年径流的特征及预测研究进展

年径流是流域水文循环的重要组成因素。年径流变化受降水量、蒸发量、温度、下垫面状况和人类活动的影响,气候因子影响最为明显。我国的年径流主要表现为南多北少的地区性变化,但年径流的年际变化则是北方大于南方。年径流预测主要采用统计预测、天气学和数值天气预测等3大类方法,没有一种模型能够适用于所有的径流序列,需要进一步加强研究预测模型的适用性及预测精度。     

年径流序列趋势识别研究

【目的】采用修正Mann-Kendal法,进行年径流序列的趋势识别,以期为陕北地区的水资源利用与管理提供依据。【方法】采用Mann-Kendal法,对年径流序列的统计变量和方差、秩次序列的显著自相关系数、年径流序列的方差修正因子和修正方差及修正统计量进行计算。依据陕北地区11个测站的年径流资料,采用传统的参数、非参数检验法和修正Mann-Kendall法,进行了年径流序列趋势识别的实例研究。【结果】神木站、刘家河站和枣园站的年径流序列存在显著的正自相关系数,绥德站和黄陵站的年径流序列存在显著的负自相关系数;神木站的年径流量呈现明显的下降趋势,绥德站、交口河站、刘家河站、志丹站、张村驿站、枣园站和黄陵站的年径流量略有下降趋势,吴旗站和安塞站的年径流量略有上升趋势,而杏河站的年径流量无明显变化。【结论】修正Mann-Kendall法充分考虑了序列相关性对趋势检验的影响,是年径流趋势识别的一种新途径。     

基于混合分布非一致性年径流序列频率参数的计算

【目的】在2个分布组成的混合分布假设下,研究非一致性年径流序列的频率参数计算问题,为陕北及关中地区的水资源利用与管理提供依据。【方法】假设非一致性年径流序列变异点前后的序列分别服从2个对数正态分布或2个P-Ⅲ分布,全序列服从由这2个分布组成的混合分布,采用水文变异点综合诊断方法,确定非一致性年径流序列的变异点,最后采用模拟退火算法对混合分布序列进行频率参数估计。【结果】将基于混合分布非一致性年径流序列频率计算的方法应用于陕北及关中地区的实测平均流量序列,理论频率与经验分布拟合较好。【结论】混合分布模型是进行非一致性年径流序列频率计算的一种有效途径。     

枯水径流预报的最优模糊划分自激励门限自回归模型

介绍了建立最优模糊划分自激励门限自回归模型的观点、理论和方法。该建模方法克服了传统方法确定门限自回归模型门限值的困难，为用线性化方法对非线性时间序列的建模和预报提供了一种新的数学方法，具有广泛的实用性。建立了６种数据处理方式下的泾河、北洛河、渭河及大通河主要水文站的候、旬、月枯水径流预报模型。模型评定与检验显示，将时段平均流量序列转换为消除年周期的模比系数序列建立的模型优于其他类型的模型，可作为作     

基于谐波小波的径流序列变异检测

【目的】用谐波小波分析非一致性径流时间序列变异点的数量及变异发生的时间。【方法】针对径流变异点检测方法复杂、难于识别全部变异点等问题,引入一种新的时频分析技术,利用谐波小波分析进行径流时间序列的变异点诊断。【结果】对实测的渭河华县站1961-2004年的径流序列进行谐波小波分析,视频图中的网格图和等高线图显示,1972年、1982年和1994年是径流的变异年。【结论】相对于传统的突变检测方法,谐波小波分析方法在分析非线性时间序列时具有方法简便、可行、有效、分辨率高、对突变点敏感等特点,能够有效地诊断出高度复杂、非线性序列的变异点。     

枯水径流预报的最优模糊划分自激励门限自回归模型

介绍了建立最优模糊划分自激励门限自回归模型的观点、理论和方法。该建模方法克服了传统方法确定门限自回归模型门限值的困难，为用线性化方法对非线性时间序列的建模和预报提供了一种新的数学方法，具有广泛的实用性。建立了６种数据处理方式下的泾河、北洛河、渭河及大通河主要水文站的候、旬、月枯水径流预报模型。模型评定与检验显示，将时段平均流量序列转换为消除年周期的模比系数序列建立的模型优于其他类型的模型，可作为作业预报模型。     

