基于R/S和Morlet小波分析的北洛河上游径流变化特征

为了深入探究北洛河上游长时间序列年径流量变化规律及周期特征,加强对流域水资源规划管理和可持续开发利用,基于北洛河上游吴旗水文站1971—2014年实测径流量数据,采用M-K(Mann-Kendall)趋势检验法和R/S法(rescaled range analysis)分析了全年及汛期径流量的变化趋势和持续性; 并采用Morlet小波变换对径流时间序列进行了多尺度周期特征分析。结果表明:(1)从径流量年内分配来看,1971—2014年,北洛河上游径流年内集中分布在6—9月,月最大径流量一般出现在8月,分配曲线呈“双峰型”。随着时间推移,径流量年内分配不均匀性逐渐减弱;(2)汛期径流量占年径流量的比例降低,全年和汛期的径流量变化均呈显著减少趋势(p<0.05),且未来变化趋势与过去一致的可能性很大,即减少趋势具有一定的持续性(全年和汛期径流量序列Hurst值分别为0.53,0.69);(3)北洛河上游径流量呈现出多尺度性、主周期性和同步性变化的特点。汛期和全年径流量具有相似且显著的变化周期,主要受到3,11,19 a左右3个主周期的影响。总之,北洛河上游径流量呈显著减少趋势且变化周期比较明显。     

洮河干流径流量变化趋势分析

河流径流量变化是对区域气候和下垫面变化的综合反映,了解和认知其变化对流域水资源开发具有重要意义。根据洮河流域上、中、下游的下巴沟、岷县、李家村、红旗四个控制水文站点实测月、年径流量资料,运用不同指标对洮河干流径流量的变化规律和趋势进行了分析,并采用最新的经验模态分解法进行佐证。结果表明:50年代至今,洮河流域径流量年内分配不均匀性越来越低,上游向下游逐渐由均匀向不均匀变化;该流域径流量年际变化大,总体表现为逐渐减小的趋势,丰平枯水年交替出现;洮河上游、下游径流量年际变化稳定,中游有部分支流汇入,径流量年际变化剧烈。洮河径流过程与降雨过程呈对应关系,径流量随雨量的变化而变化,径流量有滞后现象。     

玛纳斯河出山口径流EEMD-ARIMA预测

定量估算暖湿化背景下干旱内陆河径流变化尤其是非线性变化和未来发展趋势对区域水资源配置具有指导意义。以干旱区典型流域——玛纳斯河流域流量最大的玛纳斯河为例,运用曼—肯德尔(Mann-Kendal1),集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)和自回归积分滑动平均模型(Autoregressive Integrated Moving Average Model,ARIMA)多种方法对出山口水文控制站肯斯瓦特1957—2012年年均径流进行了分析,得到年均径流非线性和多年代趋势定量特征。结果表明:1957—2012年年均径流显著增加;经EEMD分解后获取年均径流时间序列4个模态IMF分量和一个趋势项,各模态中心频率不一样,表明年均径流存在多种周期规律。将表征多年代际震荡的IMF分量引入ARIMA预测年均径流,预测精度明显高于直接应用年均径流的ARIMA预测精度,这表明EEMD-ARIMA组合径流预测法对短期径流预测具有一定参考价值。     

