西江中游水沙序列的多时间尺度特征

小流域的水沙多时间尺度周期变化分析可为中长期水沙预测提供科学依据,为西江中游水沙序列的多尺度特征提供工程参考依据。选用红水河迁江站1957-2016年年径流和年输沙量数据资料,采用Mann-Kendall趋势检验、小波分析法和耦合关系模型,分析迁江站主要的水沙序列周期及其多时间尺度变化特征。结果表明:迁江站年水沙序列具有下降趋势,多尺度特征基本一致且存在主周期,人类活动、气候波动及水土保持措施等因素对水沙序列的变化有直接的影响。径流序列的第一主周期是25~30 a,第二主周期是13~24 a,第三主周期是3~12 a;输沙序列第一主周期是20~30 a,第二主周期是9~20 a,第三主周期是3~9 a。在5,16和28 a的时间尺度上,受生态环境及人类活动的影响,水沙序列产生较大紊乱,最终输沙序列相较于径流序列趋于稳定,其变化也滞后于径流序列。在耦合关系中,径流序列的R2为0.43,输沙序列的为0.71,输沙序列的显著性高于径流序列;且人类活动利用科学技术通过影响输沙系统,将原水沙系统的矛盾进行缓解乃至解决,使得西江中游水沙系统进入再生时期。     

基于EMD的黄河下游利津站年水沙量变化的多时间尺度特征

运用经验模态分解方法对黄河下游利津站1952~2009年的年水沙量的时间序列资料分别进行多时间尺度的分析,得到各自具有不同周期的波动分量以及趋势分量。研究结果表明：利津站年水沙量的变化过程具有复杂的多时间尺度特性,是各种波动成分共同作用的结果;年水量和年沙量变化过程均存在三个波动周期,且趋势项呈递减降低的态势,而各分量的波动周期大致相近;两者相同尺度下的分量之间具有显著的相关性,而不同尺度下的分量之间基本无相关性,揭示了水沙变化过程内在多时间尺度振荡结构和特征。     

三峡调蓄前后径流变化的多尺度分析

径流时间序列复杂多变,既存在着非周期成分(趋势、突变等)变化特征,又存在着多尺度的周期变化特征,水文径流的多尺度分析研究具有重要价值。主要利用极点对称模态分解(ESMD)方法,对宜昌水文站多年实测径流量进行模态分解及时频分析,得出不同的时间尺度下,该站径流的趋势、突变及周期变化,进而分析三峡水库调蓄前后的径流变化规律;同时分别利用传统径流分析方法中的Mann-Kendall(M-K)法、小波变换法及希尔伯特-黄变换法三种方法对ESMD法所得结论进行验证。研究结果表明:三峡调蓄前后,不同时间尺度下的径流均存在2003年6月左右的突变点,趋势项上均表现为不显著的递减变化趋势,这表明三峡工程的正式蓄水对径流量产生了较为明显的影响;年、月、日的周期则表现出了一致性,证实了径流研究具有不同尺度上的嵌套性,同时ESMD法在径流多尺度分析上具有较好的应用效果。     

基于极点对称模态分解的北京市降水特征分析

随着全球气候变化加剧,我国区域水资源紧缺日益严重,利用合理方法研究降水的变化规律对水资源规划管理尤为重要。基于北京市1951-2015年降水量时间序列,利用极点对称模态分解(ESMD)方法,分析北京市降水变化的多尺度特征和不同时间尺度下的突变,并对未来趋势变化做出判断。结果表明:北京市降水序列存在2.6、4.3、14和21.7 a的周期变化,不同时间尺度下发生突变的时间亦不同;各模态分量方差贡献率显示年际变化在北京市降水变化中占据主导地位;预测短期内北京市降水量将持续减少。     

东江流域博罗站天然年径流量序列多时间尺度分析

采用Morlet小波函数,对东江流域博罗站1956-2005年天然年径流时间序列进行了小波分析,揭示了流域天然年径流变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下天然年径流序列变化的周斯,并根据主周期对未来序列变化进行了预测。研究结果表明,天然年径流序列呈现微弱的减少趋势,21 615万m3/(10 a),近50年天然年径流量减少了约108 075万m3;天然年径流量变化的特征时间尺度为2年、4年、8年、12年、19年,其中8年左右的周期振荡最强,为天然年径流量变化主周期;依据主周期的变化趋势,预测2006-2009年间天然年径流将偏多,大约在2010-2013年天然年径流将偏少。     

