游程理论和Copula函数在二维干旱变量联合分布中的应用

采用3种不同的截取水平作为游程理论的干旱识别方式,从都江堰站51年逐月降水距平百分率指数序列中识别干旱事件,然后建立干旱历时与干旱烈度的两变量Copula函数模型,并进行概率分析和重现期计算。结果表明:1)干旱统计结果与截取水平的相关性强,具有一定的可预测性。2)Gumbel Copula函数为最优的联合分布函数。3)不同截取水平的概率分析结果具有明显的差异,且差异程度波动大,而重现期计算结果差异小。4)干旱风险评估以重现期分析为主、概率特征分析为辅更合理。表明游程理论和Copula函数的联合应用,可合理评估区域干旱风险。     

黄河流域内蒙古区间降雨径流模拟及水量平衡分析

以黄河内蒙古流域为研究区,利用GIS/RS技术获取流域水循环空间分布信息,选取黄河上游石嘴山、中游万家寨水文站为研究区的入、出站,利用近30年的降水等气象资料和近10年的水文资料,构建了基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型的黄河流域内蒙古区间的降雨径流模型。通过对模型的校准、验证,初步分析了该区间降水与径流量的关系及水量平衡。结果表明:黄河流域内蒙古区间农用灌溉、池塘蓄水等人为因素对径流量的影响要大于气候变化对其的影响;且在干旱的气候条件下,降水少,蒸散发量较大,从年尺度上看,通过降雨形成的径流量是非常有限的。构建的模型基本能够反映黄河流域内蒙古的月径流水文过程,水量平衡分析也揭示了当地干旱气候下径流的特征。     

基于Copula函数的长春市106年来的干旱特征分析

干旱是主要的自然灾害之一,它对环境和经济有着显著的影响。文中根据长春气象站106年的气象数据,基于标准化降水蒸散指数(SPEI)定义了干旱的两个主要特征:干旱历时和干旱程度,并利用Clayton Copula函数构造了干旱历时和干旱程度的联合分布函数,进而计算了干旱历时和干旱程度在不同组合条件下的联合超越概率、联合重现期、同现重现期及条件重现期。结果表明:(1)干旱历时和干旱程度的联合超越概率值随干旱历时和程度的值增大而呈现减小趋势,且递减速度逐渐变小;(2)单变量边缘分布的重现期介于联合重现期和同现重现期之间;(3)干旱历时(干旱程度)的条件重现期与干旱程度(干旱历时)的值成正比。研究结果可以为吉林省干旱风险的评估、水资源规划和管理提供有用的信息。     

基于小波变换和GRNN神经网络的径流模型在雅砻江流域中的应用

对雅砻江甘孜站控制流域月降水量和气温做 Harr小波变换 ,并作为 GRNN神经网络的输入 ,对雅砻江甘孜站径流进行模拟和预测验证 ,效果较好。但该模型对气温变化不敏感。故应用不引进小波变换的 GRNN神经网络模型 ,并采用全球变化成果 ,在不同的气候情景下 ,对甘孜站径流进行预测。结果表明 ,在未来一段时间内 ,甘孜站径流量会有一定程度的增加。径流量对气温的响应不同于西北内陆河流域 ,原因是该流域月径流量随气温的升高而增加。可利用该模拟对甘孜站径流进行反延或预测 ,并利用甘孜、温波二站径流量关系 ,计算温波站径流量 ,为南水北调工程径流设计服务     

冬雨型河流河川径流量对气候变化的响应

为能够较好的认识气候变化对冬雨型河流河川径流量的影响,更好的指导冬雨型河流水资源的合理开发利用,基于收集的水文气象资料,在分析研究区水文特性及气候变化规律的基础上,通过构建的三水源新安江水文模型及设定的不同气候情景,探讨了冬雨型河流河川径流量对气候变化的响应。结果表明:瓦赫什河降水主要发生于冬春季,夏季降水量偏少,降水对径流影响不大,气温的高低直接决定着瓦赫什河的河川径流量;山区与平原区降水均呈弱的增加趋势,气温均呈升高趋势,相对而言,平原区气温升高趋势比山区更明显;通过所构建水文模型及设定不同的气候情景可以看出,对于冬雨型河流在区域研究区气温的变化比降水量变化对河川径流量影响更加敏感,气温升高河川径流量增多明显;逐月平均径流以4月、5月和10月对气候的变化最为明显,其中以4月和10月增多最显著,以5月径流减少最明显。     

