基于网络模拟模型的石羊河流域武威属区水资源合理配置研究

针对石羊河流域武威属区的水资源状况,对石羊河流域水资源系统进行合理的概化,并提出基于目标、约束条件及边界函数的网络模拟计算流程,建立该流域生态与正常用水相结合的石羊河流域武威属区水资源合理配置网络模拟模型。在模型中,采用典型年法以季度为计算时段进行了不同保证率不同水平年的水资源配置模拟计算,提出了多年平均的不同水平年的推荐方案,为缓解石羊河流域武威属区供需水矛盾、经济发展及环境规划提供依据。     

基于CPSO参数辨识的支持向量机增泄水量计算模型研究

水利工程实施的效果可以用增泄水量的多少来评价,文中构建了一种计算增泄水量的计算模型。以径向基函数(RBF)作为核函数,建立了以上游来水量、中游GDP增长、人口增长、降水量为输入,下游下泄水量为输出的支持向量机计算模型,为了提高支持向量机的预测精度,利用混沌粒子群算法(CPSO)的全局寻优特性进行支持向量机(SVM)的参数辨识,克服了人工选取的不足。以黑河流域(1990~2007年)18年的数据样本集作为训练样本,将后5年(2008~2012年)的数据样本集作为检验样本,选择参数如下:C=100,ε=0.001,σ=14。通过支持向量机模型计算的最大相对误差为8.01%,平均相对误差为6.50%。结果表明:文中建立的基于CPSO-SVM的增泄水量计算模型具有很好的效果,可以用于对水利工程实施效果的评价。     

基于CROPWAT模型的非充分灌溉研究

为验证FAO的CROPWAT模型在非充分灌溉中的适用性和精确性,将民勤棉花和春小麦非充分灌溉的试验方案及当地气象资料输入模型,分析CROPWAT模型在模拟作物蒸发蒸腾量和非充分灌溉对产量影响的模拟效果。结果显示,棉花各生育期日平均蒸发蒸腾量的模拟值和实测值表现出相同的分布规律,但模拟值整体高于实测值0.15~1 mm;模拟非充分灌溉对棉花和春小麦产量的影响时,模拟值和实测值显示出一致的变化规律,将结果进行统计分析,棉花和春小麦的RMSE、EF、CRM分别为20.62%和10.35%、0.98和0.856、-0.00051和-0.0155,说明CROPWAT模型总体模拟效果较好,但模型的执行值较实测值偏高。模拟结果表明,模型在非充分灌溉的研究中有着较好的适用性,但为了使模拟结果更准确,使用前需根据当地实测资料对Kc、Ky等参数进行校正。     

6700～5800 yr BP期间石羊河流域的水量平衡

根据石羊河流域终端地区具有14C测年的湖岸地貌、沉积证据恢复了古湖泊面积,运用水热平衡模型计算了石羊河流域6700~5800 yr BP期间的古降水量。主要结论如下:古湖泊面积在1∶5万DEM图上得出为581km2;通过对全新世以来的七级岸堤所匡算的湖面面积做线性回归,得出自然状态下现代的湖泊面积约为126km2;对于现代流域温度和流域降水量,分别采用了分布式温度模型和分布式降水量模型得出,结果为6℃/a和213mm/a;利用水热平衡模型恢复的古降水量为293mm/a,比现在降水量高37%。     

基于CMIP6多模式预估数据的石羊河流域未来气候变化趋势分析

石羊河流域地处我国西北干旱区和季风区边缘，流域内绿洲农业的快速发展导致水资源开发利用程度极高，生态环境脆弱，未来气候变化加剧了流域水资源的不确定性，对粮食安全与经济发展构成威胁。本文基于观测数据，评估第6次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的11个气候模式在石羊河流域的模拟能力，用等距离累积分布函数法对气候数据进行降尺度，得到该流域的未来气候变化趋势。结果表明：（1）CMIP6模式数据在石羊河流域具有良好的适用性，多模式集合平均数据对石羊河流域降水和气温的模拟性能均优于其他模式。（2）未来不同情景下（2023—2100年），流域内降水量、气温和潜在蒸散发量均呈显著上升趋势，且随着辐射强迫增加而增大。（3）未来时期石羊河流域的干燥度指数整体减小，流域气候趋向暖湿化，且民勤盆地是流域内对气候变化最敏感的地区。研究结果对于石羊河流域应对气候变化、保障经济和农业可持续发展具有重要的参考价值。     