玉米秸秆不同构件混合分解的非加和效应及其对土壤有机碳矿化的影响

[目的]研究玉米秸秆不同构件混合分解的非加和效应及其对黄绵土土壤有机碳矿化的影响,为秸秆还田背景下坡地土壤CO2排放提供理论支撑。[方法]采用室内模拟试验,试验设置无玉米秸秆土壤对照(CK)及4种玉米秸秆添加处理:茎+土壤(CKS)、叶+土壤(CKL)、鞘+土壤(CKLS)、混合玉米秸秆+土壤(CKM)。[结果]培养结束土壤有机碳矿化累积排放量实测值显著高于预测值,且促进作用主要是由培养初期快速分解阶段(1~28d)导致的。培养结束后混合玉米秸秆剩余质量预测值明显高于实测值,且元素含量发生明显改变,其中全氮含量预测值明显低于实测值,C/N预测值明显高于实测值。培养结束后CKS处理土壤微生物碳含量明显高于其他几种处理,其他几种处理差异不显著;添加玉米秸秆处理土壤微生物量氮明显降低,相应的土壤微生物量C/N增大,CKS,CKL和CKM处理与CK处理差异达到显著水平。土壤可溶性有机碳(DOC)含量CKLS和CKM处理明显高于其他3种处理,CKS与CKL处理与对照差异不显著。[结论]玉米秸秆不同构件按比例混合对玉米秸秆分解产生协同促进作用,混合分解过程促进氮累积。     

基于SCS模型的浅层紫色土柑桔园坡面径流的计算参数确定

利用浅层紫色土坡地柑桔园小区长期试验的降雨径流监测资料,采用SCS方程(Soil Conservation Service Equation)对浅层紫色土坡地柑桔园坡面径流进行计算,表明径流量的计算结果误差很大;反演算获得的曲线参数值与查表对应值差异很大,而与降雨量存在极其显著的二次曲线回归关系。采用建立的二次曲线回归方程计算获得的S值和MSCS(modified SCS equation)曲线方程,对径流量进行推算,结果得到实测数据的验证,计算精度较好。由于浅层沙壤质紫色土坡地土壤侧渗损失较高,不能纳入SCS方程计算获得的地表径流,因此坡面径流量的计算与实测具有较大的差别;产生于坡面径流与降雨统计分析的MSCS方程是对浅层坡地土壤田间尺度坡面径流计算的一个有效探索。     

近50年来黔东南地区浅层地气温差的时空特征分析

利用黔东南地区16个地面气象观测站1961-2010年逐月地面0-20cm浅层地温和气温实测资料,分别统计四季浅层地气温差的时间序列,采用正交函数分解(EOF)、经验模态分解(EMD)、Mann-Kendall突变检验等方法,分析各季浅层地气温差的空间分布结构和时间演变特征。结果表明,黔东南各季浅层地气温差均为正值,说明浅层地温高于气温,但各季节的时空分布存在较大差异,其中秋季最大,春季最小;受大尺度气候异常影响,各季变化大值中心分布不同,在一定程度上地形和海拔对浅层地气温差有较大影响,次区域特征存在明显差异;各季浅层地气温差的振荡模态中,重要分量均是第一分量(IMF1),即55%由2～4a的年际变化造成,IMF1和IMF2决定着浅层地气温差的变化,IMF4以后的分量表征浅层地气温差的年代际变化。在全球气候变暖的背景下,黔东南地区春、秋季的地气温差表现为显著的增加趋势(P<0.05),夏、冬季总体变化趋势不明显,90年代以后夏季为增加趋势(P<0.05)。近50a黔东南各季浅层地气温差的突变点不一致,春季和秋季在20世纪70年代发生了突变(P<0.05),夏季和冬季的突变出现在90年代,说明各季浅层地气温差的变化存在明显的阶段性和地域性差异。     

排列熵优化改进变模态分解算法诊断齿轮箱故障

为了准确提取齿轮箱中复合故障特征,该文选用变模态分解(variational mode decomposition,VMD)对振动信号进行处理,它能够将信号分解为多个固有模态函数(intrinsic mode function,IMF),但需预设分解层数k和惩罚因子;因此,为了能够自适应地确定分解层数k,该文提出了排列熵优化算法(permutation entroy optimization,PEO),该算法可以根据待分解信号的特点自适应的确定分解层数k;同时,为了解决VMD算法对噪声的敏感性,该文根据噪声辅助数据分析的思想,提出了改进VMD算法(modified variable modal decomposition,MVMD),该算法首先添加成对符号相反的高斯白噪声到原始信号,再利用VMD算法对其进行分解,经过多次循环,原始信号中的噪声相互抵消,而后将每次循环得到的每层IMF分别进行集成平均。利用该算法分别对含有多故障特征的齿轮箱仿真信号及实测信号进行处理,均提取出了故障特征。该文所提方法对封闭式功率流试验台进行复合故障提取,160和360 Hz的故障频率分别被提取出。该方法为齿轮箱复合故障诊断提供新思路。     

