塔里木河流域“四源一干”为研究对象,基于实测水文数据,运用线性倾向估计、Mann-Kendall非参数检验等方法研究历史水文过程的特征与规律,分析区域气候变化的时空特征,探讨变化环境对水循环及径流变化的过程的影响机理。研究结果表明,由于塔里木河流域特殊的地理位置与流域结构具有河川径流以冰川积雪融水补给为主的特征,随着降水增多以及冰川消融量的增加,近期源流区径流还将保持丰水特征,但由于受到人类活动的影响,长期水资源形势将面临更加严峻的问题。     

塔里木河流域大西海子水库年径流分析

文章就以大西海子水库作为塔河干流下游段典型断面,分析大西海子水库不同保证率年径流量,以期为塔里木河下游塔里木河下游生态需水量提供依据。     

多GCM模型集合下开都河流域未来气候变化预估

基于逐步聚类分析的统计降尺度模型(SCADS模型),在多GCM模型集合的9个大尺度气象变量与开都河流域6个气象变量之间,建立统计降尺度关系,并进行开都河流域未来气候变化的预估。结果表明,SCADS模型生成的开都河流域各气象变量的模拟值与实测值拟合较好。各气象变量在率定期(1961年-1990年)和验证期(1991年-1999年)的NSE系数均大于0.55,精度较高。此外,利用SCADS模型进行开都河流域各气象变量的预估。发现在三个不同时期内(2011年-2040年,2041年-2070年和2071年-2100年),月均气温升高,月均蒸发量、降水量、日照时数增加,月均相对湿度升高。     

塔里木河流域径流变化趋势分析及预测

结合塔里木河流域三源流各水文站及干流阿拉尔52年(1957-2008年)的径流实测资料,运用时间序列周期方差分析外推、非参数检验和R/S分析等方法探讨了径流量的周期、跃变及未来的变化趋势。结果表明:阿克苏河两水系径流趋势增加显著并在未来的一段时间内将长期持续,其突变点皆在1993年;和田河同古孜洛克与乌鲁瓦提存在相反的径流趋势且突变不显著;叶尔羌河表现为微递增趋势并在1993年发生显著性突变,但在未来的一段时间这趋势将转变为减少;源、干流在突变、径流趋势、径流量等皆存在较大差异,这表明人类活动强烈干扰了干流的水文过程。     

塔里木河流域未来环境水价的计量研究

把生态用水价值作为环境水价的价格形成机制和计价依据,基于不同生态环境保护目标,确定塔河流域环境水价的计价内容和方法,构建环境水价的计价模型和纳入农业水价中的环境水价调整模型。利用塔河流域的相关数据资料,基于上述模型,确定在维护生态环境用水目标下塔河流域环境水价为0.083 0元/m3;在恢复重建生态环境用水目标下环境水价为2.828 0元/m3;纳入农业水价的环境水价为0.026 1元/m3。提出了农业水价调整的农户承受力与水价补偿的问题及相关水权制度建设问题。     

塔里木河流域未来的水资源管理

塔里木河干流全长1321km.近100年来,特别是20世纪50年代以来,在河流生态变化过程中,生产力布局缺乏环境效益意识,水资源配置不合理以及效率低下造成的水土资源双重浪费,行政管理缺乏政令畅通的权威性等问题是建立有效的流域水资源管理体制必须认真思考的问题.塔里木河流域未来的水资源管理应建立水权塔河、生态塔河、资源塔河的治水理念.     

基于SWAT模型的中尺度流域径流变化过程模拟

采用黄土丘陵沟壑区耤河流域1962—2008年逐日水文气象数据,基于GIS空间分析功能建立空间和属性数据库,利用SWAT模型对该流域过去47 a的径流变化过程进行了模拟与验证。结果表明:对于年、月尺度径流的校准与验证,模拟值和实测值变化趋势保持一致,但模拟值总体上均偏大;校准期年均流量模拟值的相对误差、与实测值的复相关系数、效率系数分别为15.3%、0.638、0.720,验证期分别为26.0%、0.569、0.511,可见验证期的模拟效果不如校准期的;月均流量也有类似的模拟效果,但不如年均流量模拟效果好。     

基于EMD-FBI-ELM模型的径流预测研究

为提高径流预测精度,提出基于经验模态分解(EMD)和法务侦查(FBI)算法、极限学习机(ELM)相融合的径流预测方法。首先采用EMD将径流序列数据分解成多个更具规律的分量序列,基于自相关函数法(AFM)、虚假最邻近法(FNN)对每个分量序列进行相空间重构;其次利用FBI算法优化ELM输入层权值和隐含层偏值,建立EMD-FBI-ELM径流预测模型,并构建EMD-FBI-SVM、FBI-ELM、FBI-SVM作对比预测模型;最后通过云南省姑老河水文站年径流预测实例对EMD-FBI-ELM、EMD-FBI-SVM、FBI-ELM、FBI-SVM模型进行验证分析。结果表明：EMD-FBI-ELM模型对实例年径流预测的平均相对误差为3.97%,平均相对误差较EMD-FBI-SVM、FBI-ELM、FBI-SVM模型的预测结果分别降低了53.9%、81.7%、86.5%,具有较好的预测效果。EMD-FBI-ELM模型用于径流预测是可行的,模型及优化方法可为相关预测研究提供参考。     

