黄河内蒙古段冰情的自适应神经网络预报

运用数理统计理论的互相关分析方法,对黄河内蒙古段冰情信息时间序列进行分析,筛选出了冰情信息的预报因子,建立了冰情预报的自适应BP神经网络模型。预报结果表明:流凌日期为乙等预报方案,封河日期为甲等预报方案,开河日期为丙等预报方案。     

基于趋势和跳跃成分分析方法的太河流域降水量序列研究

明晰水文时间序列的组成并基于此开展相关研究是一种科学的研究水文现象的方法,可减小因序列的随机性产生的影响。利用序列相关性分析方法对太河流域1979—2012年降水量序列的趋势和跳跃成分进行识别和显著性检验。结果显示,该序列具有上升趋势且显著,而跳跃成分存在于2002年但不显著。未来太河流域降水量有较大可能呈现逐年增多的趋势,流域水资源量将增加,可以一定程度地缓解人口增长带来的用水压力,但有一定的几率出现枯水年。所得结论对太河流域的水资源合理配置有一定的参考意义。     

乌苏里江历史冰坝凌汛

文中介绍了乌苏里江流域水文气象概况,冰情特征,历年冰坝凌汛发生过程,出现概率,分析了冰坝的成因.     

渭河流域水文变异综合诊断分析研究

水文序列受水文气象条件改变和人类活动的影响,变化趋势已愈发明显。水文时间序列参数的变化对河流的多年平均径流量有直接影响,对人类生产生活有着十分重要的意义。文章将渭河流域的水文时间序列数据带入不同模块,结合不同诊断方法综合对比分析得出流域年径流量的变异点,所得成果对流域水文变异综合诊断分析具有重要的参考价值。     

东北地区水利水电工程施工期冰情预报及度凌措施

东北地区河流均存在不同程度冰情,河流封江期和开江期冰情对工程安全施工存在一定风险。文章根据东北地区莲花水电站、尼尔基水利枢纽工程施工期渡凌实践,通过冰情预报方案编制、工程渡凌措施和非工程渡凌措施等方面的论述,对施工期冰情预报方案编制和渡凌措施的技术问题进行了总结,提出了比较合理的建议。     

水文时间序列高阶自相关性识别及其对水文分析的影响研究

以往水文序列分析中,对序列自相关性的研究多集中于一阶自相关性及其处理方法,而对于水文序列的高阶自相关性则鲜有表述。以陕西省典型流域实测年径流序列为研究对象,开展序列高阶自相关性的研究,探讨高阶自相关存在与否的问题。结果表明陕西省渭河、汉江、无定河三大典型流域中,仅有无定河流域风沙区的韩家峁、横山以及流域出口的白家川水文站的年径流序列检测到了高阶自相关,其余站点的径流序列均不存在高阶自相关性。为了验证高阶自相关性对水文分析的影响,通过BP神经网络预测模型对高阶自相关性的影响进行了评估,结果显示在输入变量中加入合适的高阶变量序列后,可在一定程度上提高模型的预测效果,从侧面验证了高阶自相关性客观存在的假设。同时,研究结果还表明对径流关系不佳的小样本资料地区,考虑高阶自相关性的影响,可有效提升小样本径流资料的展延效果,为区域水文设计的科学性与应用效果提供保障。     

基于滑动Copula函数的金沟河流域径流-气温关系变异诊断

为探究变化环境下金沟河流域径流和气象因素的关系变异情况,根据八家户水文站1964—2016年的水文气象数据,采用极点对称模态分解(ESMD)方法、Spearman相关分析和滑动Copula函数对流域内水文气象要素进行了分析。结果表明:金沟河流域的径流序列整体上呈微弱的减小趋势,降水和气温序列呈增加趋势,ESMD趋势项反映出金沟河流域的径流、降水和气温序列均呈非线性趋势变化;降水和气温序列的突变时间分别为1983年和1997年,径流序列的突变时间为2002年和2015年;滑动Copula函数不同窗口下的相关系数显示径流-气温关系变异时间为1997年,联合序列的最佳Copula函数由1964—1997年阶段的Gauss-Copula函数变异为1998—2016年阶段的Gumbel-Copula函数。气候变化和人类活动是造成金沟河流域径流-气温关系变异的主要原因。研究结果有助于了解金沟河流域内水文气象要素的变化特征及径流气象要素的关系变异时间,可为流域内的其他水文计算提供参考依据。     

基于BP-DEMATEL算法的冰情预报因子敏感性分析

冰情发展受到水文、气象、水力、河道条件和人类活动等多因子相互作用的影响,获得各影响因子的权重关系是进一步明晰冰情发展演变规律和提高预报精度的基础。本研究提出了基于BP-DEMATEL算法的冰情预报因子敏感性分析模型,应用于黄河内蒙古河段巴彦高勒水文站流凌、封河及开河冰情影响因子的分析中,得到影响冰情演变各因子的权重和不同因子之间的相互耦合关系,明确了冰情预报中关键的影响因子。采用不同权重的因子开展流凌、封河和开河的预报,结果显示利用权重值大、相关性强的预报因子开展冰情预报的预报值与实测值吻合较好。因此本研究提出的BP-DEMATEL模型开展冰情预报因子敏感性分析能够得到合理的权重值。     