近60年湘江流域水沙特性及其对人类活动的响应

湘江流域人类活动对湘江水沙变化具有显著影响。利用M-K次序法、Pettitt非参数检验法和双累积曲线法分析湘江干支流1953-2014年的年径流量、汛期径流量和非汛期径流量与输沙量的关系,并分析水土保持和水库建设等人类活动与水沙演变的关系。结果表明:1)湘江干支流水文站的年径流量、汛期径流量与输沙量的相关性强,且1990年后湘潭站径流量-输沙量的相关系数为0.83,而非汛期相关性较弱。1990年前,干流站点径流量和输沙量处于波动状态,1990年后干流站点径流量总体呈增加趋势,但输沙量呈减小趋势,且老埠头站的输沙量发生微幅突变。除个别站点之外,支流站点的径流量和输沙量发生突变的年份与变化规律均一致。2)水土保持以及水库建设对湘江流域的拦沙作用是输沙量减少的主要原因。相比支流,水土保持对湘江干流流域的输沙量减少影响更显著,水库建设与湘江干支流输沙量减少均密切相关。3)根据湘江流域输沙量突变点可划分A(1960-1987年)、B(1988-1996年)、C(1997-2013年)3个时期,在不考虑温度变化的影响下,以A时期1960-1987年为基准期,利用累积量斜率变化率比较法可知,相比基准期A时期,B、C时期水土保持和水库拦沙等人类活动对输沙量的减少的贡献率为88.58%和94.01%,人类活动为输沙量减小的主要因素。     

桐梓河流域径流对气候和人类活动的响应

径流量变化受到气候变化和人类活动两大因素共同驱动,定量剖析气候变化和人类活动对其影响成为变化环境下水文循环研究的核心科学问题。以桐梓河流域为研究对象,基于二郎坝水文站1975—2015年长时间序列的水文和气象监测数据,通过累积距平和滑动T检验分析方法诊断了流域径流量的突变特征,并应用累积量斜率变化率比较法定量评估了流域气候变化和人类活动对径流量变化的贡献率。结果表明:(1)流域多年径流量和降水量均呈现出减少趋势,减少的速率分别为0.05亿m~3/a和-3.10 mm/a。(2)流域多年径流量的突变年份为2003年,其中1975—2003年为丰水年(多年平均径流量为15.26亿m~3),而2003—2015年为枯水年(多年平均径流量为12.44亿m~3),突变年份后径流量较突变年份前减少了18.48%。(3)径流量与降水量通过95%的红噪声验证的共振周期为0.8～2.8年以及3.8～6.5年,流域径流对降水的变化具有一定的滞后作用,滞后作用的时间尺度为1～2年。(5)以1975—2003年为基准期,降水量和人类活动对桐梓河流域径流量的贡献在TB(2004年,2015年)时期分别达到43.42%和56.58%;如果考虑蒸发量对桐梓河流域径流量的影响,则人类活动对桐梓河流域径流量变化的贡献率在TB时期会增加到86.83%。该项研究可为定量化评估喀斯特典型流域气候变化和人类活动对径流量的贡献率提供方法上的借鉴。     

