河道径流系列的还原和一致性修正分析

进行水资源调查评价时,为了得到具有一致性且能反映近期下垫面条件下的天然年径流系列,需对径流系列资料进行一致性修正。结合修—宝—合区间河道径流系列资料,探讨了天然径流量的还原计算方法、径流系列一致性分析和修正方法。     

考虑水库调蓄的金沙江径流模拟研究

水库的修建改变了天然河道径流特征,给径流模拟造成一定困难。为提高径流模拟效果,基于SWAT(soil and water assessment tool)分布式水文模型,针对其水库模块的局限性,采用水库调度函数进行改进,提出了水库调度函数模块的SWAT模型,并以金沙江流域为研究流域,进行考虑水库调蓄的径流模拟应用分析。结果表明:在水库影响期以前,SWAT模型对径流过程、均值和极大值模拟效果较好,对径流极小值模拟效果一般;在水库影响期内,调度函数拟合出库与实际出库一致性较好,且水库调度函数模块的SWAT模型可以显著提高径流模拟效果,为考虑水库调蓄的径流模拟提供了新的途径。     

淮河流域上游地区径流对气候变化的响应分析

为分析淮河流域上游地区径流对气候变化的响应,基于1959—2008年日尺度气象数据与径流数据,将SWIM分布式水文模型与统计方法相结合,定量分析了上游径流对气候要素敏感系数以及各气候要素对径流的贡献率,得到以下结论:1淮河流域上游干流区域径流对降水的敏感性明显高于对气温的敏感性,径流对气温的敏感性十分小,所以,气候变化对淮河流域上游地区径流的影响主要表现在对降水的影响上;2淮河流域上游地区降水对径流的贡献率为6.1%~7.7%,气温对径流的贡献率为-0.5%~1.0%。     

变化环境下非一致性年径流序列的水文频率计算原理

由于受频繁人类活动和气候变化的影响,用于水资源评价计算的天然年径流量序列失去了一致性.为了适应变化环境对水文频率计算的要求,提出了基于时间序列分析的非一致性年径流序列的水文频率计算原理,包括假设前提和一般方法.该方法假设非一致性水文序列由相对一致的随机性成分和非一致的确定性成分两部分组成,采用成因分析法与统计分析法分别对确定性成分和随机性成分进行识别与检验,并对确定性成分进行拟合计算,对随机性成分进行频率计算;根据时间序列分析的分解与合成理论,将确定性的预测值和随机性的设计值进行合成,得到过去、现在和未来不同时期合成序列的频率分布.     

非一致性条件下嘉陵江上游水文频率分析

受全球气候变化及高强度人类活动的影响,流域暴雨特征、产汇流特性发生了显著改变,破坏了水文频率分析的基础——水文系列统计的一致性。以嘉陵江流域上游的略阳站为例,应用Hurst系数法、Lee-Heghinian检验法、有序聚类法、滑动T检验法等多种方法,对略阳站1940—2016年的年最大日流量序列统计的一致性进行了检验,识别了其主要的变异点,计算了对应不同时期气候及下垫面特征的水文系列统计参数。结果表明:略阳站1940—2016年的年最大日径流序列呈不显著递减趋势,递减速率为-68.25 m~3/(s·10a);综合多种非一致性检验结果,1994年为可信度最高的变异年份;经一致性修正,对应近期气候与下垫面条件下不同频率洪水设计值较历史值有显著变化,百年一遇、五十年一遇及二十年一遇洪水的设计值均有所降低,变幅分别为-2.94%、-6.51%及-12.49%。     

西江归槽洪水研究展望

西江流域由于大量兴建堤防工程导致洪水归槽,改变了原天然河道的洪水槽蓄关系,使得用于防洪规划和洪水灾害风险评估的洪水序列失去了一致性。目前洪水归槽问题研究主要集中在出槽洪水的归槽还原计算方面,对于干支流洪水与区间洪水的遭遇考虑不足,对洪水发生变异的成因及非一致性洪水的频率计算方法也缺乏系统性的研究。建议采用水文变异诊断系统对西江流域的水文要素进行变异分析,以识别其时空变异规律;研制西江中下游干支流洪水及区间暴雨洪水的多输入单输出概念性水文模型,以模拟其洪水形成过程;提出基于MISOCHM模型的非一致性洪水频率计算方法、基于HHT变换的非一致性洪水频率计算方法,以推求变化环境下河道断面的洪水频率分布,并结合西江流域防洪规划评价西江堤防现状和未来的防洪能力。其研究成果不仅对变化环境下的水循环和水安全研究具有重要的理论意义,而且对于流域防洪规划和洪水灾害风险评估具有重要的实际应用价值。     

