不同水文序列突变检测方法在漳河观台站径流分析中的对比研究

科学诊断水文序列的突变特性,对于认识水文循环的演变规律,研究环境变化对水文过程的影响具有重要的科学意义。基于漳河观台水文站1951-2015年实测径流序列,利用降水-径流双累积曲线、有序聚类突变检测法、Mann-Kendall突变检测法、基于水文模拟的突变检测法等多种方法对比分析了其突变特征。结果表明:1951年以来,观台水文站实测年径流序列呈现出显著的下降趋势,20世纪50和60年代处于丰水期,从70年代初开始年径流持续下降,80年代以后进入连续枯水期。4种突变检测方法得到观台水文站实测年径流序列的突变点位于1971-1978年。4种方法相比,降水-径流双累积曲线检测的突变点反映的是流域降水-径流关系发生明显改变的时刻;有序聚类突变检测方法检测的突变点反映的是径流序列的聚类特征;Mann-Kendall突变检测方法检测的突变点反映的是径流序列的综合突变特征;基于水文模拟的突变检测方法检测的突变点反映的是人类活动对流域降水径流关系干扰的起始点。     

岩溶区流域年最大洪峰流量变化特征分析

基于广西岩溶区流域澄碧河水库1963-2014年最大洪峰流量序列,采用水文变异诊断系统中的多种检验方法对序列的趋势和突变进行综合分析,并运用Morlet小波分析法对其周期性进行研究。结果表明:岩溶区澄碧河水库年最大洪峰流量序列整体呈不显著下降趋势,年均下降速率为6.04 m~3/s;序列于1979年发生以跳跃形式为主的变异;1985年之前,序列的主周期为15 a,次周期为8和28 a,1985年之后无明显周期性规律。     

汾河上游径流变化特征分析

在全球变暖的大背景下,研究河川径流的变化特征,以期深入了解流域水循环与水平衡以及流域的结构和功能。基于汾河上游静乐站1956-2008年的径流序列资料,运用累计距平法、小波分析法和滑动t检验等方法,分析了汾河上游年径流变化的趋势特征、周期特征和突变特征,揭示了流域径流的演变规律。得出以下结论:汾河上游年径流量总体呈减少的趋势,年代间表现出一定的丰枯波动性;年径流存在明显的周期性;15a尺度的周期变化在整个分析时段表现得非常稳定,具有全局性;52a来,汾河上游年径流发生了显著的变化,1983年和1998年年径流量表现出由多到少的突变,是均值和转折突变的组合。     

气候因素对蒲河流域径流模拟影响研究

根据分布式水文模型可以对不同流域进行较好模拟的特点,通过对蒲河流域气象数据、数字地图数据、土壤类型数据、土壤利用数据等资料的整理,对大河泡水文站实测资料与模拟结果进行径流月校准与径流月验证,分析SWAT模型在蒲河流域的适用性,并探讨不同气候因素对径流变化的影响。计算结果表明,降雨因素比气温因素更显著的影响蒲河流域的径流变化。     

新疆和田河径流演变特征及其影响因素分析

【目的】研究和田河径流演变特征及其影响因素。【方法】采用M-K检验、Pettitt突变检验、Morlet小波分析等方法,分析径流及影响因素的变化趋势、突变特征及周期规律。在确定影响因素与径流的相关性基础上,建立了影响因素与径流的多元线性方程及神经网络模型,定量分析了气候因素与人类活动对径流变化的贡献水平。【结果】玉龙喀什河径流表现出增加趋势,喀拉喀什河径流呈减少趋势,突变年份为2009、2004年,在40~55 a尺度下的玉龙喀什河与33~55 a尺度下的喀拉喀什河都经历2个枯-丰变换周期。玉龙喀什河、喀拉喀什河降水量都呈显著增加趋势,突变年份均为2001年,两河降水同时展现出3次偏多-偏少交替。年均气温呈显著性增加,在1984年发生突变,气温经过2个冷-暖变换周期。玉龙喀什河与喀拉喀什河径流变化的主要影响因素为气候变化,人类活动影响较小,气候变化对径流的贡献率分别为84.06%和72.51%,而人类活动的贡献率为15.94%和27.49%。【结论】玉龙喀什河和喀拉喀什河在40~55、33~55 a尺度下由丰水期转为枯水期,玉龙喀什河和喀拉喀什河流域降水未来为少水期,和田河流域气温在40~50 a尺度下处于偏暖阶段。喀拉喀什河突变点与乌鲁瓦提水库的修建有关,降水和气温发生突变时间于西北地区气候转变相一致。气温因素是径流补给的主要影响成分,气候变化为径流变化的主要因素。     

