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EEMD多尺度模糊熵与BP神经网络的滚动轴承故障表征诊断

针对滚动轴承故障振动时间序列非线性与非平稳性特征,提出一种基于多尺度模糊熵的滚动轴承故障诊断方法.首先通过集合经验模态分解对故障振动信号进行自适应分解;根据得到固有模态函数分量(IMF)求取相应的多尺度模糊熵;在此基础上以EEMD多尺度模糊熵作为故障特征输入到BP神经网络中进行学习和分类.实验结果表明该方法能够实现对轴...     

一种改进的基于混沌吸引子的径流降尺度分析

基于混沌理论,研究水文科学的尺度问题,将混沌分析方法应用于径流的降尺度计算。通过分析大时间尺度的年径流量分解到小时间尺度的月径流量的分解系数的混沌特征量,论证了分解系数具有混沌特性。在此基础上,对分解系数的预测方法提出改进意见并给出具体算法。然后根据预测结果进行月径流量的降尺度计算。实例研究表明,改进的算法用于径流量的降尺度分析具有明显的优点。     

基于HHT的滨海降水多尺度时频特征研究

基于EEMD的改进型HHT方法,深入剖析了滨海围垦滩涂区域降水的多尺度周期特征进行。结果表明,滨海地区赣榆、东台、上海测点年降水和季节降水变化的周期振荡主要体现在2~3a、5~7a左右的年际尺度上和10~15a、25~30a左右的年代际尺度上,与江淮地区的整体特征和气候背景基本一致,但滨海地区的地理位置与环境特殊性使其降水周期振荡的频域相对较宽且离散。与离散小波变换固定频带下的信号分解相比,HHT方法的EEMD分解具有更优的自适应性;与连续小波变换相比,HHT方法在滨海地区降水信号高频周期振荡特征的解译和信号分解中频域混叠现象的避免方面更具优势。     

一种改进的基于混沌吸引子的径流

基于混沌理论,研究水文科学的尺度问题,将混沌分析方法应用于径流的降尺度计算。通过分析大时间尺度的年径流量分解到小时间尺度的月径流量的分解系数的混沌特征量,论证了分解系数具有混沌特性。在此基础上,对分解系数的预测方法提出改进意见并给出具体算法。然后根据预测结果进行月径流量的降尺度计算。实例研究表明,改进的算法用于径流量的降尺度分析具有明显的优点。     

EEMD多尺度熵和ELM在水电机组振动信号特征提取中的应用

机组的状态评价及故障诊断基于信号特征提取,水电机组非平稳、非线性振动信号的特征提取是水电领域研究热门.提出了一种基于集合经验模态分解(EEMD)和多尺度熵(MSE)的水电机组振动信号特征提取方法,采用极限学习机(ELM)实现模式识别.对降噪后水电机组振动信号进行EEMD分解,并根据峭度—标准相关系数指标筛选有效本征模态...     

小浪底大坝运行前后黄河径流变化与预测研究

黄河流域生态保护与高质量发展离不开黄河水资源的合理调配,黄河径流在维持全球能量平衡、水沙循环以及气候变化和生态环境演变的过程中也发挥着关键作用.大坝强烈改变河流水资源的时空分布格局,干扰河流的自然节律.小浪底大坝是中国第二大水利工程,通过整理大坝运行前后花园口水文站数据,运用变化范围(Range of Vari-abi...     

基于边界修正和二次分解的改进月降水LSTM预测方法

基于深度学习的降水预测是近年来水文研究的热点。月降水数据为典型的小样本数据,无法满足深度学习对大数据量的需求。为此,融合信号分解和边界修正的思想,提出一种改进的月降水长短期记忆网络（LSTM）预测方法。首先,针对序列分解的“端点效应”,采用波形特征匹配延拓法扩展原始序列边界。然后,利用极点对称模态分解（ESMD）和变分模态分解（VMD）对原始序列进行二次分解。ESMD提取月降水序列不同尺度信息,得到频率依次降低的几个模态分量及一个残余分量;切除各子序列中对内部数据“污染”最严重的扩展部分后,VMD进一步对高频分量进行平稳化处理。最后,对各子序列分别运用LSTM预测,预测结果重构后得到最终预测结果。选取湖北省巴东县的月降水量作为实例验证。通过模型对比分析,结果表明：相较于传统的单一SVM和LSTM模型,组合了信号分解算法的预测模型在月降水预测中更具优越性;将边界修正的方法融入到采用ESMD算法的组合模型,提高了整体模型的预测精度;高频分量的预测效果是决定组合模型预测精度高低的关键因素;提出的方法不但在选取的评价指标上均表现最佳,而且对数据极值点的拟合效果提升显著。特别地,即使面对小样本数...     

