基于滑动移除近似熵的泾河径流序列变异分析

利用滑动移除近似熵对泾河张家山站1960—2001年径流序列的变异点进行了分析。结果表明:张家山站径流序列在1967年、1971年、1983年、1996年均发生了变异;相对于滑动近似熵和Mann-Kendall检验法,滑动移除近似熵的诊断结果更加稳定,具有对滑动窗口的依赖性小、方法简便、检测准确性高等特点。     

基于极端降水思想的无定河流域径流分析

无定河流域水土流失严重,水资源供需矛盾严重,研究其径流具有重要意义。以无定河流域丁家沟等4个水文站为研究对象,引入极端径流量的概念,计算4个水文站的最小7日连续径流量和最大7日连续径流量,采用滑动平均法和Kendall秩次相关法等研究其趋势,采用Mann-Kendall突变法、启发式分割法、有序聚类法对其进行变异诊断,并与年径流总量的变异结果做对比分析。结果表明:①4个水文站的年径流序列、最小7日连续径流量和最大7日连续径流量序列均发生变异,变异点集中于1971年左右;②变异点后的年径流量和极端径流量较变异点前减小幅度大,尤其是最小7日连续径流量减小幅度均大于50%,这将会增加流域内的水资源供需矛盾。     

叶尔羌河径流演变规律与变异特征

科学认识气候变化与人类活动影响下,以径流为主要指征的水循环过程及其变化,是合理利用水资源的前提,对于认识水文机理,应对径流变化具有重要价值。选取干旱区内陆河流叶尔羌河卡群断面1957-2015年长系列实测月径流系列、1962-2015年长系列实测月气温与降水系列,采用年内分配完全调节系数Cr、年内分配不均匀系数Cn、相对变化幅度Cm、集中度Cd、集中期D、年际径流均值、最大流量及出现时间、最小流量及出现时间、年际极值比等多指标,运用Mann-Kendall法、累积距平法、R/S法、排列熵法等多方法,揭示叶尔羌河径流演变规律与变异特征,并进行归因分析。结果表明:近60年来,叶尔羌河流域径流量年内分配趋均匀化、年际变化呈显著增多趋势且为正持续性,其中1957-1961年和1993-2015年为显著径流增加时段;Mann-Kendall法与排列熵法均证实了1997年为该径流序列的突变点也为变异点;气温,特别是夏季7-8月平均气温(相关系数为0.81)为叶尔羌河径流量变化的主要影响因素。     

基于Budyko假设的黄河下游非一致性径流模拟

径流变化直接影响着流域水资源合理开发与利用,径流量的统计与模拟至关重要。为分析非一致性水文条件下径流模拟的不确定性问题,以黄河下游地区为研究对象,采用灰色关联法确定黄河下游径流的主要影响因素,采用滑动样本熵法对水文序列进行突变检验,同时采用在Budyko假设基础上构造出的Zhang模型进行径流模拟。结果表明:降水和气温是径流产生的主要因素(γ 0. 5);黄河下游的降水、气温水文气象时间序列在1990年前后发生了较大的变化,破坏了水文序列的一致性;改进后的Budyko模型模拟精度更高(NSE 0. 9),表明Zhang模型可用在黄河下游非一致性水文气象序列的径流模拟中。     

熵理论在径流时间序列突变中的应用研究

随着全球气候的不断变化,流域水文水情都在发生明显变化,径流量的降低导致水文资料一致性的不平衡。文章基于熵理论进行河川径流时间序列突变分析,在突变检测中引入非线性时间序列分析方法近似熵,通过对序列不同阶段复杂性的分析,得出时间序列的动力学结构变化和差异体现,同时反应出序列演化的复杂程度。     

基于样本熵的渭河流域降水序列时空特征分析

变化环境下渭河流域降水时空复杂性发生改变。选取渭河流域21个气象站1960—2018年共59 a的实测日降水数据,采用滑动样本熵研究流域降水序列复杂性的静态和动态演变特征,并通过滑动移除样本熵结合贝叶斯变点分析进行突变性检验。结果表明：渭河流域降水序列复杂性具有空间差异性,各子区域降水复杂性和代际变化趋势较为一致,渭河上游、中游及泾河流域降水在1995年发生突变,下游在1991年发生突变,北洛河流域分别在1970、2000年发生突变。     