黄土区土质道路径流水动力学参数的灰色关联度分析

黄土区土质道路路面侵蚀是该地区土壤侵蚀中的重要形式之一,为了探讨其土壤剥蚀率与径流水动力学参数的相关关系,以便为该地区道路土壤侵蚀预报模型的建立提供帮助,采用室内人工降雨及放水冲刷实验、灰色关联度分析方法研究了裸露土质路和植草土质路的径流水动力学参数与土壤剥蚀率间的关系,结果表明:1)在15°坡度、不同雨强条件下,可根据径流量或水流功率计算土壤剥蚀率;2)在2mm.min-1雨强、不同坡度条件下,可根据水流功率或坡度计算土壤剥蚀率;3)在降雨加放水冲刷试验条件下,裸露土质路的土壤剥蚀率可通过径流水深或径流流速计算得出,而植草土质路的土壤剥蚀率可通过过水断面单位能量或径流量计算得出。因此,在无汇水条件时,根据径流水流功率计算土壤剥蚀率较为合理;在有汇水条件时,采用径流量计算土壤剥蚀率较为合理。     

基于SWMM模型的西安市清河流域暴雨洪峰流量模拟

为探讨暴雨洪水管理模型（storm water management model,SWMM）在暴雨条件下对山区流域洪峰流量模拟的适用性,以西安市清河流域为例,在SWMM模型中分别构建了传统的集总模式和以DEM、流域水系为子流域划分依据的半分布模式。通过2016年几次典型降雨洪峰流量验证两种模式的可靠性,结果表明：集总模式与实测拟合程度较好,相对误差为6%,确定性系数为0.871。为了进一步检验集总模式的适用性,从径流过程角度去模拟,结果也令人满意,两场降雨的相对误差均为11%,两场降雨的确定性系数和纳什系数均高于0.8,表明有较好的模拟效果。由此说明,基于SWMM模型构建的集总水文模式适合于清河流域的径流模拟。最后,模拟了不同重现期下流域的径流过程。流量峰值出现在降雨开始后约1.5 h,10年一遇以下重现期径流变化相对稳定。该模型对当地水利部门评估极端降雨事件等方面具有一定的应用价值。     

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。     

小流域水量水质综合模型模拟研究

水箱模型也称Tank模型,是应用较为广泛的流域水文模型,模型将复杂的降水径流过程简单概化为流域的蓄水与出流关系进行模拟。针对皂河小流域的降水、径流和水循环等水文特性,建立了4层串联水箱模型,模拟流域的降水径流过程,计算流域径流量,并结合河流水质模型,综合模拟河流流量及主要水质指标变化。结果表明:各项指标的模拟值与实测值吻合较好,说明水箱模型用于小流域的径流模拟结果较为准确,可与水质模型耦合使用,综合模拟小流域的水文水质变化。     

胶东半岛大沽河流域径流变化特征

大沽河是胶东半岛最大的河流,被称为青岛市的“母亲河”,近年来受气候变化与人类活动的共同影响,河川径流量急剧减少,河道断流形势严峻。基于1964-2008年大沽河3个水文站点（南村、产芝水库和尹府水库）的径流资料以及青岛气象站点的气象资料,初步探讨了大沽河流域径流的年际年内特征、变化趋势及其原因。结果表明：大沽河年径流存在明显的年代际特征,45 a间有一定下降趋势,特别是20世纪80年代以来,南村站河道常出现全年断流现象;3个水文站均于60年代初发生了突变,而且尹府水库站的年径流还存在显著的准4 a的变化周期;南村站径流的季节特征及变化趋势均比较显著,年径流量的89.8%集中在汛期,汛期径流量及各月径流（除8-9月）在45 a间均呈显著下降趋势,非汛期径流变化趋势虽不明显,但其径流量自80年代以来大多年份为0;相对而言,产芝水库和尹府水库站径流的季节差异及趋势相对较小;由基准期（1964-1980年）到变化期（1981-2008年）,降水变化与人类活动分别导致年径流量减少的比例为52.38%和47.62%,说明两者对径流的减少作用均比较显著,而且在全球气候变化的背景下,人类活动进一步加剧了径流的减少,并促使大沽河演变为季节性河流。     

Sand particle lift-off velocity measurements and numerical simulation of mass flux distributions in a wind tunnel

Lift-off velocity of saltating sand particles in wind-blown sand located at 1.0 mm above the sand bed surface was measured using a phase Doppler particle analyzer in a wind tunnel. The results show that the probability distribution of lift-off velocity can be expressed as a lognormal function, while that of lift-off angle follows an exponential function. The probability distribution of lift-off angle conditioned for each lift-off velocity also follows an exponential function, with a slope that becomes steeper with increasing lift-off velocity. This implies that the probability distribution of lift-off velocity is strongly dependent on the lift-off angle. However, these lift-off parameters are generally treated as an independent joint probability distribution in the literature. Numerical simulations were carried out to investigate the effects of conditional versus independent joint probability distributions on the vertical sand mass flux distribution. The simulation results derived from the conditional joint probability distribution agree much better with experimental data than those from the independent ones. Thus, it is better to describe the lift-off velocity of saltating sand particles using the conditional joint probability distribution. These results improve our understanding of saltation processes in wind-blown sand.     

