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。     

米市渡站最低潮位的非一致性频率分析

基于Lee-Heghinian法、有序聚类检验等5种突变检验方法和线性趋势相关系数法、Spearman秩次相关检验和Kendall秩次相关检验3种趋势检验方法对黄浦江上游米市渡站47年(1969~2015年)年最低潮位序列进行变异诊断,运用水文序列分解合成方法对序列进行去趋势处理,在混合分布思想的基础上利用模拟退火法对处理后新序列进行频率分析,并对比修正前后序列不同重现期潮位设计值。结果表明,米市渡站年最低潮位不仅有显著的抬升趋势,还在1999年发生突变。相比于不考虑变异情况的潮位设计值,考虑变异情况的混合分布频率曲线和经验点据的拟合更优,且相同频率下的潮位设计值均小于前者,从而为黄浦江沿岸水利工程设计和运行管理提供了参考。     

基于混合分布的非一致性长江口潮位序列频率计算方法

针对长期以来全球气候变化和大范围人类活动影响导致的水文序列不满足一致性的问题,选用镇江、江阴、天生港和徐六泾4站作为长江口地区潮位代表站,对各站年极值潮位序列进行跳跃变异分析,采用模拟退火算法进行参数估计,得到基于混合分布的各站年极值潮位概率分布,推求出不同频率对应的设计潮位。基于混合分布对非一致序列进行频率分析,方法简便灵活,避免了序列修正或分解合成等转化步骤,克服了人工适线的不足,通过分布一致性检验,频率计算结果合理可靠。     

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。     

基于一致性修正的宁波市甬江口设计高潮位研究

以位于宁波市甬江口的镇海站1951~2013年的年最高潮位序列为例,分别采用Spearman秩次相关检验、M-K检验方法分析其趋势变化,采用滑动秩和检验、Pettitt检验方法检查其变异点,发现该站年最高潮位存在显著上升趋势,且先后在1981、1996年发生跳跃,不同时期的样本并非来自同一总体。因此,选邻近的湖头渡为参证站,划分为1951~1980、1981~1995、1996~2013年三个阶段,建立了镇海站与湖头渡站的高潮位相关关系,以1996~2013年代表现状,对1951~1980、1981~1995年的实测年最高潮位进行修正,使修正后的序列满足频率分析的一致性要求。分别对经修正和未经修正的序列进行频率计算,表明同等频率下前者求出的设计值均大于后者,从而为甬江口涉水工程的规划建设和运行等提供更合理的依据。     

气候变化和人类活动干扰下万泉河流域水文情势变化特征分析

由于气候变化和人类活动的共同作用,众多河流的水文情势发生改变,因此分析环境变化的河流水文情势影响机理对河流保护有重要意义。基于万泉河加报站1957～2014年的日流量资料,通过Mann-Kendall和累积距平法诊断径流序列的突变点,将水文序列划分为两个时间序列,采用水文变化指标法(IHA)、变化范围法(RVA)和直方图匹配法(HMA)分析万泉河水文情势的改变度。结果表明,年径流序列1990年发生突变;变异后,径流特性发生改变,逆转次数显著增加,增幅为28.81%,RVA法的水文改变度DR值为89.85%,发生了高度变异,HMA法的水文改变度DH值为66.34%,表现为中度变异,会对生态系统稳定性带来威胁;流域内热带雨林破坏加剧,植被结构改变是导致河流水文情势变化的重要原因。研究结果可为水资源管理和生态保护提供参考。     

设计潮位计算中若干问题探讨

针对感潮河段潮位序列的不一致现象,提出了一种通过提取序列趋势项进行资料一致性修正的方法。针对低潮位系列容易呈“负偏态”分布的事实,介绍了负偏态潮位系列的频率计算方法,提出了一种融入更多潮位过程特征信息的设计潮位过程推求方法,以长江口天生港、徐六泾、外高桥潮位站为例,采用上述方法计算了典型站的设计潮位和设计潮位过程。研究表明,所提出的方法概念清楚、计算简便、适用性强,对类似潮汐河口设计潮位和设计潮位过程计算具有参考意义。     

三峡水库运行后鄱阳湖水文情势变化特征

为揭示三峡水库运行后鄱阳湖水文情势的变化特征,选取月平均水位、极端水文条件、极端水文事件发生时间、脉冲频率及历时、水文条件变化情况作为水位指标,对比分析三峡水库运行前后水位指标的变化特征,采用t检验法判定水位指标变化是否显著,并通过比较水位指标变化的百分比绝对值分析变化剧烈的指标。结果表明,在三峡水库、降水变化等因素的综合影响下,鄱阳湖年平均水位及月平均水位、不同历时极端高水位与极端低水位均显著降低,10月落水率显著提高,枯期水位指标变化百分比绝对值总体上较大,鄱阳湖枯期水文情势变化较为显著。     

基于RVA法分析水库及支流入汇对黔江中游水文情势影响

以黔江中游为例,利用M-K及滑动T检验法得到受龙滩-柳江联合影响下黔江中游径流、柳江入汇流量突变点为2009年,确定仅受柳江入汇、龙滩水库影响下及受龙滩-柳江联合影响下黔江中游突变前后序列,基于RVA法得到三种序列情况下描述黔江水文情势特征的水文改变指标。结果表明,黔江中游水文情势在2009年发生了高度变化,是受龙滩水库调度蓄丰补枯的调节作用及支流柳江汇入的影响;柳江入汇流量与黔江中游水文情势变化程度呈反比关系,变异后因支流入汇缓解龙滩修建及运行后下游剧烈的径流演变,维持河道原有的形态功能,减轻了对黔江中游生态环境的影响。     