基于SWAT模型的金华江上游土地利用变化对径流影响的研究

流域内土地利用变化对水文循环有着重要影响。本文通过在金华江上游建立SWAT模型,模拟了不同土地利用情景下流域径流的变化特点,结果表明:SWAT模型模拟精度高,其中验证期Ens=0.85,R2=0.85,Re=0.07,可以模拟及分析流域水文对土地利用变化的响应;在该流域内,林地有减少径流量的作用而草地和耕地相反;保护耕地使流域内农业产量增加但也使径流量增加,且增加量集中在雨季。     

塔里木河流域上游三源流径流变化趋势分析

以塔里木河流域上游三源流的阿克苏河、叶尔羌河、和田河为例,基于1957-2008年的年径流资料,运用趋势检验和小波分析方法分析了塔里木河上游三源流径流的变化趋势,揭示了流域径流的演变规律,得出以下结论:①塔里木河上游三源流的年径流变化趋势并不一致。其中,阿克苏河和叶尔羌河年径流表现出增加趋势,而和田河年径流量则表现出轻微的下降趋势。②塔里木河流域上游三源流年径流序列的主周期尺度并不一致。③塔里木河上游三源流年径流序列的丰枯变化与时间尺度密切相关,随着主周期尺度的降低,发生突变的年份会不断增加。④塔里木河流域年径流序列小波系数等值线分布比较密集,存在明显的小波系数高低值中心震荡。流域内年径流量在不同的时间周期尺度范围内均存在多个"丰枯"交替。     

塔里木河流域未来农业水价调整中水资源费计价模型

在已有研究的基础上,对水资源费的种类进行了进一步细分,将水资源费分为:绝对水租、级差水租、水资源稀缺价值、水资源选择价值和超定额用水的水资源费价值,对未来塔里木河流域水资源费价格形成机制进行分析,构建了塔里木河流域未来农业水价进一步调整中水资源费的计价模型,这些研究将成为未来塔里木河流域农业水价调整的理论基础和农业水资源经济配置的重要经济手段之一。     

基于月水量平衡模型的黄河中游径流变化分析

在分析黄河中游径流情势变化趋势的基础上．建立了适用于利区间的月水量平衡模型，并和用9个代表流域的资料进行检验．模型结构简单．具有较高的模拟精度。用所建模型分析1970年后人类活动对径流的影响．取得了比较可靠的结果。     

塔里木河流域水量调度优化模型研究

针对塔里木河流域水量调度问题,建立以经济和生态效益最大化为目标,满足种植业水量优化配置和生态水有效配置的优化调度模型.模型运用遗传算法对种植业水量进行优化配置,以保证农业生产效益的最大化;并以生态需水水量和生态需水警戒级别为基础,将有限的水量按照轮灌法分配各个生态单元的生态用水;同时运用自适应理论,根据最新的水文信息和引水信息逐时段地调整各个用水单元的水量分配过程,以保证优化模型分配的水量能够进行有效的调度.以塔里木河流域2005调度年为例,对模型进行了初步验证,结果表明,优化调度模型可以有效进行水量优化配置和实时控制,为流域生态恢复和经济发展提供了良好的决策参考.     

基于月水量平衡模型的黄河中游径流变化分析

在分析黄河中游径流情势变化趋势的基础上，建立了适用于该区间的月水量平衡模型，并利用９个代表流域的资料进行检验，模型结构简单，具有较高的模拟精度。用所建模型分析１９７０年后人类活动对径流的影响，取得了比较可靠的结果。     

基于时变Budyko模型的滹沱河上游径流变化归因分析

为了明晰径流演变的驱动力,进而促进水资源的可持续利用,对滹沱河上游的径流变化进行了归因分析。基于单参数Budyko方程,将径流影响因素直接划分为干旱指数和流域特征两类,首先以时间为协变量,描述Budyko方程参数及气候因子的时间变化,构建时变Budyko方程;然后基于分解法在年尺度及多年尺度上分离干旱指数和流域特征对径流变化的影响。研究结果表明:①时变Budyko模型大大提高了年径流的模拟能力;②基于时变Budyko模型的分段研究的结果与传统常参数Budyko模型的结果相近,表明本文所建立的时变Budyko模型是可靠的;③干旱指数和流域特征对滹沱河上游年径流的影响均为负贡献,其中,干旱指数的贡献率由86.79%持续递减至71.01%,而流域特征的贡献率由13.21% 持续增加至28.09%;④干旱指数对年径流的影响强度明显减弱是流域特征对年径流变化贡献率增加的主要原因。综上所述,滹沱河上游径流显著减少的主导因素是干旱指数,即降水和潜在蒸散发的变化。     