基于EMD的岷江上中游流域流量特性分析

利用经验模态分解(EMD)方法,分析了岷江上中游地区6个代表水文站1956-2016年均流量序列变化的周期、趋势和统计规律。得到如下结果:该流域多个水文站年均流量经过EMD分解均得到3个IMF分量和1个趋势项,各IMF分量显示的低频周期约为2.5～3.5 a、5.0～7.0 a,高频周期约为10.0～18.0 a,趋势项RES显示序列呈现典型的直线型下降趋势。该结果反映了岷江上中游流域近半个世纪来径流量持续减少,且径流的低频周期的离散程度在高频周期的基础上并不是逐级增加,而是呈倍数放大,倍数与高频周期的离散程度有一定的数学关系。     

不同年份水沙系列下水库泥沙淤积变化分析

泥沙淤积会引起库区水位抬高,侵占调节库容,造成库容损失,降低水库的调节能力。针对云南省大多数山区河道中泥沙量受季节影响强、泥沙粒径变化幅度大、河流走向弯道多、恒定一维均匀流数学模型不能真实反映水库泥沙淤积的情况。因此,本研究采用武汉水利电力大学研制开发的susbed-2一维恒定非均匀流输沙模型计算不同年份水沙系列下水库泥沙淤积变化。结果表明,水库泥沙淤积的总体形态基本服从带状淤积规律,泥沙淤积最为剧烈的区域为坝前,泥沙淤积发展速度较快的时段主要是第1年,此后水库泥沙淤积速度逐渐变慢。1998年水沙系列下水库泥沙累计淤积量较大,1992—2001年水沙系列下水库泥沙累计淤积量较小,泥沙累计淤积量总体呈增加趋势。与1992—2001年相比,1998年水沙系列由于入库沙量不同,淤积量也有所不同,历时2～3 a后,不同水沙系列下的排沙比均稳定在90%以上,变化范围在90%～102%,水库基本达到平衡。     

基于小波变换的径流与降水时频变化及相关性分析——以五郎河为例

基于五郎河总管田水文站(1959-2014年)径流和丽江气象站(1959-2014年)降水资料,采用Morlet复值小波函数,分析年径流和年降水在不同时间尺度下的小波变换时-频变化及其丰-枯(多-少)交替变化的周期规律,并运用交叉小波变换,从多时间尺度的角度探讨径流和降水在时频域中的相关性。结果表明:五郎河年径流和丽江年降水量时间序列分别存在12 a、3 a和18 a、6 a、4 a的主周期变换规律,同时预测2014年后径流与降水均有减少的趋势,且分别在2014年后的8 a和10 a时期内,径流和降水量由枯转丰(少转多);年径流与年降水存在2~4 a的显著性的共振周期,且两者呈现出非常好的一致性,说明丽江站降水量可作为五郎河流域径流预测的控制因素。     

多沙水库非恒定水沙动床数学模型研究

通过选取水流挟沙力、动床糙率等计算公式,考虑河槽在冲淤过程中河宽变化规律的模拟,并着重克服以往数模取恢复饱和系数小于1等理论上的不足,使准二维非恒定水沙动床数学模型在计算多沙水库的水沙运动时符合天然实际,定量结果更为可靠。然后,利用典型水库——黄河三门峡水库1994~1999年实测水沙系列及相应资料,对数学模型进行验证计算,以便该数模能够正确模拟原型泥沙冲淤变化、水位变化、泥沙级配变化、含沙量沿程变化、河床形态调整变化等规律。     

基于小波分析的黄河上游径流变化周期研究

为了研究黄河上游径流变化周期,在综合评述已用方法的前提下,引入了小波分析法;然后采用Morlet连续小波变换,对兰州和贵德2站84年(1920～2003年)年径流时间序列变化特征进行了多时间尺度分析,揭示出黄河上游年径流在不同时间尺度下的小波变换时频特征及其丰、枯交替变化的周期规律;进一步分析其径流变化规律,发现黄河上游年径流变化具有同步性,现正处于偏枯期;最后对分析结果进行小波系数过程线及方差图检验,得出黄河上游年径流具有32年的主周期变化规律,同时预测2007年后的17年(2008～2024年)时期内,将处于偏丰期。     

大凌河中下游水沙特性及影响因素研究

基于大凌河流域自然状况及社会经济状况,选取上窝堡、朝阳、义县和凌海4个水文站的历年水沙资料,分析大凌河的水沙情况,同时结合径流量-输沙量的年际变化图、年内变化图、沿程变化图及多年双累积曲线图,分别从时间与空间上分析大凌河水沙特性及其影响因素。结果显示：大凌河中下游的泥沙主要由于集中强降雨携带而来;来水来沙量年际变化趋势基本保持一致;径流量及输沙量在年内分配中主要集中在7月和8月。?     