品种和饲养模式对鸡肉风味性状及其候选基因mRNA表达水平的影响

肌苷酸(inosine monophosphate acid,IMP)和肌内脂肪(intramuscular fat,IMF)是重要的肉质性状指标。为探讨品种和饲养模式对鸡(Gallus gallus)肉质风味的影响,本研究以散养和笼养的城口山地鸡、大宁河鸡和青脚麻鸡为研究群体,采用高效液相色谱仪和索氏浸提法测定鸡胸肌IMP和IMF含量,利用荧光定量PCR方法检测5个IMP候选基因和9个IMF候选基因mRNA的表达量情况。结果显示,从总体上看,城口山地鸡IMP含量高于大宁河鸡和青脚麻鸡,散养鸡IMP含量高于笼养鸡;城口山地鸡IMF含量低于大宁河鸡和青脚麻鸡,散养鸡IMF含量低于笼养鸡。IMP候选基因氨基咪唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶(aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide transformylase/IMPcyclohydrolase,PURH)和腺苷-磷酸脱氨酶(adenosine monophosphate deaminase1,AMPD1)基因,IMF候选基因心脏型脂肪酸结合蛋白基因(heart fatty acid binding protein,H-FABP)、瘦素受体(leptin receptor,LEPR)、脂肪酸转运蛋白1基因(fatty acid transport protein 1,FATP1)和解偶联蛋白3基因(uncoupling protein 3,UCP3)胸肌组织表达量分别与胸肌IMP含量和IMF含量存在相关性。本研究结果表明,品种和饲养模式均显著影响IMP和IMF含量及其候选基因的mRNA表达,且候选基因的表达水平与IMP和IMF含量有着密切的关系。本研究结果为优质肉鸡的选育提供了一定的理论基础。     

麦田降雨产流过程的影响因素

为探讨多种因素对麦田降雨产流的影响及其相应的定量关系,通过人工模拟降雨试验,研究麦田降雨强度(RI)、冠层覆盖度(用叶面积指数表示,LAI)及0-40cm土壤初始含水量(θ40)对降雨产流特征的影响。结果表明:在其他影响因素一定条件下,径流强度和累积径流量与降雨历时分别具有显著的负指数函数和幂函数关系(P<0.01);产流时间随RI增大而提前,径流强度、累积径流量和径流系数随RI增大而增大;产流时间随LAI的减少而提前,径流强度、径流量及径流系数随LAI减小而增大;当降雨强度增大时,LAI对麦田产流过程的影响减弱。在RI和LAI不变时,产流时间随θ40增大而提前,径流强度、径流量及径流系数随θ40增大而增大,但稳定径流强度基本相同。通过对模拟降雨实测数据统计分析,径流强度、累积径流量可最终表示为t、RI、LAI和θ40的4因素函数关系,并建立了径流系数回归计算模型(P<0.05)。     

黄河下游近50年径流量变化特征及影响因素

应用Mann-Kendall趋势性检验和突变性检验法、双累积曲线法、GM(1,1)模型等方法,对黄河下游1962—2012年径流量和降水量的变化特征及规律进行了深入探讨,以期对黄河下游水资源调配,防洪减灾提供科技支撑。结果表明:降水量减少趋势不显著,突变时间为1964年,径流量减少趋势显著,突变时间为1979年。降水量和径流量变化具有明显的阶段性,降水量以1986年为界,分为丰水期、枯水期两个阶段,径流量以1979年、1985年为界,分为枯—丰—枯3个阶段,黄河目前处于枯水期。采用双累积曲线法定量分析了降水量和人类活动对径流量的影响程度。结果表明:突变时刻前,降水量和径流量同步变化,呈现正相关,突变时刻后,人类活动是影响径流量变化的主要因素,人类活动和降水量对径流量的作用比例分别为68%和32%。利用GM(1,1)模型预测了未来5年降水量和径流量的变化趋势,表明未来5年降水量和径流量将会有所增加。     

紫色土坡耕地径流特征试验研究

通过具有壤中流观测功能的径流小区的定位观测,结合人工降雨模拟试验,对常规施肥条件下紫色土坡耕地径流特征、过程及影响因素进行长期监测。结果表明:(1)紫色土坡耕地地表径流过程呈多峰特征,受瞬时雨强的影响明显;而壤中流过程则表现出明显的单峰、产流时间滞后、持续时间长等特点;(2)玉米灌浆成熟-收割期径流量明显高于其它生育期,地表径流、壤中流径流量分别为(65.06±5.94)mm,(86.36±3.27)mm,分别占3年地表径流、壤中流年均径流量的67.92%,79.82%;(3)坡耕地地表径流和壤中流径流量与降雨量的相关性显著,但与降雨强度的相关性不显著。坡耕地地表径流系数随坡度的增加而增加,而壤中流径流系数随坡度的增加而明显降低。(4)坡耕地径流分配特征明显。3年地表径流年平均径流量为95.78 mm,壤中流平均流量为108.19mm,分别占总径流量的46.96%,53.05%。     