基于EMD-LSTM-ANFIS模型的年径流预测研究

为提高径流预测精度,提出基于经验模态分解(EMD)和长短期记忆(LSTM)神经网络、自适应神经模糊推理系统(ANFIS)相结合的径流预测模型。通过EMD将原始径流序列分解成多个更具规律的分量序列,利用自相关函数法(AFM)和虚假最邻近法(FNN)对每个分量序列进行相空间重构,确定输入、输出向量,建立EMD-LSTM-ANFIS预测模型,并构建EMD-LSTM、EMD-ANFIS、LSTM、ANFIS作对比模型,利用建立的5种模型对云南省龙潭站年径流进行预测及对比分析。结果表明:EMD-LSTM-ANFIS模型对实例年径流预测的平均相对误差为3.18%,平均相对误差较EMD-LSTM、EMD-ANFIS、LSTM、ANFIS模型分别降低55.0%、65.2%、68.1%、78.4%,具有更高的预测精度和更强的泛化能力。EMD-LSTM-ANFIS模型用于径流预测是可行和可靠的。     

基于多种混合模型的径流预测研究

变化环境下径流的波动不断加大,给径流的精准预报带来新的挑战。基于"分解-合成"策略的混合径流预报模型来提高预报精度是当前研究的热点之一。以往研究聚焦在单一的混合预报模型而忽视了它们的适用性研究。基于此,以渭河流域为例,在优选多元线性回归(MLR)、人工神经网络(ANN)和支持向量机(SVM)单一预报模型的基础上,分别基于经验模态分解(EMD)、集合经验模态分解(EEMD)和小波分解(WD)构建了多种混合模型,并融合了大气环流异常因子的信息。结果表明:(1)SVM模型预测精度高于ANN和MLR;(2)混合预测模型预测精度均高于单一模型,混合模型中WD-SVM的预测精度优于EMD-SVM和EEMD-SVM;(3)融合大气环流异常因子后WD-SVM模型预测精度最高,对极值预报精度的提高较为明显。     

基于降水一径流模型的中长期径流预测

通过物理成因分析确定了降水与径流的相关性,并采用相关概率法,利用卡方检验证明黄河上游贵德站降水与径流相关关系显著。在此基础上,采用最小二乘支持向量机方法建立了降水一径流预测模型。计算结果表明,预测的十个点位值,除一个不满足流量距平值小于10%的要求以外,余者的预测流量值与多年平均值相比均小于10%,预测精度相对较好。     

基于SWAT模型的寒区小流域径流模拟及径流成分研究

由于冻土、降雪及融雪入渗等影响因素的特殊性,寒区流域产汇流特性都有别于非冻区,使寒区径流模拟研究较为困难,已有的研究内容对寒区小流域的径流模拟研究以及径流成分分析还比较少。为探讨寒区小流域径流模拟方法并分析流域内径流成分组成,以永翠河流域为研究区域,选取1994—2015年共22年的水文气象资料,构建SWAT模型,以决定系数（R2）和效率系数Nash-Sutcliffe (NSE)评价SWAT模型的适用性,并基于构建的SWAT模型分析永翠河流域径流成分组成。结果表明,SWAT模型能够较好的模拟寒区小流域的径流过程,各径流成分中壤中流占比最大,地表径流次之,地下水占比最小,且三种径流成分产水量总体都呈现上升趋势。     

塔里木河流域汛期地表径流变化趋势和预测分析

基于塔里木河流域三源流和干流1957-2008年实测月地表径流数据,运用Mann-Kendall非参数检验和小波变换等方法,探究三源流和干流汛期地表径流变化趋势,并建立周期性叠加趋势模型预测其2009-2025年地表径流量特征和变化趋势。结果表明:近50多年来,塔里木河源流7、8、9月地表径流均呈增加趋势,干流7、8、9月地表径流均呈减少趋势,反映出源流用水量持续增加挤占干流水资源量。根据预测,塔里木河三源流2009-2025年,7月和8月多年平均地表径流量属平偏丰水期,9月属偏丰水期;7月和9月地表径流量呈增加趋势,8月地表径流量呈下降趋势。塔里木河干流2009-2025年,7月多年平均地表径流量属平偏丰水期,8月和9月属偏丰水期;7月和8月地表径流量呈增加趋势,9月地表径流量无明显增大或减小趋势。