基于小波神经与随机分析的径流预测

【目的】分析水文不确定性因素对径流预测的影响,提高中长期水文预报方法模拟预测结果的精度。【方法】将小波分析(WA)、人工神经网络(ANN)和随机分析联合使用建立径流预测模型,即在小波分析(WA)揭示流量时频特性的基础上,将径流原序列分为高频部分和低频部分,然后利用人工神经网络(ANN)对低频部分进行模拟预测,利用随机分析对高频部分进行分析,最后将各部分结果叠加作为最终预测结果。将所建立的径流预测模型用于渠江二级支流后河的径流预测,并与传统BP人工神经网络方法的预测结果进行对比。【结果】根据《水文情报预报规范》,以预测值的相对误差小于10%为标准,传统BP人工神经网络预测结果合格率为46.67%,而基于小波神经与随机分析的径流预测模型在正常水文年模拟预测结果的合格率为73.33%。【结论】基于小波与随机分析的径流模型预测精度好、合格率高,能得到更好的复杂水文条件下的径流预测值。     

基于CMADS驱动的SWAT模型在浏阳河流域的应用研究

以浏阳河流域为研究区域,对1961—2015年径流序列资料进行了水文突变检验,采用中国大气同化驱动数据集（CMADS）驱动SWAT模型,对该流域2009—2015年径流进行逐月模拟,并采用SUFI-2算法进行参数敏感度和不确定性分析。结果表明,浏阳河流域径流序列于1987年发生突变,不具有一致性。基于CMADS驱动的SWAT模型可以较好地模拟非一致性水文序列条件下浏阳河流域径流过程,决定系数、纳什系数、偏差百分比、均方根误差与标准值偏差5个指标均在误差范围内。与径流相关的11个参数指标中,SCS径流曲线系数、地下水的时间延迟、土壤有效水量、基流α因子和土壤饱和渗透系数较为敏感。验证期和率定期的P-factor均大于0.5,R-factor均小于1.0,模拟的不确定性较小。研究结果可为浏阳河流域水资源管理和调控分配提供科学参考依据,并为后续模型间耦合提供有力支撑。     

东江流域径流演变规律研究

为了分析研究东江流域径流的演变规律,为流域的水资源可持续发展提供依据.采用模糊带权马尔科夫链原理,累积距平曲线-滑动t检验联合识别变点法,坎德尔(Kendall)秩次检验法等3种,对东江(博罗站)1963～2005年长系列径流序列进行分析.结果表明:预测2004为偏枯,2005年为正常年份;径流突变发生在1974年;径流年际变化不大.说明东江流域径流序列基本趋于稳定不显著增长趋势.     

水文时间序列的系统自记忆模式研究

将“系统自记忆模式”引入到水文时间序列预测中,推导了描述水文系统动力特性的微分方程,建立了水文时间序列预测的系统自记忆预测模型,并以黄河上游贵德水文站1919~1997年径流资料对该模型进行了验证。结果表明,该模型具有预测精度高,稳定性好,观测误差对预测值影响小的优点。     

加权马尔可夫链在泰安地区年降雨量预测方面的应用

依据1960~1990年泰安地区的年降雨量资料,采用均值-标准差分级法,对其进行状态分级,分为枯水年、偏枯年、平水年、偏丰年和丰水年5个状态,利用加权马尔可夫链建立年降雨量预测模型,针对其对极端降雨量年份预测不准的缺点,利用灰色系统理论进行极端降雨量年份预测,作为原模型的补充。结果表明,采用该方法预测的结果与实际情况相吻合,且34年后泰安地区将出现旱情。     

乌江流域降雨和径流的周期变化

开展乌江流域降雨和径流实测序列的多尺度时频分析,对乌江流域水资源的合理利用以及解决该地区的季节性干旱具有一定的意义。本文采用小波变换方法对乌江流域年均降雨量和径流量变化的周期性进行分析,研究结果为:乌江流域1956—2000年降雨量和径流量均具有中等程度的变异,且径流量的增加速率大于降雨量;降雨和径流存在明显的年际和年代变化,且降雨量和径流量的变化周期具有同步性;降雨量的主周期依次为41年、25年、11年和5年,而25年尺度的周期具有全局性;径流量的变化周期大致为40年、25年、16年和6年,而25年尺度的周期具有全局性。     

年径流预测的灰色自记忆模型

将灰色系统建模方法和自记忆建模结合起来,提出了年径流预测的灰色自记忆模型。实例研究表明,灰色自记忆模型能很好地反映动态数据序列的极值趋势,且具有较满意的拟合及预报精度。     