湟水流域洪水极值时间演变特征及趋势归因分析

应用了线性趋势回归检验、Kendall秩次检验、Spearman秩次检验、滑动T检验、有序聚类、重标极差分析(R/S分析法)、Mann-Kendall秩次检验和小波分析等方法。分别对湟水流域控制站民和站1950-2016年最大洪峰流量时序的趋势、突变和周期性进行了对比分析,最终通过综合分析得出民和站年最大洪峰流量呈现显著下降趋势,突变年份在2000年左右。4个时间尺度(或周期中心尺度)的周期波动控制着年最大洪峰流量在整个时域内的变化特征,其中以超过32 a长振荡为主要周期相对均匀地分布在整个时域。由于下垫面的变化和水利、水土保持工程措施的实施在很大程度上直接或间接的改变了流域的水资源状况,导致湟水流域民和站实测洪峰流量和实测径流呈现减少趋势。     

气候变化和人类活动对黑河中游流域径流的影响分析

甄别气候变化和人类活动对黑河中游流域径流的影响,对于维护该流域水安全具有重要意义。黑河中游流域降水和径流的变化趋势不完全一致,其中径流均呈减少趋势。应用累积距平曲线、Mann-Kendall法及Pettitt法分析流域降水和径流序列变点,径流突变均发生在20世纪80年代,确定以径流序列最早突变点1980年划分基准期和变化期。采用双累积曲线法和敏感性系数法对黑河中游流域的径流进行气候变化和人类活动影响的定量识别与评估。结果表明:黑河中游鸳鸯池流域、高崖正义峡流域和正义峡流域的水文水资源变化主要受人类活动影响,各流域人类活动影响贡献率均高达85%以上,最大可达96%。     

根河流域1980-2017年气候和径流的变化特征分析

根河流域处于我国寒温带地区,气候和自然环境较为特殊,分布着大面积冻土,对于气候变化非常敏感。【目的】通过分析根河流域气象要素和径流的变化,探讨气候和水文之间的相互关系,为该流域的水资源科学管理提供理论依据。【方法】以额尔古纳水系根河流域为研究对象,利用M-K检验和Hurst指数等方法,分析根河流域1980-2017年气象要素和径流的变化趋势及相互作用关系。【结果】①根河流域年平均气温在1980―2017年,共上升了1.10℃,在α=0.01的水平上呈上升趋势,且上升趋势有较强的持续性(H=0.75)。其中,生长季的气温变化最为强烈(Z=4.63)。②根河流域生长季降水量占年降水量的85%,趋于下降趋势,下降幅度为1.68 mm/a。③根河流域始冻期和完全冻结期的空气相对湿度分别α=0.001和α=0.01的水平上显著下降,且下降趋势有很强的持续性(H=1.0),变化幅度为0.05%/a。④根河流域径流量趋于下降趋势,在1997年和1999年发生突变,不年降水量发生突变的时间基本吻合,且降雨不径流的变化趋势一致,相关性分析表明,降雨不径流的相关系数为0.91。⑤根河流域径流量不年均气温相关系数为0.50,气温主要以增加流域各因子的蒸散发以及土壤和河流冻结、融化的时间或面积来影响流域径流量。【结论】根河流域降水量和径流在1980―2017年没有很大的变化趋势,气温呈猛烈的上升趋势,流域气候整体上趋于夏季越来越干冷,冬季干热的趋势。     

近期气候变化对东江流域水资源的影响研究

利用东江流域主要气象及水文站点1956-2000年气温、降雨及天然径流量时间序列,采用Mann-Kendall秩次相关法检验了流域各季节及年均气温、降雨等气候要素及天然径流量的变化趋势,分析了流域气候变化特征.并利用相关分析法分析了流域气温和降水与径流的相关性,对未来50年该流域径流量的变化趋势进行了预测.结果表明:流域年均气温总体呈显著增加趋势,而年均降雨量和径流总量变化趋势不显著;全流域降雨与径流为正相关,相关系数为0.928,气温与径流为负相关,相关系数为-0.017,说明降雨与径流的关系更为密切,其在流域径流量的变化中起着主要作用.此外,剧烈的人类活动也使得这些相关性更为复杂.     