组合灰色预测模型在入库流量预测中的应用

本文将灰色GM(1,1)模型、BP人工神经网络和马尔柯夫链相结合,利用历年入库流量及千河径流量建立组合模型对入库流量进行预测。GM(1,1)模型主要预测趋势,其前半部分与实测值拟合较好,BP神经网络模型后半部有波动部分与实测值拟合较好,二者结合使相对误差最小建立组合模型,同时运用马尔柯夫链预测入库流量的变化范围。预测2001和2002年的入库流量对模型进行检验:GM(1,1)模型预测的相对误差分别为0.359和-0.017;BP神经网络预测的相对误差分别为0.032和-0.251,组合模型相对误差分别为0.164和0.117,组合预测值在预测区间之内,该组合模型预测结果合理有效,能更精确预测冯家山水库入库流量。     

Changes of weed seed bank parameters according to species, time and environment

The soil seed bank of weeds was studied in two fields, The first was not treated with herbicides for nine years and had a high weed seed density. The second was treated every year and had a low weed seed density. A study of the probability distributions of the weed seed populations in the soil showed that they were aggregated and appeared to have the negative binomial distribution. Transformations were therefore used to normalize the original values in order to compare the distributions and amounts of different species at different times and locations. However, normalizations were possible only with species having an average of at least two seeds per core. With the normalized values, it was observed that some species had similar statistical distributions in the same field. However, the distribution of a species may vary throughout the field, in time, and according to herbicide and culture rotations.     

Modelling the economics of herbicide treatment in wheat and barley using data on prevented grain yield losses

Losses in grain yield prevented by controlling weeds were measured in 59 fields of (southern hemisphere) spring-sown wheat (Triticum aestivum L.) (cv, Otane) and 45 fields of spring-sown barley (Hordeum vulgare L.) (cv. Corniche) in five consecutive growing seasons from 1988/89 until 1992/93 in the Canterbury region of New Zealand. The losses were measured as the differences in yield between weeded and non-weeded plots located in randomly positioned pairs in the fields. In the first 2 years, the weeding was by push hoe in‘organically grown crops. For the last 3 years, the fields were under prophylactic herbicide regimens with nonweeded plots created by excluding commercial herbicide applications (made mostly in October for wheat and November for barley) with polyethylene sheets placed temporarily over the plots. For each season the distributions of yield losses were modelled using the normal distribution and probabilities of ‘breaking even’ on herbicide use derived by substituting cumulative probability density functions into a simple break-even model for herbicide use. The model assumed that herbicide application in the current crop has no flow-on economic effect for succeeding crops. The mean annual yield losses prevented by herbicide application were positively correlated with September and October rainfall for wheat and bailey respectively. As a consequence, the probabilities of breaking even on herbicide use increased with increasing spring rainfall. Using historical rainfall records, probabilities of breaking even were estimated for each of the 48 years from 1947 to 1994. Averaging over these years, the analysis revealed that at current grain prices prophylactic use of the commonly applied herbicides is likely to be uneconomic in 24% (95% confidence limits 6% and 50%) of fields of average-yielding Otane wheat and in 26% (95% confidence limits 1% and 91 %) of fields of average-yielding Corniche barley in Canterbury. It was concluded that there is potential for withholding herbicide treatments without jeopardizing profitability in these crops, particularly in seasons with low spring rainfall.     

新疆奎屯河流域枯季径流频率分布选型与计算

枯水径流频率计算对于水资源评价、环境水利及工程水文分析有重要的现实意义。文中依据奎屯河流域三条主要河流1959-2006年48年径流序列资料,采用PPCC检验法对我国常用的5种水文频率分布线型进行检验,以选择适合奎屯河流域的最优线型。结果表明:奎屯河流域内三条最大的河流的代表性水文站最小月枯水序列和各时段枯水序列的枯水径流频率分布都是以P-Ⅲ型曲线最优,但流域内其它个别水文站也有以其它线型最优。最后对三条主要河流最小月和最小3个月枯水径流频率采用P-Ⅲ型曲线进行了计算,得出不同保证率的枯水径流。     

基于两变量联合分布的干旱特征分析

以标准降水指数作为干旱指标,通过Copula函数构造干旱历时和干旱程度的联合分布来分析干旱的基本特征,并以汉江上游为例进行了应用研究.结果表明,由于联合分布考虑了两变量之间的各种组合,并且可以求出各干旱历时或干旱程度下的条件概率,因此,能够更全面地反映干旱的特征.     