气候变化背景下降雨序列的变异分析

为了有效地了解气候变化背景下我国降雨序列变异情况,采用Hurst系数法进行趋势诊断和跳跃诊断,从而分析年降雨序列的变异,并利用基尼系数法对年内降雨序列的均匀度进行量化分析。对宁波市北仑区5个国家雨量站降雨序列的变异分析结果表明,降雨序列的变异点与当时的气候条件相关性很强。     

尼尔基水库运行对嫩江水文情势的影响

水库运行是导致河流水文情势改变及其生态响应的主要驱动因素,是当前生态水文学研究的热点。基于水文变化指标/变化范围法(IHA/RVA),定量评估了尼尔基水库运行下32个水文指标,基于HYDROTEL水文模型的无水库情景下的径流模拟结果,对比分析了建库后实测径流和模拟径流,揭示了尼尔基水库运行在极端水文事件下对径流影响的贡献量。结果表明,在尼尔基水库调蓄作用下,其下游嫩江水文情势的整体水文改变度达到66%;尼尔基水库在极端枯水年和极端丰水年的背景下对嫩江径流影响的贡献率分别为68.82%、32.18%,水库运行对极端枯水年水文情势的影响强于对极端丰水年水文情势的影响。研究成果可为尼尔基水库运行调度及其下游嫩江生态保护提供依据。     

降水时间序列挖掘模型的建立和应用

针对时间序列分析涉及的主要内容将水文时间序列分解为趋势项、周期项、随机项,研究及汇总了各个组成项的变化规律,分别建立了各个组成项的数学模型,再将分解模型合成为水文时间序列的预测模型,并利用此模型预测和分析了柳州市水文时间序列的未来值.     

梯级枢纽条件下信江下游四大家鱼繁殖期水文情势分析

为探究梯级枢纽建设及运行对信江下游四大家鱼产卵场水文情势的潜在影响，选取21项参数建立鱼类产卵场水文评价指标体系，采用一维水动力模型分析了大溪渡产卵场河段在梯级枢纽建设前后的水文情势，并采用变动范围法分析了梯级枢纽建设前后产卵场繁殖期生态水文变化情况。结果表明，四大家鱼繁殖期流量在枢纽运行后呈下降趋势，研究区域断面流量趋于平均；高流量脉冲数量减少，降低了脉冲流量对四大家鱼产卵的刺激性信号。研究量化了信江下游梯级枢纽建设对库区内产卵场繁殖期生态水文的影响，为当地枢纽调度运行的方案设计提供科学指导。     

基于不同改进RVA法的水利工程对清江流域生态水文情势综合影响分析

科学评估水文情势是开展河流生态环境健康评价的重要组成部分。采用IHA指标定量评估了清江流域水利工程建设期和运行期高坝洲站的水文指标改变度,在分析5组不同IHA指标的变化规律的基础上,通过选用基于内梅罗指数法的RVA法、基于欧氏距离法的RVA法和考虑综合权重的RVA法三种不同的RVA法分析了清江流域整体水文情势改变情况。结果表明,工程建设期和综合利用期三种方法对清江流域水文情势分析结果分别为中度改变和高度改变,且清江流域水文情势改变度有增大趋势,考虑综合权重的RVA法评价结果与其他两种方法评价结果相近且具有合理性,能较好地体现清江流域水利工程建设后河流水文情势变化情况。     

三峡水库蓄水后洞庭湖水文情势变化研究

为定量评估三峡水库蓄水后洞庭湖水文情势改变程度,选取洞庭湖出口控制水文站——城陵矶1959~2013年逐日水位数据,采用Mann-Kendall法、累积距平法检验及滑动T检验法分析了洞庭湖水系水文特征与变化趋势,并应用水文指标变动范围法(IHA-RVA)及水文改变度法综合评价了三峡水库蓄水后城陵矶水文站水文情势改变程度。结果表明,城陵矶站年均水位呈显著增长趋势,突变年份出现在2003年;城陵矶水文站整体水文改变度为56%,达到中度改变,其中基流指数受影响最大。     

湄公河清盛站水文情势变化分析

以湄公河清盛水文站为例,采用MannKendall统计检验方法和Pettitt突变检验方法分析了1960 ～2003年径流量的变化趋势和突变点,基于水文变化指标,采用变动范围法定量评价了清盛站水文情势 的变化程度。结果表明,清盛站年均流量总体呈下降趋势,枯季平均流量呈上升趋势,汛期平均流量呈 下降趋势;径流系列基本未发生突变;1992年前后出现显著变化的水文指标有河流枯季月均水量、年均 最小流量与出现时间、低流量谷底数与平均持续时间及流量平均变化率与逆转次数;河流水文情势整体 属中度变化。     

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.     

基于Copula函数流域防洪分析

采用Copula函数的基本理论和方法构建了边缘分布为P-Ⅲ型的联合分布,描述分析了潮位和降雨二者频率组合后确定流域防洪标准的合理性,为流域防洪分析提供了一种新方法。算例结果表明,在给定某一频率的潮位下,有多种频率的降雨进行组合,且概率随频率的增加而减小。     

港口湾水库对下游河道水文情势的影响

为分析港口湾水库对下游河道水文情势的影响,以港口湾站和宣城站为研究站点、河沥溪站为对照站,从流量和水位过程两方面说明水库对水阳江的水文影响,并采用IHA法计算分析了港口湾水库修建前后港口湾站和宣城站水文特征值的变化以说明港口湾水库对流量的影响,计算了水位脉冲的频率、大小、历时等水文参数以说明港口湾水库日调节对水阳江干支流水位过程的影响。结果表明,港口湾水库修建后,下游径流量年内分配更趋均匀;经港口湾水库的调节,河流的天然特征发生了改变,下游水位总体趋于稳定。     

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。