石羊河流域全新世不同时段降水量的估算

利用水热平衡模型,并结合实地考察和历史文献分析,恢复了石羊河流域全新世四个特征时期的降水量。结果表明:在6.5~5.8kaB.P、5.5~5.2kaB.P、3.6kaB.P、1.5kaB.P四个特征时期石羊河流域的降水量分别为167mm、157mm、152mm、147mm,分别比现在多30%、21%、15%和10%。降水量的这种变化趋势说明自全新世中期以来,石羊河流域的气候是趋于向干旱化的方向发展的。这一结论为研究本区土地退化、荒漠化等环境问题提供了自然背景。     

基于SWAT模型的内蒙古闪电河流域径流模拟研究

以内蒙古闪电河流域为研究对象,采用分布式水文模型SWAT对闪电河流域水文过程进行模拟,模型采用1962～1975年月径流资料进行参数率定,将1986-2001年作为模型的检验期对模型的适用性进行评估。结果表明:实测与模拟的逐月流量总体较为接近,率定期和验证期的Nash-Sutcliffe效率系数均大于0.60,实测与模拟的月流量之间的相关系数在0.65以上,率定期的多年平均相对误差小于5%。由于人类活动的影响,验证期的模拟误差相对较大,超过12%。总体来看,SWAT模型参数经多次率定之后,能够较好地模拟干旱半干旱地区的径流过程,在同类地区具有一定的适用性。模拟过程中,对于降水量突然增大的月份,SWAT模型对月径流量的模拟结果往往超过实测值一倍,直接导致整个模拟过程的误差偏大。然而,模拟值与降水量在年内分配上却表现出很好的相关性,降水偏大的月份径流量敏感性大。同时,SWAT模型模拟径流结果受参数影响很大,调整融雪参数值,模拟精度在原有基础上相对提高。     

基于BP-SVM模型的植被变化模拟研究

植被是连接生物圈、大气圈、水圈的重要纽带,对流域生态环境和水热状态变化有重要的影响。当前研究大多聚焦于NDVI与气候因子的相关性分析,少数研究预测NDVI时忽视了考虑滞后性以及增加预报因子对提高模型精确度的影响。基于此,本文比较多元线性回归(MLR)、人工神经网络(ANN)和支持向量机模型(SVM),优选出精度较高的模型。在常规因子(降雨和气温)基础上增加了对植被生长有影响的土壤湿度和日照因子,并考虑了不同因子与NDVI之间的滞时效应。研究结果表明:(1)支持向量机模型(SVM)的拟合能力最强,NDVI预测精度最高,泾河、北洛河流域均方根误差均减少1.8%以上。(2)加入土壤湿度、日照等因子,泾河流域模型预测精度提高,泾河流域均方根误差减少8.8%。(3)考虑滞时后,泾河、北洛河流域均方根误差分别减少15%、11%,NDVI预测精度进一步提高,增加了模型的可靠性。预测结果可对未来制定生态保护策略,指导生态修复具有重要参考意义。     

基于WOFOST模型的冬小麦产量动态预报方法

为了确定基于WOFOST作物模型的冬小麦产量动态预报方法及产量预报业务应用效果,利用全国冬小麦主产区内174个农业气象站冬小麦生育期、叶面积指数和土壤湿度等观测资料以及15个农业气象试验站冬小麦生物量观测资料,完成 WOFOST冬小麦模型参数本地化和区域化。利用全国冬小麦主产区约1 200个气象观测站起报日前的逐日气象资料及起报日后30 a平均气候值组成的冬小麦全生育期气象数据驱动模型,模拟得到冬小麦地上总生物量和穗干重,站点和县级尺度的冬小麦单产直接采用穗干重来进行产量预报,省级和全国区域冬小麦平均单产根据模拟值2 a间的变化幅度进行产量预报。根据不同空间尺度的历史年预报冬小麦单产与实际产量数据的对比,进行基于WOFOST模型的冬小麦产量预报方法效果检验。结果表明：（1）2014—2019年期间295个农业气象站次冬小麦产量估测平均准确率为81.8%,220个次县冬小麦单产估测平均准确率为84.3%,预报结果具有可用性;（2）12个主产省（市、区）冬小麦单产2003—2019年平均预报准确率为88.2%～96.4%,全国冬小麦单产预报准确率为93.9%～95.9%,总体预报准确率较高,说明基于WOFOST模型的冬小麦产量动态预报方法具有可行性;（3）基于WOFOST模型与统计方法的冬小麦平均单产估产结果准确率略偏低,但预报的时效性和动态性具有更好的优势,能满足作物产量预报业务需求。基于WOFOST模型的不同空间尺度冬小麦单产动态产量估测的准确率验证,说明WOFOST在作物产量预报业务应用具有可行性;利用作物模型进行基于站点尺度的产量预报能够提高作物产量预报时空精细化能力,也能扩展到大尺度区域应用以达到对农业决策和宏观调控的目的。     