黄河流域降水演变规律研究

基于黄河流域及其周边地区1000多个水文气象站近50年的月降水资料所生成的整个流域及其29个三级区的面雨量过程,采用多种时间序列分析方法,研究了黄河流域降水的随机性、趋势性和周期性。结果表明：黄河流域各三级区降水量Hurst系数的分布范围在0.449～0．644之间,说明其具有长期弱相关性;Kendall秩次相关检验结果表明黄河流域降水减少的趋势性不明显,从三级区看,大通河享堂以上等7个三级区降水有一定的减少趋势;黄河流域降水的短周期为准3年周期,中长周期一般表现为l1年和22年左右的周期。     

南水北调中线冰情演变水温与气温阈值研究

南水北调中线工程冬季存在复杂的冰情,影响工程正常输水.为更好地进行冰期输水调度,需要在冬季进行南水北调中线干渠的冰情预报工作.南水北调中线冰情影响因素复杂,冰情初生和转换时气温和水温的阈值是冰情预报模型中的重要判断标准.文章通过对冰情原型观测资料的收集与整理,总结了岸冰、流冰和冰盖初生时日最低气温主要分布在:-8.0～...     

Complexity and trends analysis of hydrometeorological time series for a river streamflow: A case study of Songhua River Basin,China

In China's national economic growth, an important role is being played by the Songhua River because of the river's abundant resources and natural conditions. Therefore, study of hydrometeorological time series is very important to understand the basin behaviour. This research uses the snow cover data derived from MODIS, streamflow, and meteorological records in the Songhua River Basin to evaluate similarity, complexity, and trends in the snow cover, temperature, precipitation, and streamflow. In this paper, we suggest a new method of ranking the statistics symbolic sequences to examine the degree of similarity (distance measurement) between meteorological stations and compare it with non‐parametric correlation methods and also investigate the deviations in the complexity of a hydrometeorological time series. Information‐based similarity index and multiscale entropy confirm that the hydrometeorological time series of different stations have self‐similarity and abundant complexity. Wavelet entropy is also used to investigate the basin behaviour by taking streamflow records and population. It is found that with the increase in population and urbanization, the complexity values are increased. The results also exhibit that due to increase in urbanization, it affects the hydrological process and nature of environment resulting in complex catchment behaviour. Furthermore, the streamflow trend results displayed significant decline (22.21 m³/s × year^?1) in the Songhua River. The results also indicated that the seasonal snow cover trend has no impact on changes of the streamflow. However, the decline of the streamflow may be influenced by the significant human activity upstream of the Songhua River.     

黄河下游冬季极端低温变化特征及对凌情的影响研究

为研究黄河下游冬季极端低温变化规律及其对凌情的影响情况,利用黄河下游3个气象站1951—2017年逐日最高、最低气温序列资料,计算出霜冻日数、结冰日数、冷昼日数、冷夜日数、寒潮持续日数、月最低气温极大值和极小值等7个极端低温指数的年际序列,应用线性倾向估计法、累积距平、Mann-Kendall检验、小波分析和相关性分析等方法分析近67年来各极端低温指数的变化规律及其与凌情特征值间的相关性。结果表明:霜冻日数(FD0)、结冰日数(ID0)、冷昼日数(TX10p)、冷夜日数(TN10p)、寒潮持续日数(CSDI)分别以2.5 d/10 a、1.4 d/10 a、1.4 d/10 a、2.2 d/10 a、1.1 d/10 a的速率显著下降(P0.01);月最低气温极大值(TNx)和月最低气温极小值(TNn)分别以0.44℃/10 a、0.62℃/10 a的速率显著上升(P0.01);极端低温指数的突变年份集中在20世纪80年代,在近67 a时间尺度上极端低温各项指数的显著周期集中于9～14 a。结冰日数、冷夜日数及月最低气温极小值与凌情特征值之间为强相关性,可以作为识别黄河下游凌情严重程度的敏感因子。研究结果可为黄河下游地区应对气候变化和滩区防凌保安提供参考。     

基于GASS-BPEE交叉训练算法的河道冰情预报组合模型

在文章的河道冰情预报的组合模型中,首先在成因分析的基础上,采用逐步回归算法对预报因子进行有效的筛选,然后采用GASS-BPEE交叉训练算法对冰情要素进行预报.利用该组合模型对凌汛灾害多发的松花江依兰、佳木斯江段开河日期进行了预报,结果表明所建立的河道冰情预报组合模型结构简单、预报精度较高,具有实用价值.     