寒区流域水文模型及其应用研究

从影响寒区水文物理特性各要素入手,分析研究寒区特有的一些水文现象物理成因,在水文物理及冰雪冻土水文的有关理论基础上,参考非寒区流域模型的结构,建立具有物理基础的寒区概念性流域水文模型。利用黑龙江省牡丹江流域3个水文站的多年径流系列资料,对寒区产汇流的各个主要环节进行了模拟计算,得到了令人满意的计算结果,并为进一步研究寒区不同特性的区域流域水文模型奠定了基础。     

基于小波的黄河上游天然年径流变化特性分析

为了研究黄河径流演变规律,用小波分析法对黄河青铜峡270多年(1724～1997)的年径流时间序列变化进行了多尺度分析,展示了在不同时间尺度下,黄河上游年径流丰、枯变化的过程。揭示了其年径流具有128年、64年和32年左右周期性变化,这3个主要周期的变化,主导着黄河上游天然年径流变化的特性。研究也表明,自1997年以来,黄河天然年径流变化的大趋势是处于接近或低于其多年平均水平,并会延续若干年。     

降雨径流模拟神经网络模型及应用

针对水文系统的非线性,构建了基于遗传算法和人工神经网络的降雨径流模拟神经网络模型(GA-BP模型).采用附加动量法和自适应学习速率对BP神经网络进行改进,遗传算法用于优化神经网络的初始权重.以大别山及皖南山区月潭流域为例,将GA-BP模型、BP模型以及新安江模型应用于水文日径流过程模拟,进行应用比较以及分析GA-BP模型在水文径流模拟过程中的难点及其可行性.结果表明,GA-BP模型优化了网络结构,加快了算法收敛速率;可以用于降雨径流过程模拟,也为今后类似研究提供一种模拟技术.在实际应用中可以根据流域资料情况选择合适的模型进行水文模拟作业.     

分布式水文模型在渭河流域水环境分析中的应用

在基于数字高程模型(DEM)的分布式水文物理模型基础上,将大流域划分为若干子流域,利用流域的地貌特征参数将子流域划分为汇流区间和山坡,模拟渭河流域的径流过程,分析径流形成机理,描述了网格单元的截留、蒸发量、下渗、地表径流、地下径流、融雪等水文物理过程,在每一个网格上用地形高程建立地表径流之间的关系.并与一维对流扩散水质模型相结合,根据已有年的相关资料进行了日径流过程及主要水质指标的模拟分析.结果表明,分布式水文模型与水质模型在渭河流域的耦合应用取得了良好的模拟效果.     

基于灰色马尔可夫链的径流序列模式挖掘

河川径流受气候、地貌、土壤、植被等自然条件以及人类活动的耦合作用,其演变过程既表现出灰色禀性,同时也有强烈的随机性.探讨了径流序列模式挖掘的灰色系统方法,提出了综合考虑径流序列趋势变化与随机变化的灰色马尔可夫预测方法,并用于年径流序列预测.通过黄河上游贵德站年径流序列资料验证,该方法比GM(1,1)有更高的精度,满足规范要求,计算方法可行.结果可为黄河上游防洪抗旱、区域水资源管理、水利水电工程规划提供科学的依据.     

Formation and utilization of water resources of Tarim River

The Tarim River is a typical inland river in arid area without runoff yield of itself, and water resources are all supplied by its headstreams. The method of time series analysis is applied to annual runoff series of three headstreams, namely the Aksu River, Yarkant River and Hotan River to analyze their dynamic variations. A model is established to estimate water consumption in the headstream areas. Quantitative results indicate that both total annual runoff of headstreams and water consumption in the headstream areas have an increasing trend. The dynamic trends of annual runoff of hydrologic stations along the mainstream of the Tarim River are also presented to estimate the intermittence drying-up time at each station. Water consumption model of the mainstream area is used to analyze the characteristics of water consumption in the upper and middle reaches. It is shown that water consumption in each river reach of the mainstream decreases with the decrement of inflow and increases with human activities.     

基于模糊模式识别的径流特性分析

为了探讨河流天然径流的演变规律,引入模糊模式识别的理论和方法对流量序列进行研究,给出了基于模糊聚类的径流丰枯特性分析的方法;在对径流丰、中、枯聚类基础上提出了基于模糊模式识别的多维丰枯周期特性分析方法。以嘉陵江支流白龙江下游的三磊坝水文站多年月平均流量数据为例,得出了该站径流各年的丰枯特点、丰枯周期及相应的隶属度。该方法的多维径流特性分析结果与分析尺度和数据维数有关。     

水文水质综合模型与城市小流域河流污染分析

针对城市小流域的特点,以西安市的皂河为例,考虑自然、水文特性以及人文社会各因素对流域产、汇流及河流水质的影响,构建了适合城市小流域的三层串联水箱模型、运动波模型以及一维河流水质模型相结合的一体化水文水质综合模型,模拟流域的径流过程及河流主要水质变化趋势.各项指标的模拟值与实测值趋势吻合较好,说明构建的综合模型可以较好地模拟城市小流域河流的水文水质变化趋势.借助模拟结果探明了皂河污染对渭河的影响,可为皂河最终排入渭河西安段的污染控制及管理提供依据.     

