河川径流演变的非趋势波动分析

运用非趋势波动分析法,对黄河上游河川径流近百年月平均流量序列进行了分析,揭示了河川径流的长程相关性及其内在规律性。研究结果表明:黄河上游近百年河川径流序列波动的标度指数a=0.5862,存在内在的正长程相关性,长程幂律关系至少可持续54月或4.5年;大于54月尺度区间的标度发生改变,可能是不同时空尺度下信号突变或序列长度受限所致,这也从某种程度上体现了河川径流系统演变过程中复杂的物理机制。     

和田河年径流序列变化特征及驱动因素分析

采用滑动平均值法、逐年累计求均值法、Spearman秩次相关系数法、基于分形理论的DFA、R/S和Husdorsff分维数方法,分析新疆和田河径流序列时域变化特征、分形特征及趋势持续性,并探讨和田河年径流变化驱动因素.分析结果表明,和田河年径流序列存在分形特征;河川径流量呈现不显著增加趋势;2000-2007年间径流变化主要受气温升高因素影响呈现短时间增加.     

黄河上游径流动态变化趋势预测

本文在综合各种信息后 ,认为应当把水资源的有限性和径流过程的非线性作为径流长期预测的重要前提 ,并在此基础上首次建立了对径流进行长期趋势预测的生命旋回模型。通过黄河上游贵德站和兰州站实例验证表明模型预测精度较高 ,符合规范要求。利用该模型定量预测贵德站和兰州站未来 10 0年径流量 ,结果表明黄河上游径流变化有减小趋势 ,这一结论为黄河上游梯级电站的规划、设计和运行管理提供了科学的依据     

径流混沌时间序列局域多步预测模型及其在黄河上游的应用

近10多年来,许多学者相继开展了应用混沌理论对径流时间序列的预测研究,以Takens嵌入定理为理论基础的混沌局域法是一种简单、有效的预测方法。但是常用的零阶局域法、一阶局域法、加权零阶局域法和加权一阶局域法都是一种单步预测模型,进行多步预测时计算量大且存在误差累积效应。基于相空间重构技术的加权一阶局域法多步预测模型可以克服上述不足。因此,本文首先利用虚假邻域法选取相空间重构的参数时间延迟和嵌入维数,而后依据小数据量法计算最大Lyapnuov指数进行径流时间序列混沌特性的定量识别,最后建立了径流混沌时间序列加权一阶局域法多步预测模型,并将该模型应用于黄河上游贵德站1954年1月-2003年12月的实测径流时间序列预测。结果表明,该模型用于径流时间序列的短期预测是可行和有效的。     

河川径流中长期预测的支持向量机模型

径流预测历来是水利部门的一项重要工作,本文基于支持向量机（SVM）方法建立河川径流中长期预测模型,通过对1976-1994年黄河上游兰州站径流量历史数据分析处理后,得到年径流量增长的时间序列,利用所建模型对该序列值进行仿真模拟。在仿真实验后,用1995-1996年的增长量进行模型检验,并与RBF网络模型、BP神经网络模型预测结果进行对比,结果表明,应用SVM模型对年径流量进行预测,预测精度更高、效果更好。     

基于相对值法和Hurst指数的电网停电事故自相关性分析

为从宏观和全局角度揭示中国电网停电事故的内在动力学机理,分析了中国电网停电事故的相关性。首先,基于相对值法并结合R/S方法对中国电网1981—2014年停电事故损失负荷序列进行了相关性分析,指出了中国电网的停电事故损失负荷序列具有强的长程相关性,对其相关性方向进行了判定,并依据Hurst指数大小对其相关性程度进行了有效量度。然后,随着时间的推移,分析了中国电网停电事故损失负荷相关性的变化情况,揭示了中国电网停电事故损失负荷正相关性会越来越强、相关性程度会越来越高的规律。最后,在宏观层面上,预测出中国电网未来几年的大停电事故的损失负荷绝对值有继续增大的趋势,而损失负荷相对值有继续减小的趋势。     

沮河流域径流变化特征及归因分析

径流变化的特征及归因分析对区域水资源规划和合理开发利用具有重要意义。本文以沮河流域为研究区域,利用线性回归法、五年滑动平均法及重标极差（R/S）分析法阐述水文要素的变化规律,通过Mann-Kendall突变检验和有序聚类法确定沮河黄陵站径流序列突变年份,利用基于Budyko假设的互补关系法及累积量斜率变化率比较法（SCRAQ法）对径流变化进行归因分析。结果表明,1967—2019年期间沮河流域年降水量呈上升趋势,年潜在蒸发量和年径流深呈下降趋势,且径流序列在1985年发生突变;两种方法计算得到的气候变化对径流减小贡献率分别为24.04%和11.71%,人类活动的贡献率分别为75.96%和88.29%,水利水保措施及煤矿开采等剧烈的人类活动是沮河流域径流减小的主要驱动因子。     

