基于Budyko假设的汾河上游水源区径流衰减归因分析

针对汾河上游水源区径流严重衰减的问题,分析了上游汾河水库控制流域1961-2016年降雨、潜在蒸散发、径流的变化趋势,并对年径流量进行了突变分析,将研究时段划分为基准期和变化期两个阶段.应用基于Budyko假设的流域水热耦合平衡Choudhury-Yang公式,计算了径流的气候弹性系数和下垫面弹性系数,对变化期的径流变...     

三峡入库径流变化归因多方法识别

受气候变化、人类活动等因素影响,近年来长江上游径流特性发生明显变化,给长江上游流域水资源的合理开发利用、三峡及上游水库群等国家战略淡水资源库作用的发挥带来诸多挑战,径流变化归因定量识别的研究对流域水资源的开发利用具有重要的意义。基于1951-2013年三峡入库径流序列资料,采用Mann-Kendall法、Spearman法、Pettitt法等统计方法,诊断了三峡入库径流的演变规律;基于同期气象、土地利用等资料,分别利用气候弹性模型、水热耦合平衡模型、SWAT模型定量识别三峡入库流量变化原因。结果表明：(1)三峡入库径流在1993年前后发生明显的突变,1993年以前为径流受气候变化和人类活动影响较小的相对天然期,1993年以后径流为受气候变化和人类活动影响较大的变化期;(2)研究期三峡入库径流发生了显著减少,减少速率为8.8 mm/10 a,长江上游大规模的人类活动是三峡入库径流减少的主要原因,降水量减少和气温上升是径流减少的重要原因;(3)气候弹性模型法与SWAT模型法归因识别结果一致,水热耦合平衡模型法低估了人类活动这一引起三峡入库径流减少的主要因素;(4)考虑土地利用时空变异的SW...     

基于集对分析的黄河源区气候变化分析

理论与实际相结合综合确定气候特征突变年份,进而根据黄河源区气象站2015年前日照、气温、风速及降水数据,应用粗糙集及集对分析相关理论构建黄河源区气候特征联系度模型,结合Mann-Kendall及R/S方法探讨黄河源区气候特征的变化趋势。结果表明:与基准期1990年前相比,黄河源区气候特征存在向不稳定发展的态势, 20世纪90年代末以来针对黄河源区保护措施的实施遏制了变差的趋势,效果较为明显,但对于改变黄河源区现阶段整体变差趋势的效果较弱,且Hurst指数为0.38,系统具有反持续性,促使该状态的转变仍需很长一段时间。     

基于Budyko假设的岷江流域实际蒸散模拟研究

基于Budyko假设,采用傅抱璞模型对1980—2010年岷江流域实际蒸散进行模拟,将Mann-Kendall检验法、Pettitt突变检测法、反距离权重插值法用于分析实际蒸散的时空变化特征,以灵敏度及Pearson相关系数为指标分析了岷江流域实际蒸散的主要影响因子。结果表明,基于Budyko假设的傅抱璞模型对岷江流域实际蒸散的模拟效果较好。岷江流域多年平均实际蒸散在空间上呈自东南向西北逐渐减少的分布特征;在研究时段内,流域的多年平均实际蒸散呈显著下降趋势(通过99%置信度检验),并于1991年发生显著性突变(通过90%置信度检验)。岷江流域实际蒸散的变化是多种因素共同影响的结果,其中降雨是主要的气候影响因素。     

基于Budyko理论的黑河流域中游地区实际蒸散发估算及其变化归因分析

蒸散发是黑河流域中游地区农业绿洲水分消耗的主要途径,准确估算该地区的实际蒸散发量并对其变化规律进行分析对于科学指导当地农业灌溉、优化水资源配置等具有重要意义.基于Budyko理论及其改进的傅抱璞经验模型估算黑河流域中游地区2006-2015年的实际蒸散发量,利用Mann-Kendall方法分析实际蒸散发序列的趋势特征和...     