热带岛屿性河流万泉河入海径流量变化及影响因素

入海径流量是流域水循环的重要分量,识别入海径流量演变过程及影响因素对流域生态安全及三角洲湿地安全有重要意义。以万泉河流域入海口主要水文站加积站1956-2007年水文和流域气象资料为基础,运用有序聚类等统计方法和GIS技术,研究流域入海径流量演变规律及其影响因素。结果表明,降雨量和径流量均呈下降趋势,径流量下降幅度更明显,径流系数系列2003年前后发生了突变。将1956-1976年作为基准期,利用降雨-径流关系,定量分析了人类活动对径流演变的影响,发现人类活动对下垫面改变是造成2003年后径流显著减小的重要原因。流域山区热带雨林替代为经济林,植被结构改变已导致流域涵养水源功能下降。禁止砍伐热带雨林,阻止种植经济林对维护岛屿生态安全尤为关键。     

东江流域博罗站天然年径流量序列多时间尺度分析

采用Morlet小波函数,对东江流域博罗站1956-2005年天然年径流时间序列进行了小波分析,揭示了流域天然年径流变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下天然年径流序列变化的周斯,并根据主周期对未来序列变化进行了预测。研究结果表明,天然年径流序列呈现微弱的减少趋势,21 615万m3/(10 a),近50年天然年径流量减少了约108 075万m3;天然年径流量变化的特征时间尺度为2年、4年、8年、12年、19年,其中8年左右的周期振荡最强,为天然年径流量变化主周期;依据主周期的变化趋势,预测2006-2009年间天然年径流将偏多,大约在2010-2013年天然年径流将偏少。     

西江流域干流径流量演变特征分析

为了更全面地反映西江流域径流演变规律,以西江流域干流1957-2016年迁江水文站、大湟江口水文站、梧州水文站和高要水文站径流数据为基础,运用Mann-Kendall趋势检验法、T检验及有序聚类法等分析方法对西江干流年径流变化进行了分析。结果表明:①西江干流4个水文站径流年际变差系数在0.177~0.216之间变化,年际变化不大;②丰、枯特征具有一定的同步性,其中迁江站容易发生洪水及干旱;③经趋势性检验分析发现,四站变化趋势相同,其中迁江站变化最显著;④迁江站年径流量在2002年发生显著突变,其他3个水文站点并未出现显著突变点。结果可为西江流域水资源利用提供科学依据。     

挠力河流域径流变化特征与影响因素分析

挠力河作为三江平原最大的流域,其径流变化过程对三江平原的社会经济发展、生态环境变化起着至关重要的作用。为获取该流域的径流量变化特征,首先采用线性趋势分析法和Mann-Kendall趋势检验法对流域4个代表性水文站径流序列进行趋势分析,然后采用滑动移除近似熵法(MC-Ap En法)和Mann-Kendall突变检验法分别对径流进行突变检验,并对径流发生变化的原因进行了探讨。结果表明:挠力河流域上、中、下游径流量分布不均匀,且同一水文站径流年际变化较大,不利于挠力河流域水资源的开发利用;挠力河流域近50 a来径流量呈明显的减少趋势,其中宝清站、保安站、菜咀子站径流下降趋势明显;挠力河径流量在1966年发生突变,突变后径流呈明显的减少趋势,发生突变的主要原因是降雨量减少、农业开垦的扩张以及水利工程建设的日益增多;滑动移除近似熵法在进行径流突变分析的过程中,表现出精确度高、抗干扰能力强等特点,是一种适于径流序列突变检测的方法。     

西江中游水沙序列的多时间尺度特征

小流域的水沙多时间尺度周期变化分析可为中长期水沙预测提供科学依据,为西江中游水沙序列的多尺度特征提供工程参考依据。选用红水河迁江站1957-2016年年径流和年输沙量数据资料,采用Mann-Kendall趋势检验、小波分析法和耦合关系模型,分析迁江站主要的水沙序列周期及其多时间尺度变化特征。结果表明:迁江站年水沙序列具有下降趋势,多尺度特征基本一致且存在主周期,人类活动、气候波动及水土保持措施等因素对水沙序列的变化有直接的影响。径流序列的第一主周期是25~30 a,第二主周期是13~24 a,第三主周期是3~12 a;输沙序列第一主周期是20~30 a,第二主周期是9~20 a,第三主周期是3~9 a。在5,16和28 a的时间尺度上,受生态环境及人类活动的影响,水沙序列产生较大紊乱,最终输沙序列相较于径流序列趋于稳定,其变化也滞后于径流序列。在耦合关系中,径流序列的R2为0.43,输沙序列的为0.71,输沙序列的显著性高于径流序列;且人类活动利用科学技术通过影响输沙系统,将原水沙系统的矛盾进行缓解乃至解决,使得西江中游水沙系统进入再生时期。     