基于SPEI的贵州省分区干旱时空演变特征

[目的]干旱对贵州省水循环及水资源管理系统造成严重破坏,科学合理地认识干旱时空演变对抗旱减灾及社会稳定至关重要。[方法]利用贵州省18个气象站点1960 2012年逐月降水和平均气温数据计算标准化降水蒸散指数SPEI评估干旱,采用M-K趋势检验、B-G分割法、极点对称模态分解法ESMD和反距离权重插值法分析了贵州省分区分时段干旱时空演变特征。[结果]贵州省月、季和年尺度SPEI序列均呈波动下降趋势,其中夏季和冬季SPEI序列变化未通过显著性检验,且20世纪60 90年代,贵州省各分区干湿变化具有较强的一致性,21世纪各分区的干湿变化不具有明显的一致性;以黔西北年SPEI为例,基于ESMD分解法得到3个模态分量IMF和1个趋势项R,从R看出干旱指数整体上呈波动“减小-增大”趋势,分析IMF1-IMF3振荡可得黔西北地区干旱具有2.1、7.6和26.5a的周期特征,且年代际周期26.5a在干旱变化中起主导作用,ESMD法在非线性、非平稳时间序列周期及趋势分析中应用效果较好;依据B-G分割法检测结果,得到1960 1986年、1987 2003年和2004 2012年3个研究时段,2004 2012年黔西北地区的冬旱强度和黔西南地区的春旱频率达到最大,分别为1.82和77.78%,2004 2012年四季干旱强度明显增大,且1986 2012年贵州省高强度干旱呈现由北向南转移趋势,1960 2003年四季干旱高频区呈现由东南向西北转移趋势,1960 2012年各分区四季干旱频率呈现增加趋势。[结论]贵州省各分区呈干旱化趋势,且干旱频率和强度呈现不同程度的增加。     

龙羊峡水库对下游水沙条件变化的影响分析

为了研究龙羊峡水库对下游水沙条件变化的影响,以水库下游贵德水文站年径流量和年输沙量作为研究数据,采用互补集合经验模态分解方法对建库前后径流和泥沙进行多时间尺度分析,结合多时间尺度熵和纳什效率系数分析建库前后径流和泥沙各分解序列的复杂波动特征及各分量对原始序列的贡献程度。结果表明:水库运行对下游水沙变化均有显著影响,且对泥沙的影响大于径流,同时不同时间尺度下的水沙相关关系均发生改变;水库运行会加剧水沙系统的复杂性,但随着多时间尺度波动周期的增大,水沙各分解序列复杂性降低,可预测性升高;径流和泥沙的信息量集中在中高频分量上,综合考虑建库前后水沙波动周期的变化,建议黄河上游水沙监测和研究周期分别为4~7 a和3~4 a。     

三峡水库上游流域径流变化规律研究

以三峡水库上游六大干支流的九个控制断面为研究对象,针对不同长度径流系列,分析了径流统计参数、年内分配及丰枯变化规律;针对全年、消落期、汛期、蓄水期及枯水期五种分期,应用线性趋势线法和Kendall秩次检验法对径流进行了趋势分析,应用有序聚类法、滑动T及Mann-Kendall法对径流序列进行了突变分析。成果表明,宜昌断面消落期径流平稳、汛期径流有减少突变、蓄水期径流减少趋势显著、枯水期径流增加趋势明显,而汛期和蓄水期径流减小导致全流域总径流出现突变减小可能、且伴随逐渐减小趋势。经初步分析,造成这些变化的主要原因依次是流域气象要素变化、水利水电工程投入运行时充蓄死库容和水面蒸发等损耗增加、上游流域工农业用水量增加及水土保持和退耕还林等。研究成果可以为金沙江下游梯级、三峡梯级的水库综合优化调度提供参考。     