黄河上中游区径流量格局长期变化过程

河川径流不仅是水资源重要的构成部分,也是自然界中水分循环的重要环节,径流量的变化直接影响区域特别是干旱区水资源的开发利用。基于黄河中游上中下三个站点(河口镇站、吴堡站以及三门峡站)1919—2013年月径流量资料,采用Spearman相关法、有序聚类法等方法分析黄河不同区间年、月径流量演变规律,揭示年径流量突变前后径流量年内集中度和不均匀性差异。结果表明:黄河上游和中游径流量因人类活动作用具有明显趋势性减小,而因气候作用表现出显著的阶段性。在径流量突变年份后,黄河上游径流量上游集中度降低,不均匀度减小,径流量年内分配趋于均匀,但黄河中游地区径流量年季不均匀性反而增大。     

大城子水文站1956—2016年水沙变化成因分析

结合大城子水文站建站以来近60 a径流量和输沙量资料对其水沙演变特征进行分析,并结合水文学方法对其变化成因进行定量分解。结果表明：近60 a来大城子水文站年径流量和输沙量呈现明显递减变化,各年代际人类活动尤其是水保措施影响程度高于降水变化影响。     

环境变化下长江荆南三口径流变化特征检测与归因分析

依据长江中游荆南三口河系1951—2014年实测原型水文气候资料,在分析环境变化的基础上,定量分解不同时间尺度气候因素和人类活动对径流量变化影响的贡献率。结果表明:(1)以荆南三口及周边地区降水量减小,长江干流来水量逐期减少,水位降低,荆南三口河系断流天数呈波动性增加为标志的环境变化导致了荆南三口河系径流逐期减少;(2)荆南三口河系径流量在长时间序列上呈波动性增减变化,而在不同时间尺度上却呈逐期减少趋势。径流量与降水量变化的突变年份均为1958年,1972年和1998年;(3)以1951—1958年为基准年,1959—1972年,1973—1998年,1999—2014年3个时段降水量波动对径流量变化影响的贡献率依次为26.71%,2.9%,7.05%,人类活动(主要是重大水利工程)对各时期径流量变化影响的贡献率分别为73.29%,97.10%,92.95%。     

基于信号分解和深度学习的农产品价格预测

农产品价格的稳定对社会经济与农业发展有重要意义,但农产品价格的波动具有非平稳、非线性、波动性大的特性,较难精确预测。该研究基于信号分解和深度学习,提出一种分解-重构-提取-关联-输出的农产品价格预测模型(CT-BiSeq2seq),并且加入平均气温、养殖成本(大猪配合饲料与尿素价格)、群众关注度等多维度数据来提高模型的预测精度。首先,采用互补集合经验模态分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition,CEEMD)方法把复杂的原始价格序列分解为简单序列。其次,分析皮尔逊相关系数及分解后的子序列,把原始价格序列重构为高频项、低频项、残差项。再经过时间卷积网络(Temporal Convolutional Network,TCN)提取重构序列的数据特征。随后,构建Biseq2seq模型,解码器引入双向长短期记忆网络(Bi-directionalLongShort-TermMemory,Bi-LSTM)加强序列数据间的全局关联。最后,通过解码器的LSTM网络输出预测值。以北京丰台区批发市场的白条猪肉价格进行实证分析,该研究提出的CT...     