四川盆地降水量变化特征分析

基于四川盆地内8个雨量站1954—2010年的月降水资料,运用降水集度、线性回归分析、滑动平均法、距平百分率、Kendall秩次相关法、小波分析、Mann-Kendall检验法以及滑动t检验法,对四川盆地降水量年内分配情况、年和四季降水量变化趋势、周期及突变性进行了分析。结果表明,四川盆地降水量年内分配呈季节性变化;年及四季降水量均呈减少趋势,其中,年和秋季降水量减少趋势在95%置信区间内显著;年、秋季和冬季降水量变化周期较短,均小于10 a;春季和冬季降水量不存在明显的突变点,年和秋季降水量突变开始的时间分别为1985年和1997年,夏季存在2次突变,突变点分别为1979年和1997年。     

沂河流域天然径流变化规律分析

根据沂河主要控制站-临沂站1958~2000年共43a的天然径流资料,采用线性倾向估计法、Mann-Kendall法和小波分析法等方法分析了临沂站天然径流年际变化的趋势性和周期性。选取天然径流年内分配的不均匀系数、完全调节系数、集中度、集中期和绝对变化幅度等指标分析了径流年内分配特征。最终获得了临沂站天然径流年际变化规律、年内分配特征,可为沂河流域水资源的合理开发、利用、优化配置和可持续发展提供一定的参考依据。     

白龙江流域近40a气候变化及径流的响应

采用M-K突变检测法和小波分析法对白龙江流域近40a来气候变化特征进行分析。结果表明:白龙江流域气温变化20世纪80年代之前趋势不明显,80年代至90年代之间波动明显,呈下降趋势,90年代中后期气温年际变化呈显著上升趋势;降水量年际变化90年代中期之前上下波动趋势不显著,90年代中期以后呈下降趋势,流域气候趋于暖干化。上游气温年际变化存在7a、27a和4a尺度的周期变化,中下游武都和文县均以17a为主要周期;上游降水变化以7a和4a为第1、第3主周期,中下游的武都、文县则以25a、9a和4a为第1、第2和第3主周期。并且据相关分析得出降水量与径流量呈正相关关系,而气温与径流量呈负相关关系。     

汾河兰村—二坝流域径流模拟及气候变化对径流影响研究

以汾河兰村—二坝区间流域为研究对象,建立研究区SWAT分布式径流模拟模型,并利用SWAT-CUP程序SUFI-2算法进行模型敏感性分析及参数率定,进一步将率定好的模型应用于气候变化条件下的径流响应分析,为区域水资源管理决策提供理论依据与技术支持。径流模拟结果表明:模拟期的各项精度评价指标均达到乙级,SWAT模型在研究区径流模拟的适用性较好。气候变化条件下径流响应分析表明:径流变化与温度变化呈负相关,且随着温度变幅的增加,径流减小速率减缓,温度影响效应减弱;径流变化与降雨变化呈正相关,且随着降雨变幅的增加,径流量增加速率加大,降雨影响效应加强;相同的径流响应,气温与降雨的变化基本呈线性变化关系,即气温增加0.5℃的径流效应与降雨平均减少0.49%(变化幅度0.38%~0.67%)的径流效应等效。     

基于最大熵谱估计的水文周期分析

最大熵谱估计法是以AR模型为基础的一种参数谱估计方法。该方法通过频谱分析,可以计算出全局性的主要周期,从而反映出水文时间序列的整体特性。本文介绍了最大熵谱估计法的基本概念和理论,并论述了用Burg算法作为求解AR模型参数的方法。针对岷江紫坪铺水文站1937-2004年的年径流实测资料,本文将最大熵谱估计理论应用于水文时间序列周期的提取上,并采用Fisher检验方法对提取出的周期进行了检验。通过分析发现,岷江紫坪铺站年径流序列存在4年左右的变化准周期,对揭示岷江中上游水文周期的变化规律具有一定的探讨意义。在研究中同时也发现,最大熵谱估计也存在一定的缺陷,在今后的研究中还需进一步建立熵与水文过程之间的联系,从而更好的揭示出水文时间序列的变化规律。