基于样本熵的阿城站月径流序列复杂性分析

基于样本熵方法,分析了阿城水文站的长序列月径流资料,研究了阿城站月径流序列复杂性的时间分布及动态变化特征。结果表明:阿城站月径流序列复杂性动态变化较大并具有一定周期性,人类生产活动是造成月径流序列复杂性的主要驱动因子,径流滑动平均值与相应的样本熵值之间存在着负相关关系。样本熵方法可以反映月径流状态的变化,所需数据量小,具有敏感性和稳定性。研究成果揭示了该流域径流序列的复杂性,为径流预测研究奠定了基础,为当地合理利用河流资源提供了科学依据。     

黄河干、支流径流量与输沙量年际变化特征

收集黄河流域干、支流21个主要水文控制站1950-2007年间年径流量与年输沙量时序数据,采用TFPW(Trend-free pre-whitening)-MK法检验年径流与年输沙长期变化趋势,并利用贝叶斯变点分析方法诊断时序数据突变点.结果表明,黄河干(除唐乃亥外)、支(除头站年径流外)流年径流量与年输沙量均呈现显著下降;干、支流年径流与年输沙序列下降变化中均存在显著突变点,除干流年径流序列在1968年前后和1985年前后有共同突变点外,其它序列突变点出现时间极少一致;干、支流年径流量与年输沙量的突变式下降是对流域降水变化与人为干扰复合响应的结果.     

黄河石嘴山水文站年径流量多时间尺度分析

利用黄河干流石嘴山水文站1956—2015年的实测年径流量数据,采用线性趋势分析法、累计距平曲线法、有序聚类法以及非参数Mann-Kendall检验法,从趋势性、阶段性以及突变性3个方面分析了60 a来径流序列的整体变化趋势及突变特征,并对径流演变的驱动因素进行了分析。结果表明:从整体趋势上来看,石嘴山水文站年径流序列呈现较明显的减小趋势;年径流量时间序列存在3个较明显的变化阶段,分别是1956—1968年、1969—1986年、1987—2015年;年径流量序列发生突变的年份分别为1969年、1987年、1991年;径流序列演变的主要驱动力是龙羊峡、刘家峡水库的蓄水运用和上游河段的工农业耗水。     

下垫面变化条件下径流量修订方法的探讨

自2005年以来,小河流域由于水土保持措施的实施改变了流域下垫面状况。根据黄家河水文站实测降雨径流资料,对降雨和径流进行趋势与变异分析,识别出径流量变异点,然后根据降雨径流相关法对径流进行修订。结果表明,1981-2004年系列径流量按减小45%进行修订。     

水文序列变异对水库调度运行的影响研究

以安康水库为研究对象,探讨水文序列变异对水库调度运行结果的影响。利用Mann-Kendall秩次检验法、有序聚类和累积距平3种方法诊断1950-2014年安康入库径流序列,并确定变异点;同时,建立发电量最大模型,利用遗传算法优化求解变异前、后径流序列的调度结果。结果表明:安康水库入库径流在1984年处发生变异,变异后序列径流呈现减小的趋势;对比变异前,电站在变异后运行过程中多年平均发电量和整体运行水位都呈现降低的趋势,桃汛期内水库水位是上升的趋势。该研究在水电站设计、水库运行等方面具有重要的应用价值。     

水文序列分析中基于信息熵理论的消噪方法

为准确有效地识别和分离水文时间序列中的噪声成分,应用信息熵理论并结合小波消噪概念,建立了小波系数阈值优选熵准则和水文序列消噪新方法。该方法首先应用熵函数H值描述噪声成分的不确定度,并应用信息量系数(information cost function ICF)值描述主序列的复杂度;然后通过分析不同小波系数阈值对应的噪声成分H值和主序列ICF值的变化规律,可优选出合理的小波系数阈值;最后对小波系数进行阈值量化处理,即可实现水文序列消噪。通过对不同特性模拟序列和不同实测水文序列分别进行分析,并通过与常用小波消噪方法(FT、SURE、MAXMIN)的消噪结果对比,验证了该阈值优选熵准则的合理性和适用性。分析结果显示,水文序列中的噪声成分具有偏态特性,因此本文应用偏态分布线型(P_Ⅲ型分布)对噪声成分进行描述更为合理,而且小波系数阈值优选熵准则所得的阈值是基于信息熵理论而确定的,因此是整体上最优值。     

玛纳斯河流域上游融雪洪水序列变化特征分析

为了探究融雪洪水流域环境变化下的趋势性,以玛纳斯河流域上游肯斯瓦特水文站年融雪洪水序列为例,利用Pettitt法和里海哈林(Lee-Heghinian)法检验洪水峰量年际变化中的突变现象,利用R/S法探究序列变异程度,所得到的突变点将历年洪水过程划分为两个阶段,并采用了加权滑动平均法及Mann-Kendall法分析了洪水时间序列的趋势变化。结果表明:在人类活动及气候变化影响下,玛纳斯河流域1957-2014年洪水特征序列发生了中等变异,变异点前序列波动幅度较为明显,而变异点后整体变化呈下降趋势但并不显著。     