区域平均雨量估算对径流模拟精度影响问题的研究

较大流域的降水通常具有时空分布不均匀的特点,往往在雨量站较少情况下采用测站范围以内的降水量均化值对径流进行模拟精确偏低。本文分别采用分块法、单元格点法以及DEM法计算区域平均降雨量,并在此基础上建立潘家口水库来流预测模型。比较模型的模拟结果发现,以DEM法计算区域平均雨量值作为预测模型的输入所模拟的效果优于另外两种区域平均雨量计算方法,且预测结果令人满意。     

基于GPD模型的黑河出山径流极值变化分析

以黑河出山径流为研究对象, 利用黑河上游1944-2010年67 a的实测月均径流资料, 采用广义Pareto分布模型（GPD模型）, 对黑河未来出山月均径流的变化进行了预测。结果表明：运用超阈值的观测资料建模的GPD模型, 能够达到信息量使用的最大化, 对黑河极值变化的预测精度较高; 黑河出山径流重现期为25 a、50 a、100 a和150 a的月均径流量极大值分别为219.8 m³•s^-1、235.3 m³•s^-1、 249.5m³•s^-1和257.4 m³•s^-1; 重现期为25 a、50 a、100 a和150 a的月均径流量极小值分别为9.0 m³•s^-1、8.8 m³•s^-1、8.6 m³•s^-1和8.5 m³•s^-1;在当前“暖湿”的气候背景下, 黑河出山径流变化不大。     

近50年来疏勒河月径流量影响因子分析

以疏勒河流域为研究对象,依据1957～2008年径流、温度、降水资料,采用逐步回归分析法,分析疏勒河月径流影响因子的主次程度。结果表明：在非汛期（10月～次年5月）,月径流最大影响因子是基流;在汛期（6～9月）,月径流主要影响因子是温度和降水,其中6月份月径流最大影响因子是当月降水;7月份,由于冰雪融水的增加,月径流最...     

渭河关中段生态基流量估算研究

文中回顾了国内外生态基流的研究现状及主要计算方法,结合渭河流域的实际情况,选择Ten-nant法、90%保证率最枯月平均流量法和最枯月平均流量多年平均值法三种方法分别对渭河流域林家村、咸阳和华县三个断面不同水平年下的生态基流量进行了估算。结果表明：Tennant法在丰、平、枯水年三种水平年下估算的生态基流量较为合理,林...     

Spatio-temporal variation of hydrological drought under climate change during the period 1960–2013 in the Hexi Corridor,China

In recent years, climate change has been aggravated in many regions of the world. The Hexi Corridor is located in the semiarid climate zone of Northwest China, which is particularly affected by climate change. Climate change has led to the spatial and temporal variations of temperature and precipitation, which may result in hydrological drought and water shortage. Thus, it is necessary to explore and assess the drought characteristics of river systems in this area. The patterns of hydrological drought in the Hexi Corridor were identified using the streamflow drought index(SDI) and standardized precipitation index at 12-month timescale(SPI12) from 1960 to 2013. The evolution of drought was obtained by the Mann–Kendall test and wavelet transform method. The results showed that both the mean annual SDI and SPI12 series in the Hexi Corridor exhibited an increasing trend during the study period. According to the results of wavelet analysis, we divided the study period into two segments, i.e. before and after 1990. Before 1990, the occurrence of droughts showing decreased SDI and SPI12 was concentrated in the northern part of the corridor and shifted to the eastern part of the corridor after 1990. The probability of drought after 1990 in Shule River basin decreased while increased in Shiyang River basin. The wavelet analysis results showed that Shiyang River basin will be the first area to go through the next drought period. Additionally, the relationships between drought pattern and climate indices were analyzed. The enhanced westerly winds and increased precipitation and glacier runoff were the main reasons of wet trend in the Hexi Corridor. However, the uneven spatial variations of precipitation, temperature and glacier runoff led to the difference of hydrological drought variations between the Shule, Heihe and Shiyang River basins.     

新疆玛纳斯河径流时间变化特征及其趋势分析

依据新疆玛纳斯河肯斯瓦特水文站近46年实测月径流量资料,采用Morlet小波分析,径流集中度、轮次分析、游程检验、极差分析、气候趋势系数法等方法分析了玛纳斯河径流系列多时间尺度变化特征及其未来变化趋势。结果表明:玛纳斯河年径流系列存在7年及25年主周期;极限枯水历时达8年,平均缺水4.40m3/s;单独丰水年概率高于单独枯水年概率,发生3年及以上连枯年概率均高于连丰年,易发生持续干旱;玛纳斯河年径流和夏季径流显著增加(P=0.01),幅度分别为2.24m3/(s·10a)及7.45m3/(s·10a),夏季径流增加尤为明显;秋季和冬季径流也呈现增加趋势(P=0.05),幅度分别为0.45m3/(s·10a)及0.49m3/(s·10a)。     

