基于小波分解的日径流支持向量机回归预测模型

【目的】将小波变换与支持向量机结合,构建小波支持向量机回归模型(WSVR),并用其对日径流进行预测,为水库调度提供参考依据。【方法】利用径流时间序列中包含的大量信息,通过小波变换将径流时间序列分解成不同分辨率水平的子序列和近似序列,通过相关性分析选取有效子序列与近似序列相加得到的新序列作为支持向量机回归模型的输入,建立小波支持向量机回归耦合模型,以泾河流域张家山站的日径流为研究对象,利用均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、确定性系数(DC)、相关系数(R)及相对误差(RE)作为评价指标对模型预测精度进行评价。【结果】利用所建立的小波日径流支持向量机模型对张家山站日径流的预测结果显示,该模型在检验阶段的RMSE、MAE、DC、R及RE分别为26.05m3/s,8.26m3/s,0.826,0.910,-13.3%,与仅使用支持向量机回归模型(SVR)相比,耦合模型预测精度明显提高,且非汛期预测效果优于汛期。【结论】建立了小波支持向量机回归耦合模型,该模型可有效模拟和预测日径流,为日径流预测提供了新的途径。     

黑河中游植被覆盖率变化趋势及其驱动因子分析

利用2002~2011年的黑河干流中游归一化值被指数数据获得植被覆盖率变化趋势,选取合适的NDVI阈值将整个区域划分为"绿洲区"和"荒漠区",并分别探讨了地下水埋深、中游耗水量及累积降水量对两种区域面积和植被覆盖率变化的影响。结果表明:黑河干流中游植被覆盖率整体呈增长趋势,由2002年的32%增长到了2011年的36%,对植被覆盖率增长贡献最大的因素为绿洲区扩张,10年间绿洲区面积占比增长了10%;影响绿洲扩张的主要因素为地下水位埋深和中游耗水量,绿洲区植被覆盖率变化较小,可忽略其影响。荒漠区植被覆盖率的变化主要受累积降水量影响。利用地下水位埋深、中游耗水量、累积降水量可预测区域植被覆盖率的变化趋势,区分人类活动和气候变化对区域植被覆盖率的影响是可行的。     

石羊河流域小麦净灌溉需水量全局敏感性分析

为了研究小麦净灌溉需水量对气象要素的敏感性,采用Penman-Monteith公式结合单作物系数法计算了石羊河流域小麦的净灌溉需水量;基于泰勒展开式推导了小麦净灌溉需水量对6个关键气象要素的全局敏感性公式,并结合敏感性分析结果对敏感度空间分布规律进行了对比分析。结果表明,小麦净灌溉需水量对有效降雨最敏感,其次为水汽压、太阳辐射、风速,对最高气温和最低气温敏感性最小。在空间分布上,受气候和地形条件的影响,流域内各区域小麦净灌溉需水量对气象要素的敏感性存在差异,除风速外上游气象要素的敏感性均大于中下游,上游对有效降雨的敏感性大于对ET0的敏感性,下游则相反。     

博弈论与DS证据理论耦合的黄河流域水资源配置方案评价

【目的】从资源、社会、经济、效率多角度构建水资源配置方案综合评价模型,为水资源最佳配置方案的遴选提供依据。【方法】在传统仅以水质、水量作为自然资源评价指标的基础上,综合考虑量、质、域、流4个维度,从资源、社会、经济、效率多角度构建水资源配置方案评价指标体系,采用博弈论将层次分析法和CRITIC法综合赋权确定指标权重,同时耦合DS证据理论,建立水资源配置方案综合评价模型,并以黄河流域水资源配置为例,分别对2015年及2020,2030年共9种配置方案进行评价和比较。【结果】利用所建立的水资源配置方案综合评价模型,对黄河流域水资源配置方案的评价表明,黄河流域2020年以同时考虑调水12.63亿m³和节水67.90亿m³的方案E的综合评价结果最优,2030年则以同时考虑调水97.63亿m³和强化节水86.70亿m³的方案I的综合评价效果最优。通过对比自然、社会、经济以及效率准则的评价方案可知,黄河流域节水措施的实施提高了经济效益,同时考虑节水和调水有利于当地水资源的协调发展,能有效提高社会效益。【结论】博弈论与DS证据理论耦合,克服了以往水资源评价指标赋权的片面性和主观随意性,可以实现多源评价指标信息融合,使得评价结果更为客观合理,为水资源配置方案评价提供了新思路。     

基于正态云模型的黄河流域水资源承载力评价

水资源是支撑区域经济社会发展的基本保障,科学合理地评价水资源承载能力对区域实现可持续发展具有重要意义。从"量、质、域、流"维度出发,筛选22个评价指标,构建水资源承载能力评价指标体系:针对评价指标量化、等级标准划分的不确定性问题,建立了基于正态云理论的水资源承载能力评价模型,并采用单因素轮换法(OAT)分析指标权重的敏感性。将构建的评价指标体系与模型应用于黄河流域2015年水资源承载力评价,结果表明:黄河全流域水资源承载能力等级特征值为2.70,处于第Ⅲ等级临界状态,其中,水量维度承载能力为第Ⅲ级临界状态,水质、水域、水流维度的承载能力均为第Ⅱ级超载状态,除甘肃、宁夏、陕西和河南四省区为Ⅱ级超载状态外,其他省区均为Ⅲ级临界状态。评价结果与SPA-VFS、TOPSIS法评价结果基本一致,表明基于"量、质、域、流"的评价指标体系及模型有效可行,研究以期为水资源承载力评价提供多维量化评价体系与方法。     