基于两相流理论的低浓度挟沙水流运动数值模拟Ⅱ—数学模型的求解与验证

基于非结构网格上控制方程的离散思想,提出了曲线网格上低浓度挟沙水流控制方程离散的新方法.该方法采用有限体积法对控制方程进行离散,用基于同位网格的SIMPLE算法处理水流运动方程中水深和速度的耦合关系,且不需要对控制方程进行坐标转换,因而离散方程的形式简单,物理概念清晰,所得到的离散格式既适用于正交曲线网格还适用于非正交曲线网格,能够适应天然河道这类几何形状复杂的物理边界,从而使编程和计算变得更加简单有效.采用海河流域漳河的实测资料进行了验证计算,计算所得的水位、流速与河床冲淤变形与实测资料基本一致.     

双联互流型水库洪水预报方案的抗误差研究

漳河水库由观音寺水库和鸡公尖水库通过半天然明槽相互连通组成,两库特性悬殊,彼此交互流注,因受明槽输水、库水位观测、动库容计算误差等的复杂影响,以往多次建立的洪水预报方案均未达到可供应用的水平.在分析双联互流型水库入库洪水误差产生特点的基础上,首先建立观音寺水库入库洪水预报方案,进而以总库入库洪水为依据确定鸡公尖水库预报方案及漳河水库的预报方案.在产汇流模型基础上,进一步应用自适应实时校正技术,使漳河水库洪水预报方案的平均确定性系数、洪峰合格率和峰现时间合格率分别达91.09%、100%和90.91%;观音寺水库洪水预报方案则分别达90.63%、100%和100%,建立了达到甲等水平的漳河水库洪水预报应用方案.     

基于情景分析法的流域径流特性研究

流域径流的变化受控于自然变化和人类活动两组向量.以渭河流域陕西片为例,采用基于分布式水文模型的流域径流变化规律情景分析方法,选取降雨和土地利用作为径流的主要影响因子,进行情景设定,借助分布式水文模型进行模拟计算,有效揭示渭河流域陕西片的径流变化特性.结果表明:年降雨总量对年径流总量影响显著,月径流量的峰值大小及出现时间呈现较大随机性;由于流域片降雨量较少而蒸发量较大,土地利用情景对径流的影响不显著.     

澜沧江自然条件下输沙质量通量与体积径流量的关系

为了研究澜沧江水沙关系和提高利用体积径流量预测泥沙质量通量的准确性,以电站建设前1982—2000年澜沧江上游旧州站和中游戛旧站沙的质量浓度和体积径流量实测资料为研究对象,根据自然状态下泥沙质量通量和体积径流量变化幅度的差异,建立输沙质量通量导数与体积径流量的关系式. 公式系数为流域系统属性的综合反映,表示平均体积径流量下输沙质量通量的变化率,公式指数表示体积径流量变化对输沙质量通量变化率的影响. 根据上中游站的指数差异可知,泥沙质量通量除依赖上游来沙外还依赖沿程冲刷和支流入汇的补给. 通过对输沙质量通量导数公式进行积分得出输沙质量通量与体积径流量的理论关系. 结果表明,输沙质量通量峰值约落后体积径流量峰值1 d,据此优化反向传播神经网络（BP-NN）,可以较好地改良优化前模型预测中的峰值偏移现象,提高预测精度.     

漳河水库入库年径流序列变异点分析

依据漳河水库1963—2008年入库径流资料,采用Mann-Kendall参数秩次相关检验法对其未来入库径流序列的变化趋势和变异点进行了分析.结果表明:①在显著性水平α=0.05下,漳河水库入库径流量总体上没有明显的变化趋势,但1月份变化趋势较大;②近几十年来的入库年径流量总体上呈缓慢增加的趋势,但在未来一段时间内入库径流量将呈缓慢下降的趋势;③入库径流量的显著变化点在1995年,以1995年为分界线,前后两个系列的水文统计特征值具有明显差异,已经不符合一致性的要求;④流域人类活动日趋频繁,使得流域下垫面条件发生了较大的变化.