降雨和水保措施对无定河流域径流和产沙量影响

基于无定河流域降雨、泥沙、径流和水土保持措施的历年统计数据,根据M-K-S检验得到径流和侵蚀产沙序列的突变点,将研究期分为基准期(1957—1972年)和措施期(1973—1996年)。采用双累积曲线、经验公式和修正系数法,研究该流域降雨变化和水保措施对径流和产沙量变化的影响,并采用多元回归模型分离了降雨和水保措施对径流和产沙量变化的贡献。结果表明:与基准期相比,水保措施引起径流减少3.16亿～3.42亿m3,占基准期年均径流量的23.0%～24.4%;引起产沙量减少0.71亿～1.07亿t,占基准期年均产沙量的47.1%～57.3%。措施期降雨变化引起径流量减少0.46亿m3,产沙量减少0.13亿t,分别占措施期水、沙实际减少总量的11.6%和11.4%。水土保持措施建设是流域径流和侵蚀产沙减少的主要原因,其对水、沙减少的贡献率分别为80.3%和60.5%。其中,植被措施(林地+草地)对径流影响显著,引起径流量减少2.78亿m3,占径流减少总量的70.2%;工程措施(梯田+坝地)对产沙影响显著,引起产沙量减少0.46亿t,占产沙减少总量的40.3%。降雨变化、植被及工程措施对水沙量变化的影响表现出阶段性变化,主要原因在于降雨的丰枯变化和工程措施对水土流失防治功能的时限性。因此,在水保措施建设过程中,需合理配置工程和植被措施比例,重视对已建梯田、坝地等工程的维护和废弃工程的替换,以增强水土保持措施体系功能的持续性。     

渭南城市土地定级模糊综合评定

应用模糊综合评判的理论与方法，建立了渭南城市土地定级综合评定模型与评定指标及模糊综合评定计算模型。通过计算，评判出渭南城市土地分为５个级别，其结果反映出该市土地质量的实际差别（高低）程度。旨在为该市的土地开发利用及有偿转让提供科学依据。     

基于改进马尔可夫链的径流预测模型

径流预测在区域水资源规划中发挥着重要作用。基于径流过程不确定性、不精确性的特点,利用资料系列的均方差方法把径流序列分为不同的状态。在此基础上,采用统计方法,建立转移概率矩阵,以规范化的各阶自相关系数为权重,用加权的马尔可夫模型预测径流状态,并根据模糊集理论中的级别特征值预测径流量。最后把改进后的马尔可夫预测模型应用于宝鸡市的渭河径流丰枯状态及年径流量的预测中。1998￣2000年径流量预测的相对误差分别为3.64%,7.50%和1.00%,结果较好。     

基于BP神经网络的河川年径流量预测

运用人工神经网络模型对松花江流域年径流量径流序列做出预报,表明了人工神经网络模型在水文预报中具有一定的优势。通过对基本BP网络算法和L-M算法的比较工作,得到了适合该神经网络模型的训练算法,既L-M算法,提高了预报的精度。以松花江流域哈尔滨站年径流量实测序列为研究对象,在数值试验的基础上找到了适合于松花江流域哈尔滨站年径流序列预报的人工神经网络预报模型结构,提高了该模型的预报准确性。     

恋思水库年径流系列分析

通过分析蔡家庄水文站年径流差积曲线、径流降雨双累积曲线和蔡家庄流域范围内的人类活动,认为蔡家庄流域范围内人类活动对下垫面的影响不明显。通过两种方法利用蔡家庄年径流系列计算得出恋思水库的年径流系列,并对两种结果进行了分析,认为恋思水库流域多年平均径流量为836万m3比较合理。     

基于WEPP的黄土丘陵区不同坡长条件下坡面土壤侵蚀预测

为了更全面地评价WEPP模型在我国的适用性,该文通过建立模型数据库,利用WEPP分别模拟了坡长为10、20、30和40 m的径流量和土壤侵蚀量,并用实测径流和侵蚀资料进行对比分析。结果表明,在10、20、30和40 m 4个坡长条件下,WEPP模型对降雨、每年和多年平均径流量模拟的Nash-Sutcliffe有效性(ME)分别为0.915、0.879和-0.056,对单场降雨、每年和多年平均土壤侵蚀量模拟的ME分别为0.853、0.758和-0.456,多年平均的ME为负值可能是由小样本计算造成的。WEPP模型对单场降雨和每年径流量和侵蚀量模拟效果较好。尽管WEPP模型对多年平均径流量和土壤侵蚀量模拟效果较差,但模型模拟的多年径流量和土壤侵蚀量与实测值的多年径流量和土壤侵蚀量的最大相对误差分别为7.90%和29.20%,表明WEPP模型对多年径流量和侵蚀量的模拟可满足要求。径流量模拟值随坡长增加的变化和实测值相比不够敏感;而土壤侵蚀量模拟值随坡长增加的变化和实测值相比过于敏感。