基于基尼系数的内陆河流域用水公平性评价

【目的】对水资源紧缺地区的用水公平性进行研究,为了解当地用水现状进而合理配置水资源提供参考。【方法】借鉴收入公平性评价指标基尼系数的基本概念,构建内陆河流域用水公平性的评价方法,即通过影响用水量的人口、国内生产总值、参考作物蒸发蒸腾量、降水量等主要指标,计算单项指标与用水量的基尼系数,并计算综合基尼系数,进而以石羊河流域为例,对其用水公平性进行了评价。【结果】利用本研究建立的评价方法,对石羊河流域用水公平性的评价表明,石羊河流域在现状超采地下水的情况下,代内用水较为公平,但代际用水并不公平。【结论】可以利用基尼系数客观地评价区域间社会经济用水的公平性。     

基于归一化植被指数估算黑河中游地区植被生态耗水量

【目的】准确估算黑河流域中游地区植被生态耗水量,为流域生态保护和水资源配置提供科学参考。【方法】借助卫星遥感、GIS等技术,利用2011年5-9月黑河中游地区的归一化植被指数(I_(NDV))数据,将其与同期土地覆被和气象数据相结合,采用植被指数法对黑河中游地区植被生长季的生态耗水量进行计算和分析,利用2008年同地同期数据资料进行检验。【结果】黑河中游地区林地蒸散发量214.2~343.9mm,草地蒸散发量为213.1~269.8mm;区域植被生态耗水量为5.812 8亿m~3,其中林地生态耗水量为0.474 2亿m~3,草地生态耗水量为5.338 6亿m~3,计算结果与地面观测数据较为一致。【结论】用植被指数法估算植被生态耗水量比较简易、准确、可靠,在干旱地区生态研究中具有适用性。     

考虑CO2浓度影响的中国未来干旱趋势变化

CO_2浓度增加会降低潜在蒸散发量(PotentialEvapotranspiration,PET),进而影响依据PET计算的干旱指数结果。为了准确预测未来中国干旱变化情势,该研究以Penman-Monteith(PM)公式计算PET,以标准化降水蒸散发指数(Standard Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)表征干旱,利用贝叶斯模型平均(Bayesian Model Averaging,BMA)整合了5个降尺度的CMIP6气候模式数据,分别计算分析了中等强迫(SSP2-4.5)和高强迫(SSP5-8.5)气候情景下考虑CO_2影响和未考虑CO_2影响的中国未来干旱趋势。结果表明:未考虑CO_2影响的SPEI呈明显的下降趋势,其中西北地区下降趋势最为显著,干旱面积亦呈最强烈的增加趋势,尤其2070年之后,SSP5-8.5情景下的干旱面积急剧增加,至21世纪末,干旱面积比例超过了80%。青藏高原、东北地区、华中地区和华南地区干旱面积变化趋势较为一致,SSP5-8.5情景下,干旱面积比例呈增加趋势,SSP2-4.5情景下SPEI计算的干旱面积变化无明显趋势;考虑CO_2影响的SPEI计算的干旱面积则呈轻微的缩减趋势,其中华北地区的干旱面积缩减最为显著。SSP5-8.5情景下整个中国地区的干旱面积总体呈增加趋势,至21世纪末,SPEI干旱面积比达40%。但在SSP2-4.5情景下,考虑CO_2影响的SPEI计算的干旱面积则呈缓慢的缩减趋势。在相同情景下,未考虑CO_2影响的干旱指数高估了未来干旱发生状况,CO_2浓度增加缓解了未来干旱,在未来干旱研究中应考虑CO_2对干旱趋势的影响,可得出更为合理的研究结论,为水资源管理提供科学依据。     

陕西关中地区水资源生态足迹与生态赤字研究

【目的】分析陕西关中地区的人均水资源生态足迹、生态承载力和生态赤字,为该地区水资源的可持续开发利用提供参考。【方法】采用水资源生态足迹模型,确定了计算水资源生态足迹所需的3个关键参数:多年平均水资源总量、全球均衡因子和地区产量因子,对关中地区及各地市1994-2008年的人均水资源生态足迹、生态承载力、生态赤字进行了定量分析和评价,并与陕西省其他地区进行了比较。【结果】核算期内,陕西关中地区的水资源生态足迹变化比较稳定,平均为0.704 5hm2/人,各市区的水资源生态足迹水平高低依次为咸阳>渭南>铜川>西安>宝鸡>杨凌;在核算期内关中地区水资源生态承载力变化较大,平均为0.196 0hm2/人,与陕北、陕南相比是陕西省最低的;在核算期内,关中的水资源生态足迹均远远大于生态承载力,水资源生态赤字平均为0.507 7hm2/人;各用水账户中,生产用水(包括农业灌溉用水、工业用水和林渔牧副业用水)是水资源生态足迹的主要贡献者,占水资源生态足迹的80%以上。【结论】陕西关中水资源生态赤字较大,必须通过优化水资源配置,建立与水资源利用相关的法律体系、水价格体系,实施高效率的水资源管理,提高水资源生态承载力,减小生态赤字,以达到水资源可持续利用的目的。     

灌区耗水量问题初探

详细阐述了灌区耗水量的研究进展，指出了灌区耗水量在定性定量方面存在的问题。灌区社会经济的发展、用水结构和灌溉用水水平的变化等因素都对灌区的耗水量产生明显影响。随着灌区耗水量的增加，灌区水资源供需矛盾日益突出，参与灌区水循环的水量减少，使区域水平衡要素关系发生深刻变化，从而导致灌区水环境破坏，并引发严重的生态环境问题。