生命旋回-Markov组合模型在年径流预报中的应用

河川径流预测是一个十分复杂的问题,生命旋回模型在进行径流趋势预测时具有对资料要求少、计算简单等优点,但由于模型机理的限制,进行预测时得到的序列很难反映径流序列的随机波动变化,且存在预测结果精度不高的缺点。针对这一问题,文中提出了一种新的径流预报模型——生命旋回-Markov组合预测模型。该模型用生命旋回模型预报河川径流的趋势项变化,用周期修正方法反映其径流周期性特征,用Markov模型预报其径流序列随机变化,在此基础上对黄河龙门水文站年径流进行预测时,拟合精度为89.13%,合格率为90.22%,表明该模型精度较高,可为水利工程运行管理提供水文依据。     

基于混沌支持向量机的河川径流预测研究

以黄河上游兰州站月径流序列为研究对象,在介绍相空间重构原理的基础上,探讨了混沌分析的主要定量指标:饱和关联维数d,最大Lyapunov指数λ和Kolmogorov熵k。得到该时间序列的最佳嵌入滞时τ=3个月,饱和关联维数d=3.230,最小嵌入维数m=12和最大Lyapunov指数λ=0.241,Kolmogorov熵k=0.14,指出该序列的预测时限为4个月。在此基础上建立了基于混沌特性的支持向量机径流预测模型,用1995~2004年的月径流数据进行仿真试验后,用2005年1~12月的径流数据作为预测检验,结果表明,该模型可用于混沌时间序列的月径流预测,并验证了由最大Lyapunov指数所确定的可预报时限为4个月的结论。     

基于高阶统计量的河川径流时间序列非线性特征分析

高阶统计量中的双谱能够同时保留信号的幅度信息和相位信息,可以检测和表征信号的非线性耦合关系及辨识非线性系统,通过对宝鸡市渭河、清姜河45年月径流时间序列进行分析,揭示出河川径流时间序列数据结构中具有非线性的特征.研究结果表明,用双谱分析辨识径流系统非线性特征是一个极为精确和有效的方法,对进一步探索河川径流的演变规律和预测其未来演变情势具有重要的理论价值.     

长江上游大型水库运行对长江上游水文过程的影响

2000年后,长江上游大型水库建设进入快速发展阶段,本文分析了长江上游60多座大型水库调节下上游主要水系出口控制水文站的径流变化过程.通过长年径流系列分析,大型水库群的调节使主要水文站汛期径流略有减少,而非汛期水量有明显增加,且径流过程比较平稳,有利于流域水资源的利用.由于水库群汛前预泄,流域5月份径流增加到汛期水平;汛后水库群蓄水,下泄径流减少到枯季水平,从而使汛期提前到来,又提前结束,汛期向前平移了一个月,显著的改变了天然径流的时空分布,将给中下游防洪形势带来新变化.根据上游水库群不同建设水平,分析了三峡枢纽的调度响应.认为在保障长江上游大型水库汛后蓄水保证率的前提下,上游水库的进一步建设有利于三峡枢纽的兴利效益.     

应用极点对称模态分解分析径流时空演化规律

研究径流演化规律对水文预报和水资源合理配置具有重要意义。鉴于径流序列具有多时间尺度与非线性趋势混叠的特征,利用自适应、无基的极点对称模态分解(ESMD)将长江上游干支流8站的年、月、日径流序列分解为各模态分量和趋势余项,甄别大尺度循环和非线性趋势;利用周期图、趋势余项、时频分析,同时掌握径流周期、趋势、突变规律,并与现有方法对比分析。结果表明:时间上,主要存在2年、6年、10～11年的年际与6个月、1年、2年、4年、22～23年的年内周期规律。空间上,除朱沱站年内、年际径流呈增加趋势,其余站径流均呈减少趋势;8站的突变规律也不完全相同。ESMD能同时从周期、趋势、突变来挖掘径流水文特性,为径流时空演化规律分析开辟新思路。     

基于变化范围法的汉江中游水文情势变化规律分析

河流水情对河流生态系统起着决定性作用,以河流的变化范围法(Range of Variability Approach,RVA)来分析建坝对河流水文情势的影响,这对保护河道生物群和河流生态的完整性十分必要。应用变化范围法评估汉江中游襄阳站和宜城站1952—2013年的水文情势变化,以突变年1974年为界分析水文指标变化偏差率和水文改变度,使用流量的等级、频率、历时、发生的时间分布和变化率这5组水文指标进行分析评价,量化了汉江中游水文变化的程度。研究表明,由于丹江口大坝蓄水,引起襄阳和宜城站点的水位普遍降低,襄阳站的水位整体为高变化度,宜城站的水位整体为中变化度。分析结果可为汉江下游水文情势评价提供参考,为水资源管理提供技术支撑。     