降雨类型与坡度对棕壤垄沟系统产流产沙的影响

为深入理解棕壤垄作坡耕地的土壤侵蚀机理,利用1.60 m×0.53 m的试验土槽,设计2个降雨类型,即增强型(70～70～100～100 mm/h)和减弱型(100～100～70～70 mm/h),以及2个坡度(9°和18°)的人工模拟降雨试验。每个雨型分2个阶段(阶段I、阶段II),每个阶段进行相同雨强的2个场次降雨,每个场次降雨历时20 min。结果表明:(1)雨强对径流量呈显著影响(P0.05),100 mm/h雨强下的径流量70 mm/h时的径流量。在减弱型雨型下,坡度对径流量影响显著(P0.05),而增强型雨型下在不同阶段坡度对径流量的影响不同。(2)雨强对产沙量的影响显著(P0.05),在阶段Ⅰ降雨中,100 mm/h雨强下9°和18°坡面的平均每分钟产沙量分别为70 mm/h雨强下的23.98,9.07倍。在70 mm/h雨强下,坡度对产沙量的影响显著(P0.05),而100 mm/h雨强下不同阶段坡度对径流量的影响具有差异性。(3)100 mm/h雨强在不同雨型中出现的时序对产沙量影响不显著(P0.05);在70 mm/h雨强下,产沙量整体较小,基本在15 g/min以下。同一雨强在不同雨型中的时序对径流量均存在显著影响(P0.05)。(4)总径流量从大到小依次为:9°减弱型18°减弱型9°增强型18°增强型;总产沙量从大到小依次为:18°增强型18°减弱型9°减弱型9°增强型。不同雨型下,雨强发生改变后,累计径流量和累计产沙量增加速率和雨强的改变具有一致性。     

重庆市不同弃土弃渣下垫面侵蚀产沙模拟试验研究

采用野外放水冲刷法研究了紫色土与黄沙壤弃渣下垫面产流产沙规律。结果表明:1不同下垫面累积径流量随冲刷时间线性增加,放水流量为10、15L/min时,累积径流量增长速率最大均为Ⅲ小区,分别为3.735和8.579。2不同下垫面径流量与产沙量均呈正相关关系,且水沙关系增长速率大小依次为Ⅱ小区(0.356)Ⅲ小区(0.233)Ⅰ小区(0.111)Ⅳ小区(0.056)。3不同下垫面的产流量与产沙量均随放水流量的增大而增大,在各种下垫面中Ⅳ小区径流量增长率最大,而Ⅰ小区的径流量增长率最小,分别为41.58、16.33。     

雨型和甘蔗种植对赤红壤坡面土壤侵蚀特征的影响

为探究南方高强度、高频次降雨下甘蔗种植对赤红壤坡面土壤侵蚀的影响,基于径流小区原位观测试验,分析不同种植方式下(顺坡和横坡)蔗地和裸坡坡面径流和侵蚀泥沙特征,探讨甘蔗种植方式对坡面侵蚀产沙的影响,获得影响赤红壤坡面侵蚀的主要雨型。结果表明:(1)坡面径流量和侵蚀量均表现为裸坡>顺坡蔗地>横坡蔗地,裸坡坡面径流量和侵蚀量是顺坡蔗地和横坡蔗地的1.7~5.3倍;顺坡蔗地坡面径流量和侵蚀量是横坡蔗地的1.9,2.3倍。(2)次降雨条件下,裸坡坡面径流量与侵蚀量均整体高于蔗地处理,而顺坡蔗地整体上大于横坡蔗地,但二者差异随甘蔗生长逐渐缩小。(3)A型雨(中历时、小雨强、小雨量)发生频次最高,但B型雨(短历时、大雨强、中雨量)是引起裸坡和顺坡蔗地坡面产流产沙的主要雨型,径流量和侵蚀量分别占总量的49.9%,57.6%和62.3%,64.2%;D型雨(长历时、极大雨强、极大雨量)是造成横坡蔗地坡面水土流失严重的主要雨型,由其产生的坡面径流量和侵蚀量分别占总量的49.5%和72.2%。研究结果可为明晰南方赤红壤区蔗地土壤侵蚀特征及防治提供理论依据。