灌溉方式对土壤水分与灌水量影响的模拟研究

为明确灌溉方式对土壤水分和灌水量的影响,采用土壤水分概率模型分析了传统灌溉和连续灌溉的土壤水分概率分布特征与土壤平均水分变化规律,研究了灌溉方式对灌水量的影响效应。结果表明：不同灌溉方式的土壤水分概率分布特征差异明显,连续灌溉的土壤水分概率密度极大值出现在s=s^*处,传统灌溉的土壤水分概率密度极大值出现在s=s_fc处;与传统灌溉方式相比,连续灌溉使土壤平均水分含量保持在相对较低的水平,当降雨发生时,其土壤能够容纳更多的入渗水量。连续灌溉明显减少了土壤水分深层渗漏和地表径流损失水量,显著提高了降雨利用率并降低了灌溉水量,从而提高了农业水资源利用率。     

内蒙古黄土高原区降水规律与集雨利用潜力分析

在黄土高原干旱少雨,地下水埋深较深的地区,通过建立水窖集雨供人畜饮用和作物补充灌溉具有重要意义。本研究利用沙圪堵镇的准格尔旗气象站1959—2000年气象资料,进行降水规律分析。结果表明,位于内蒙古黄土高原区的准格尔旗年均降水量为392.1mm,最大年降水量为635.5mm,最小降水量仅为142.5mm。年降水量在500mm以上的保证率为19%,接近五年一遇,年降水量400mm以上的保证率为44%,可基本上满足短季耐旱作物的生长之需;降水量在300mm之下的频率为21%,不能满足作物生长对水分的需求。有1/3的年份年降水量300—400mm之间,作物生长所需水分亏缺的部分,需要适当补灌。由于4—5月作物播种和苗期降水量少,存在生长障碍,如能在前一年集雨次年春天补充灌溉将有利于全苗和增产。对于10mm以上的降水,保证率80%以上的降水量仅为135mm,保证率60%的降水量为200mm。中雨雨量为达到300mm的保证率只有30%。对于大雨过程,总降水量200mm只有15%的可能性,100mm以上的保证率为60%。如果降水10mm以上才能集到雨水,100m2的集雨面,只有60%的年份产水量大于20方。不同集雨面的集流效益不同,在建立集雨水窖时,要根据水窖体积和集雨面材料的集流效率,合理确定集雨面,保证80%以上的年份达到满意的集雨效果。另外,根据降水规律可利用自然地面进行田间集雨,利用土壤库容保存降水供作物生产之用。     

用双涌源能量守恒模型计算浑善达克沙地羊草群落蒸腾量的研究

文章利用浑善达克沙地南沙梁试验站两年的羊草群落气孔导度及相关的环境因子观测数据,用多元逐步回归法建立了羊草群落单一牧草与环境因子间响应关系模型,并用此模型计算出单一牧草的冠层导度。羊草群落冠层的导度用叶宽、株高加权单一牧草气孔导度获得。利用羊草群落冠层阻力及其他阻力按S-W能量守恒模型计算了两个不同水文年的羊草群落蒸腾量。2004年是丰水年(生育期雨量R=274.6mm;P=5%),计算的羊草群落的蒸腾量为430.1mm,实测土壤蒸发169.0mm;2005年(生育期雨量R=178.8mm;P=50%)计算的羊草群落的蒸腾量为378.4mm,实测土壤蒸发124.2mm。     

设施蔬菜越冬期极端低温的分布及重现期特征——以关中、陕北地区为例

利用陕西陕北、关中地区1970～2010年66个县/区设施蔬菜越冬期资料建立了各站逐年极端最低气温、低于逐日最低气温5%阈值的气温和逐年出现严重冻害次数等3组资料的时间序列,分别对越冬期极端低温出现几率、强度进行了特征分析,利用耿贝尔分布方法建立了7个代表站年极端最低气温的分布模型及重现期预测。结果表明:1)对于严重冻害出现频次,延安东部的黄河沿岸地区在0.6～3.7次/年,陕北其它地区在4.3～18.7次/年,长武、旬邑和麟游渭北北部塬区在6.5～11.1次/年,关中其它地区在0.0～3.7次/年;2)低于逐日最低气温5%阈值的气温多年平均陕北地区、关中地区分别为-15.1～-19.9℃、-6.1～-8.7℃,严重冻害关中地区出现几率不足5%,陕北部分地区出现几率超过5%;3)陕北地区在不足2a的重现期,关中地区在8a的重现期会出现严重冻害,相同重现期关中地区冻害强度远低于陕北地区。