新疆呼图壁河径流时间序列分析

基于呼图壁河石门水文站1956—2011年的年径流数据,采用Morlet小波分析和R/S分析方法,对新疆呼图壁河流域径流周期、变化特征和未来趋势进行分析和预测。研究结果表明:(1)通过对呼图壁河1956—2011年径流量的分析发现,径流时间序列存在5 a、10 a、18 a和28 a左右的震荡周期,18 a尺度震荡周期最强,其次是28a尺度。18 a时间尺度上的震荡在56 a研究时段内均较强,且存在4个丰水期和5个枯水期;28 a震荡周期在56 a尺度时段内相对较强,存在3个丰水期和3个枯水期,目前处于偏丰期;(2)利用R/S分析呼图壁河径流量序列,Hurst指数为0.6442,存在明显的赫斯特现象,这就意味着未来一段时间的径流量与过去具有同样的增加趋势。     

近50年来霍林河流域径流量演变规律研究

霍林河是松嫩平原西部地区科尔沁、向海和查干泡湿地的重要补给水源,选取流域内3个代表站的径流实测资料,对50年来流域年径流量、雨季径流量、枯季径流量和基流径流量的演变规律进行分析。径流量年均序列的db3小波函数多分辨率分析表明,期间流域径流量总体呈下降趋势;“距平累积法”将径流量序列分为3个阶段,1965年以前径流量偏多阶段,1965~1985年的偏少阶段和1985年以后的偏多阶段;1985年以后流域径流量较强的增长趋势变化用Mann-Kendall非参数检验法检测达到突变水平,增长突变发生在1985~1990年;Morlet小波分析表明,不同类型径流量主要存在3个尺度的周期变化,预测在未来几年流域将逐渐进入较大尺度的枯水期之下的较小尺度的相对丰水期。     

典型干旱指数在滦河流域的适用性评价

利用1957-2010年滦河流域9个代表气象站逐月降水量资料及滦河三道河子、韩家营、承德、下板城和滦县站的1956-2000年逐月天然径流量资料,分别应用降水距平百分率、标准化降水指数（SPI）、降水Z指数及径流距平百分率,评价滦河流域干旱情况,并比较4种干旱指数的评价效果。结果表明：降水距平百分率反映干旱程度较轻;与降水Z指数相比,SPI指数能较客观地反映滦河流域干旱程度,3种气象干旱指数在滦河流域的适用性评价结果SPI]指数优于降水Z指数和降水距平百分率;而径流距平百分率的水文干旱指数评价结果与实际旱情更为吻合。但是,这4种干旱指标缺乏综合性和机理性,尚需加强降水、气温、蒸发、径流量等因素的综合考虑,提出反映干旱内在机理的指标。     

黄河源地区植被净初级生产力对气候变化的响应

基于黄河源区1959—2008年月平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、降水量、风速和日照百分率等气候要素资料,应用修订的Thornthwaite Memorial模型计算了50 a植被净初级生产力(NPP),分析其年际和年代际变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:1959—2008年间,研究区年NPP变化呈显著上升趋势,NPP变化曲线线性拟合倾向率在95.502～190.72 kg/(hm2.10a)之间,20世纪90年代后NPP较高。20世纪70年代表现为"冷干型"气候特征,NPP距平百分率偏少1.1%～2.1%;2001—2008年均为"暖湿型"气候特征,NPP距平百分率偏多2.1%～4.5%。影响黄河源区NPP变化的主要气候因子是降水量、最大蒸散量和平均最低气温。"暖湿型"气候对植被净生产力增加最有利,黄河源区NPP可增加5.5%～8.5%。而"冷干型"气候造成植被净生产力下降5%～9%。若2050年在"暖湿型"气候情景下,黄河源区未来NPP较多年平均值增加7%～17%。     

图们江干流区间流域径流变化特征

以图们江干流区间为研究对象，应用Mann-Kendall非参数检验法分析干流区间4个水文站点径流年际与年内变化趋势。在此基础上，采用R/S分析方法分析年径流、季节径流和月径流变化趋势在未来的可持续性，利用Mann-Kendall突变检验方法分析各水文站点年径流、季节径流和月径流发生突变的年份。结果表明：图们江干流区间各水文站径流年际和年内变化趋势均与干流径流变化趋势一致，呈下降趋势，非汛期径流下降的贡献主要来自春季和冬季径流的下降；Hurst指数表明，上游径流变化趋势的持续性最强，下游的持续性相对较弱；1985年是图们江干流区间年径流发生突变的年份，且降水量也发生了变化，可以推测降水量可能是径流不断减少的重要因素。