基于Budyko假设的海河流域蒸散发量和径流量估算研究

通过对海河流域内平原及山丘区三级子流域的多年平均降水量、径流深及实际蒸发量和蒸发能力的分析,发现Budyko假设在海河流域山区参数 的平均值远小于平原区,山丘区计算蒸散发量和径流量的误差较小,而平原区误差大。在此基础上,建立了海河流域平原区地下水埋深变化与Budyko公式计算误差之间关系,改进了平原区Budyko计算公式,提高了实际蒸散发和径流量计算精度。     

基于陆面水文耦合模型CLHMS的黄河源区水循环模拟与分析

以黄河源区作为研究对象,建立适合于黄河源区的大尺度陆面水文耦合模式,并利用该模式开展1971-2014年该流域水文水循环过程的数值模拟,通过干流主要水文站流量资料对模型的模拟精度进行率定和验证。分析结果表明,模型模拟的水量平衡系数接近于1,Pearson相关系数高于0.85,而纳什效率系数高于0.72,因此模式对流量峰值的模拟能力有待提高。模式模拟水循环主要要素的时空分布有较高的精度和准确性,因此该模式适用于黄河源区水文循环模拟。     

基于时变Budyko公式的年径流变化机理分析——以贵州省六硐河为例

气候变化与人类活动是流域径流变化的重要原因。随着人类活动逐渐频繁,不同地区的水文情势不同程度地发生着变化,因此对径流变化机理的分析一直是水文学界的重要议题之一。Budyko水热耦合平衡公式是常用的径流变化机理分析工具,因其一方面考虑了一定的物理成因,另一方面公式参数较为简单,由此在径流变化归因较长时间尺度分析上得到了广泛应用,但当前对时变形式的Budyko公式研究及应用仍有待加强。以贵州省六硐河流域为例,通过Mann-Kendall检验和突变检验方法对研究区年径流进行趋势和突变分析,基于水热耦合平衡原理构造了包括线性、二次多项式以及具有物理机制等形式的Budyko参数时变辨识公式,以Nash效率系数为评价指标,验证最适应研究区的水热耦合公式,最后计算降水量、潜在蒸散发量和人类活动等因素对径流变化的贡献率,进行六硐河流域径流变化归因分析。研究结果表明,近年来随着气候变化影响加剧,六硐河流域径流呈明显的下降趋势,在1997年发生显著性突变。比较降水量、潜在蒸散发量和人类活动因素对径流的敏感性,发现降水减少是流域径流减少的主导因素,其贡献率为49%。同时,随着人类经济社会的发展,大型水利设施...     

基于GEE云平台的黄土高原生态修复区植被变化与归因

植被为地球生态系统主要构成之一,也是人类社会经济活动的重要资源,监测植被动态变化有利于区域的环境保护及生态环境建设,基于谷歌云平台GEE,集成了Sen+MK趋势分析、MK突变分析、偏相关分析、多元回归残差以及相对贡献率分析等多种统计分析方法,构建了一套自动化植被恢复综合分析体系,可用于植被变化趋势检测及归因分析。在此基础上,区分人工修复和自然恢复对植被变化的影响,以陕西省黄土高原生态修复工程实施区域之一——铜川市耀州区为例,开展生态修复区与自然恢复区植被变化趋势及归因分析。分析结果表明：耀州区1990—2020年土地覆盖格局整体呈现自东南向西北耕地逐渐减少、林地草地逐渐增加的分布特征。植被覆盖变化特征呈现以速率0.55%/a波动上升的趋势,上升突变点为2007年。气候变化和人类活动对耀州区植被变化的相对贡献率具有一定的异质性,主要受到人类活动的正向驱动,相对贡献率为79.10%,气候变化相对贡献率为15.22%。在植被改善区域,应归因于以人类活动主导的生态修复工程,生态修复工程实施治理效果较好;在植被退化区域,主要为气候变化和人类活动的共同影响。     

黄河源区降水径流变化特征及响应分析

利用1961-2014年黄河源区周边气象站站点降水数据和唐乃亥以上流域水文观测数据,采用Mann-Kendall法、Spearman秩次检验、有序聚类法及累积距平法对源区降水量径流量变化特征分析,再结合相关性分析、格兰杰因果检验和双累积曲线法对降水径流的响应关系进行讨论.结果表明:黄河源区的年际降水量表现为非显著减少趋...     

基于改进集对分析的新疆黄水沟年径流预测

本文提出了以几何形式表示集对的G-SPA模型,该模型以向量之间的夹角、相关系数、欧式距离以及向量的模为指标对径流集合建立对应的指标集合,将指标集合的相似度作为判断径流集合相似度的依据,其优点是不仅考虑了径流大小的相似性,而且考虑了径流变化趋势的相似性.将G-SPA预测模型应用于新疆黄水沟年径流量预测中,并分别与GRNN神经网络模型以及AR(2)模型的预测结果进行了对比.结果表明:G-SPA模型预测的平均相对误差为7.42％,预测结果优于GRNN模型和AR(2)模型.     