基于分形理论的黄河内蒙古段河势演变特征及其与凌汛灾害关联研究

寒区河道凌汛灾害河势“弯道效应”的量化评估十分重要。基于分形理论提出河道横断面-纵剖面-平面多维度河势分形维数计算方法及其物理机制，并探讨黄河内蒙古段不同维度河势演变分形特征及其与凌汛灾害的关联关系。结果表明，黄河内蒙古段不同维度河势均具有多尺度自相似分形特征，且具有多年记忆周期的长程相关性；冰坝（严重性冰塞）发生频次与河道主槽弯曲分形维数呈正相关指数型函数关系，与河相系数、深泓点高程和河段平均底坡分形维数负相关，与水深-面积分形维数正相关，总体表明冰坝灾害更易发生于主槽偏移摆动大、蜿蜒曲折、河湾发育程度高的宽浅型弯曲河道，研究成果可为凌汛期冰塞冰坝灾害易发河段诊断及预测提供重要理论依据。     

Long-Term Changes in the Course of Ice Phenomena on the Oder River along the Polish–German Border

Ice phenomena are a major component of the hydrological regime of east-central and northern European rivers. However, their occurrence disturbs inland water transportation, particularly affecting the major rivers of the Central European Plain that are part of Europe’s international waterways. The Oder is one of these rivers, and is located on the boundary between the much warmer and the much colder part of the temperate climatic zone. This makes the course of ice phenomena on the river difficult to predict. The main purpose of this work is to document and analyse the dynamic of changes occurring for over 60 years (1956–2015) in the ice phenomena of a river that demonstrates a transitional ice regime. It was found that the duration of all ice phenomena decreased (by up to 0.58 days·year^?1) and so did the duration of ice cover (by up to 0.46 days·year^?1). The rates and trends of the two parameters were, however, different in different parts of the lower stretch of the river. This fact is especially important in the context of climate changes whose characteristics include an increased incidence of extreme weather situations, both meteorological and hydrological. There was also found to be a strong correlation (R² from 0.69 to 0.81) between the duration of ice phenomena and the mean air temperature in winter (December to February) and a much weaker correlation between the duration of ice phenomena and the NAO index (R² from 0.42 to 0.48). Such a little correlation of ice phenomena with NAO is likely to result from the pollution of the Oder River (in particular in the second half of the twentieth century) and icebreaking operations on the river.

     

最高冰塞,冰坝水位计算与预报的动力—随机模型

应用动力模型可以计算出某一流量过程的最高冰塞、冰坝水位。然而在设计工作中希望知道在某一概率流量情况下的最高冰塞、冰坝水位。为此，本文建立了相应的动力－随机模型。据本文作者所知道的情况，该模型在文献中尚未见到过。本文用水动力学及随机函数的相关理论两种方法论证了动力－随机模型解的收敛性。在该模型中本文建议用数学期望作为边界断面的时均值，用均方差作为边界断面上的随机值。在最大流量概率密度服从对数正态分布     

冰水情一体化双频雷达测量系统

针对单频雷达在冰厚和水深同时测量中的缺点,提出了以100 MHz和1500 MHz雷达为基础的冰水情一体化双频雷达测量系统,并通过RTK系统实时采集测点的经纬度坐标。该系统通过交替工作周期为15 ms的分时工作来避免不同频率雷达间的相互干扰,利用冰厚和水深综合探测时在时间上表现为相邻道号数据振幅稳定、渐变的特点,采用相关性层位追踪算法提高测量的准确性。在我国纬度最高的黑龙江漠河段,通过21个水深和19个冰厚测点与传统观测方法进行了对比验证,并通过原型观测应用支撑了黑龙江龙岛码头河段春季的防凌爆破。结果表明基于双频雷达的冰水情一体化系统可大幅提高冰水情野外原型观测的效率,为长河段的冰厚、水深测量提供新的手段。     

黄河万家寨水库上游段水动力特性研究

为深入研究万家寨水库上游河段冰期的冰情特征与演变规律,并为该河段的防凌减灾工作提供科学依据,依据实测的水位、流量、河道地形资料,通过HEC-RAS软件建立黄河干流万家寨水库上游坝址至头道拐段的水动力模型,模拟研究河段2013年4月—2014年3月的水动力变化过程,探究各典型时期水动力参数的时空分布特性。结果表明:(1)基于实测水位数据对模拟结果进行对比验证,模拟水位与实测水位的相对误差13%,吻合度较高,可以较好地模拟研究河段的水力要素随时间、空间的演变过程。(2)研究区域枯水期、汛期、流凌期、开河期模拟水位空间分布存在差异性。结合流量特征分析,各典型时期上下游河段的水位差与流量呈正相关关系。(3)通过分析各典型断面处的水深和流速变化过程,曹家湾河段在冰期易卡冰结坝、诱发冰凌灾害的主要原因为:该河段过水断面相对较小且水流经过此处流速明显降低。