黄河中游区间干支流径流变化特征与归因分析

为探究黄河中游径流时空变化特征及其驱动因素,本文采用Spearman秩相关系数、水文情势突变指标及双累积曲线法对中游头道拐-花园口区间干流4个水文站及11条典型支流1957—2018年实测降雨、径流数据进行统计分析。结果表明:黄河中游干流站年径流量呈显著减少趋势(显著性水平0.001),各站年径流发生两次突变,且都出现在1969年与1987年前后;区间11条支流多年径流深自1970s后显著减少,头道拐–龙门区间径流占整个中游区间径流的比例由2000年前的31%减至之后的23.5%,龙门断面以下区间占比则明显上升;人类活动对头道拐–龙门与龙门–潼关区间多年平均径流变化贡献率分别为62.68%和79.85%,坝库工程、引水灌溉及梯田林草等水利水保工程措施是黄河中游径流锐减的主要驱动力。     

基于动态临界雨量的小流域山洪灾害分级预警

临界雨量方法在山洪灾害预报预警中应用广泛,然而传统的临界雨量方法以静态临界雨量为主,且无法判别山洪灾害的风险等级。本文发展了基于动态临界雨量方法的山洪灾害分级预警方法,并在福建闽江下游小流域进行应用。方法采用人工神经网络构建成灾流量与风险因子间的统计关系,进而获得无资料地区成灾流量的空间分布,并根据历史重现期划分不同山洪风险等级,得到对应风险等级的临界流量和临界雨量。结果表明：通过考虑流域前期湿润状况,该方法能够显著延长山洪灾害预警的预见期,有效提升对山洪灾害的监测预报能力。此外,相比于传统山洪预警方法,山洪风险等级的划分使得该方法更适用于山洪灾害风险预警的业务应用。     

梯级水电站短期周优化调度规律探讨

建立了梯级水电站短期周优化调度的梯级蓄能最大模型,在此基础上采用动态搜索算法对其进行求解.通过严密的理论推导和详尽的实例分析探讨了流域梯级电站负荷最优分配规律.梯级电站负荷最优分配主要由梯级水库的区间入流关系和水库特性决定,其结论可指导流域梯级电站优化运行,为集控中心调度和指导实际应用提供参考.调度决策者尚需根据本文的研究方法针对本流域和电站的特性制定符合自身的最优调度规则.     

基于随机森林遥相关因子选择的月径流预报北大核心CSCD

流域径流过程与大尺度气候因子之间存在遥相关关系,如何从众多的水文、气象、大气环流及洋流等因子中找出与径流密切关联的因子,是中长期径流预报的一个难题。将基于贝叶斯优化的随机森林模型应用于对水文、气象、气候因子构成的高维度因子集进行因子选择,根据变量重要性评分挑选对月径流影响较大的预报因子,构建广义回归神经网络、极限学习机、支持向量回归径流预报模型。将该方法应用到金沙江流域,相较于线性相关法,基于随机森林输入因子选择的方法提高了模型泛化性能;遥相关因子的引入既实现了流域月径流高精度预报,又从物理机制上提供了支撑。     

黄河干流年径流量非一致性频率计算

采用具有时变统计参数的GAMLSS（generalized additive model for location, scale and shape）模型,研究黄河干流年径流系列的非一致性水文频率计算方法。首先介绍了模型结构、参数估计及拟合效果的评价方法,然后在分析6个水文站1956—2017年年径流量变化趋势的基础上,构建非一致性水文频率计算备选模型集,选取AIC值最小的概率分布类型和参数作为最优模型,通过残差序列的统计特征和设计径流量的分位数图检验模型拟合效果。结果表明本文所构建的各优选模型与径流序列的拟合效果较好,各站年天然径流系列对应的设计径流量有随时间减少的趋势。在水资源评价和调配中,应充分考虑径流的非一致性特点,开展变化环境下水资源的预报预测及不确定性评估工作。     

东江流域枯水径流变异根本原因分析

随着社会经济的发展,人口的增加,水资源的供求矛盾日益突出,枯水问题越来越受到广泛的关注。本文以东江流域为例,采用根本原因分析法(RCA法)归纳和探究了枯水径流变异的原因,并以因果树的方式直观地展现了其因果关系。首先对东江流域干流站点和支流站点枯水期径流序列变异分析后,发现干流4个站点径流发生了变异,且有明显联系;其次结合流域枯水期径流、降雨、蒸发、水库蓄水量数据分析,构建出东江流域枯水期径流变异因果树;最后综合分析得出结论:气候对东江流域枯水径流序列变异影响不大;影响主要来自于人类活动,导致序列变异的主要原因是新丰江水库和枫树坝水库的径流调节。