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。     

基于希尔伯特-黄变换的行波波头识别算法研究

目前用于铁道牵引网行波测距的算法有许多种,基于行波波头各种算法的优缺点以及对比分析,我们应用了一种具有自适应性的希尔伯特-黄变换的算法来用于波头的识别。     

基于Bayes-Markov过程的年径流丰枯变化特性分析

首先根据概率中的Bayes分析确定年径流的状态,然后采用Markov分析方法,从时间序列的内部为出发点,以转移概率和极限概率来描述Markov状态转移的静态统计量,对漓江流域桂林站年径流序列进行多种状态统计分析,不仅可以定量说明其径流丰或枯状态之间的相互转化状况,而且可以揭示不同状态之间的转移概率.     

基于概率Budyko方程的流域未来可用水资源比例预估

准确评估可用水资源量对水资源规划管理、维护生态完整性和社会经济发展至关重要。基于流域下垫面特征的概率Budyko方程和降尺度后的CMIP5气候模式数据,预估了4个典型流域未来水文气象变量及其可用水资源比率的分布和不确定性。结果表明:4个典型流域(黑河流域、滦河山区、汉江丹江口以上流域和赣江栋背以上流域)未来潜在蒸散发量均显著增加,而降水的增加趋势不明显;流域可用水资源比率值随着湿润程度的增加而增加,且可用水资源比率的不确定性从高到低依次是滦河山区、赣江栋背以上流域、汉江丹江口以上流域和黑河流域;不同的排放情景对4个典型流域可用水资源比率的分布及其不确定性影响较小;在加入相同的下垫面因素(植被覆盖指数)后,干旱区域(黑河流域)比湿润区域(赣江栋背以上流域)可用水资源比率的预估更加精确。     

基于SWAT模型的金华江上游土地利用变化对径流影响的研究

流域内土地利用变化对水文循环有着重要影响.本文通过在金华江上游建立SWAT模型,模拟了不同土地利用情景下流域径流的变化特点,结果表明:SWAT模型模拟精度高,其中验证期Ens=0.85,R2=0.85,Re=0.07,可以模拟及分析流域水文对土地利用变化的响应;在该流域内,林地有减少径流量的作用而草地和耕地相反;保护耕地使流域内农业产量增加但也使径流量增加,且增加量集中在雨季.     

基于SWAT模型的开都河上游未来土地利用变化对径流的影响

【目的】揭示土地利用变化下的流域径流变化。【方法】以开都河上游区域为研究对象,利用分布式水文模型SWAT,采用元胞自动机-马尔科夫模型(CA-Markov)预测法、当地土地利用规划要求和极端土地利用情景法共设置了4种2025年土地利用情景,包括自然发展情景、规划发展情景、极端草地情景、极端林地情景。【结果】①构建的SWAT模型在率定期(R2=0.74,NSE=0.73)与验证期(R2=0.58,NSE=0.57)的模拟结果可以接受。②采用CA-Markov模型模拟的2010年土地利用类型图Kappa系数为0.83,可用于预测2025年土地利用类型。1980—2010年土地利用类型变化主要表现为草地转换为水体和未利用地,其转换面积分别为106.09 km2和0.5 km2。③相较于基准年2010年,各土地利用情景下的年均径流量均减少,自然发展情景减少最快,极端草地情景减少最慢;从丰水期与枯水期来看,2种时期下各情景月均径流变化完全相反;从其季节分配来看,各土地利用类型在夏季对径流变化影响最大,冬季影响较小。【结论】该地区草地是影响径流最主要的调控因子,原有草地的减少会引起夏季径流较大幅度减少,对于未利用地,可考虑开发为草地。     

玉米蒸散发变化的归因——基于贝叶斯原理参数优化的双源模型

蒸散发(ET)变化的归因分析对理解蒸散发的控制机理具有重要意义,是建立可靠的蒸散发模型和预测蒸散发变化的基础。通过贝叶斯方法,用差分进化自适应都市(DREAM)算法对双源蒸散发模型(SW)参数优化,使其模拟值与在玉米农田中获得半小时ET观测值达到最佳模拟效果。然后将涡度相关法与SW模型相结合,利用泰勒偏微分方程定量评估了黑河流域大满站玉米区域气候和植被变量对土壤蒸发(ET_s)和植物散发(ET_c)的相对贡献。与2016年相比,2017和2018年平均ET_s分别增加了2.56 W/m²和72.90 W/m²,2017年ET_c增加了24.41 W/m²,2018年减少了13.38 W/m²。2017年和2018年土壤表面可用能量(A_s)对ET_s变化的贡献分别为124%和95.4%,冠层阻力(r_s^c)对ET_c变化...     

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。