西江流域干支流水沙时空分布变化分析

采用南宁、贵港、大湟江口、梧州和高要站近60年的实测径流量和输沙量系列,从沿程变化、年际变化和年内变化三个方面分析了西江流域干支流水沙时空分布变化。结果表明:西江流域水沙主要来源于西江干流,各站年径流量、年输沙量基本随里程增加而增大;年径流量、年输沙量整体呈下降趋势,且干流浔江、西江河段下降趋势程度大于支流郁江河段,各站年径流量年代间基本呈“枯-丰-枯-丰-枯”变化,大湟江口、梧州和高要站年输沙量年代间呈“低-高-低-高-低”变化;西江流域干支流径流、输沙年内分配十分不均,大型水库建设均降低了径流、泥沙年内分配的不均匀性,使得汛期径流、泥沙占比均减低。     

基于EEMD的枯季入库径流预报分析

针对枯季径流量预测的问题,提出了一种新方法。采用集合经验模态分解（EEMD）的数据处理方法,实现对枯季径流的多层次、多时间尺度分解,获得简单且平稳性较好的固有模式分量（IMF）,再利用径向基（RBF）人工神经网络对数据进行预测分析。通过以密云、潘家口水库的枯季入库径流量的数据为例,运用此方法进行预测分析,并与以EMD为基础的方法进行对比,结果表明本文提出的模型预测效果理想,精度较高,具有一定的使用价值。     

人类活动影响下长江上游水沙条件变化趋势

长江是中国最重要内陆水运通道之一。近年来,人类活动(梯级水库建设和人工采砂)严重影响了长江上游河道河床演变规律。通过分析长江上游2005至2017年的水沙实测资料,对比长江上游梯级水库联合运行前后(2012年前后)发现,梯级水库群下游年内水文过程与泥沙输运量受水库群运行的影响较大。梯级水库拦沙作用使长江上游河段年均推移质和悬移质较水库群建成前分别减少了87%和98.5%,水库群下游泥沙补给大幅减小引发河床冲刷、粗化,河床表层床沙中值粒径较水库群建成前明显增大。人工大面积采砂破坏长江上游河道河床粗化表层,形成局部挖沙坑,造成河床形态异常演变。总体来看,梯级水库清水下泄与采砂监管将使水库群下游河道表层粗化层更加稳定,河床演变逐渐趋近稳定。     

深圳水库污水截排工程规模的选择

在如何选定污水截排工程的截排规模上，分析了套用市政排水截流倍数或选取某频率洪峰流量来确定截排流量的方法的不足，结合水库水质以面源污染为主的特征，采用综合选择方法——即推求典型年降雨所形成的全年逐时径流过程和全年径流量，计算各截排流量下的截排水量，通过水库水质模型，根据各截排流量对应未截排水量所携带的入库污染负荷量，建立截排流量与水库水质的关系，最终选定符合水库水质标准的截排流量为工程规模。     

水力发电灵活性对混合电力系统的调节影响

鉴于风功率的随机性造成电网净负荷在多时间尺度上波动的特点,从时-频角度出发,基于风-水联合发电仿真模型,采用形态学滤波方法提取了风-水联合发电系统中净负荷的高、中、低频信息,通过建立的灵活性评价指标有效反映电力系统的上行和下行灵活性的供需关系.同时,为解决系统灵活性不足的问题,研究了风电渗透比例和水电机组备用接入比例对改善系统灵活性的影响规律,确定了最适宜的风电渗透比例和备用接入比例.研究显示:风-水联合系统在中、低频尺度上只存在下行灵活性不足的问题,其灵活性不足容量在49%风电渗透比例下最大可达4.961 MW;而在高频尺度上同时存在上、下行灵活性不足的运行风险,相应的上、下行灵活性不足容量最大可达0.125 2 MW和4.279 1 MW.此外,针对文中互补发电系统,其最适宜的水电备用接入比例为85%.     

涪江流域径流量变化及对武引灌区引水的影响

研究运用涪江武都引水枢纽段1984-2010年的年径流量和月径流量资料分析流域径流量变化规律,并结合2005-2010年武引灌区实际引水情况分析流域径流量变化对灌区引水的影响。根据研究,涪江武都引水枢纽段具有年径流量线性下降、年代际平均径流量下降、年径流量丰枯波动等特征,而未来灌区需水总量将大幅增加,将对灌区引水总量产生影响;涪江发生枯水的月份与灌区灌溉用水时间的吻合,加剧了灌区供用水的矛盾,将对灌区引水时间产生影响。因此,应采取积极的措施应对径流量的变化,使武都引水工程更好地为灌区工农业生产服务。