祁连山区三大内陆河近50年来出山径流特征分析

利用祁连山区三大内陆河的出山径流控制站——杂木寺、莺落峡和昌马堡水文站1956-2006年的实测月年径流数据系列,应用数值分析、Mann-Kendall非参数检验、Hurst指数分析等多种方法,分析了祁连山区出山径流近51年的年际变化特征。结果表明:三大水系的径流年际变化中,都存在突变时刻,但具体年份不同;径流总趋势为石羊河在减少,特别是20世纪90年代的降幅很大,黑河和疏勒河为增加的趋势,疏勒河在1997年发生了由小变大的显著突变;指数分析表明黑河的持续性最强,石羊河最弱。     

北洛河流域分期径流变异诊断及成因分析

采用Mann-Kendall变异诊断法和有序聚类法,诊断了北洛河流域枯汛交替期、汛期、汛枯交替期、枯期等分期径流系列变异点并划分了变异等级,采用基于SIMHYD模型的径流还原方法,计算并区分气候变化和人类活动对分期径流变异的贡献率。结果表明:各分期径流变异等级从0级无变异到4级较强变异,排除0级的无变异点,各时期均发生了变异;径流变异程度与径流量有关,径流量较大时期(汛期、汛枯交替期)的变异等级低,径流量小的时期(枯汛交替期、枯期)变异等级高,径流量最小的枯期为4级较强变异;人类活动对枯汛交替期径流变异的贡献率较大,人类活动是主要驱动力;其余3个时期气候变化的贡献率较大,气候变化是主要驱动力。     

基于信息熵的洪水过程均匀度变异分析方法——以东江流域龙川站洪水过程为例

为考察洪水过程形态特征是否随环境变化而发生变异,本文提出了基于信息熵的洪水过程均匀度变异分析方法。该法首先借用信息熵构建洪水过程均匀度模型,然后采用水文变异诊断系统分析洪水过程均匀度序列的变异规律,最后分析造成变异的物理成因。以东江流域龙川站洪水过程为例,计算结果显示:龙川站洪水过程均匀度在1972年发生了跳跃强变异,变异后洪水过程均匀度的均值增大,说明变异后洪水过程较变异前更加均匀;通过成因分析,推测这种变异受气候变化的影响不大,主要是由于人类活动特别是枫树坝水库的修建运行造成的下垫面变化引起的。     

叶尔羌河流域主要水文要素变化分析

本文选取叶尔羌河流域的卡群水文站,2001~2012年的降水、蒸发、及流量资料,利用累积距平法、Mann-Kendall趋势检验法及变差系数对该流域各要素的变化情况进行分析计算。结果表明:该流域年降水量变化基本稳定;年蒸发量序列有缓慢增加趋势;年径流量丰枯变化较小,利用累积距平法分析得到,卡群站年径流量丰枯变化较频繁,Kendall秩次相关检验表明,卡群水文站年径流量无显著增加趋势。     

秦岭北麓典型流域年径流序列的突变分析

运用Mann-Kendall检验法和有序聚类分析法,基于秦岭北麓典型流域1955-2010年的年径流变化特征,旨在揭示该地区年径流序列的突变特性。结果表明:56a来灞河、大峪河、沣河、涝河、黑河年径流量呈下降的趋势,且在1955-1983年的年径流模数变化具有同步性,而1983年之后的同步性较差;除大峪河无突变点外,其余四条流域年际径流序列的突变点在80年代后期。文中五条典型流域的年径流序列突变分析可为水资源配置提供参考。     

基于经验模态分解方法和信息熵的水沙关系研究

为研究黄河中游水沙关系及其细部演化特征,利用黄河中游控制性水文站——潼关水文站1919—2015年实测径流量和输沙量资料作为研究数据,采用经验模态分解方法分析径流和泥沙随机变化的复杂性,并运用信息熵理论计算不同时间尺度上径流和泥沙分解序列及原始序列的熵值、径流与泥沙各分量与其原始序列之间的互信息、径流与泥沙之间的互信息。结果表明:潼关水文站径流量与输沙量变化具有显著下降的趋势;径流量和输沙量在一定程度上表现为某种同步变化关系;径流量与输沙量的长周期分量及趋势项互信息较大,因此水沙关系宜采用长周期研究,趋势项分量数据信息阐述原始序列数据信息比较可靠。