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。     

三峡库区沉积物中重金属化学形态分布特征与相关性分析

为全面了解三峡库区干支流沉积物中重金属的赋存形态,更好地为评价及保护三峡库区水生态环境提供科学依据,于2015年6月在三峡库区采集沉积物样品67个,通过ICP-MS等仪器测定了沉积物中各重金属元素的不同赋存形态量,运用SPSS、Matlab统计分析软件对重金属赋存形态进行对比分析。结果表明,库区表层沉积物中Cr、Ni元素主要以残渣态为主(占总量的75%以上);Cu、Zn、As元素主要以残渣态和可还原态为主(合计占总量80%~95%);Cd元素主要以酸可提取态和可还原态为主(分别占总量的55%和23%);Pb元素主要以可还原态和残渣态为主(各占总量的71%和18%)。Cd和Pb元素生物可利用态量较高,均超过该元素的长江沉积物背景值;该种形态下的重金属元素容易进入水体,并且在地球化学条件变化时转化成能被生物吸收和利用的形态,对生物造成较大危害。干流上游段重庆主城区及下游段,渠系河、大宁河、磨刀溪、沿渡河应当是重金属生态危害研究与防治的重点区域。     

三峡水库蓄水后长江上游水沙变化分析

根据三峡水库蓄水前后水沙资料,对长江上游水沙特性进行了分析,结果表明上游水文站近期年径流量变化不大,年输沙量有减小的趋势,三峡入库沙量持续减少,输沙量减少主要集中于汛期,其中北碚、屏山站年输沙量的减小是三峡入库沙量减小的主要原因;清溪场水文站受三峡水库回水影响,流量与含沙量相关关系在汛期时基本一致,枯期时含沙量减小,说明泥沙在上游落淤;上游主要水文站实测悬沙有变细的趋势,其中万县和宜昌站实测悬沙粒径减小幅度较大。     

新阶段重庆三峡库区扶贫开发思路的探索

三峡库区既是倍受全世界瞩目的移民生态开发区,又是全国集中连片重点贫困片区之一,其社会、经济的落后状态成为阻碍“东靠西移“战略实现的一个“断层“.在新阶段加大重庆三峡库区的扶贫开发,对重庆实施城乡统筹、构建和谐社会具有重大意义.     

三峡山地土壤水分特征曲线及模型拟合

为揭示土壤涵养水源的机制,并为山区生态治理提供依据,以三峡库首大老岭和夷陵山地为研究区,采集温性阔叶林棕壤、针阔混交林黄棕壤、茶园地和暖性针叶林黄壤的原状土样,通过离心法分析并拟合了山地土壤的水分特征曲线。结果表明,三峡山地土壤随吸力增大,土壤含水率呈先迅速降低后趋于平缓的变化规律。黄壤的持水性较差,黄棕壤相对于其他林地土壤有着更强的持水性。茶园持水能力比棕壤和黄棕壤差,与黄壤差异较小。孔隙分布随土壤剖面深度的增加而减少。大孔隙以黄壤体积比最大,其次是黄棕壤和棕壤,茶园最小。用van Genuchten模型拟合山地土壤的水分特征曲线,决定系数R2均大于0.95,模型可靠性高。van Genuchten模型参数n与有机质(P0.05)和粉粒(P0.05)的相关性较高,参数α与理化性质相关性较差。     

长江流域近期水沙变化趋势及成因分析

采用双累积曲线法分析了2000—2013年长江流域7大水文站水沙变化关系,基于Mann-kendall检验法和Yamamoto突变检验法研究水沙变化趋势和突变年份。结果表明,屏山、朱沱和寸滩站的双累积曲线较为顺直。宜昌、沙市、汉口和大通站则均在2005年发生转折,斜率减小,输沙量大幅减小;长江干流径流量的变化趋势较为平稳,发生突变的现象少,仅屏山站于2001—2002和2005—2006年发生突变,而输沙量的变化趋势则较为明显,常发生强突变现象,且宜昌、沙市、汉口和大通站均无虚假点出现;造成长江干流2000年以来输沙量显著减小的主要原因是三峡水库的蓄水运用和水土保持工作的持续开展,而降雨量下降是导致径流量减小的因素之一。     

辽河流域径流序列特性分析

以辽河干流、浑河、太子河3个子流域为研究区域,依据地域代表性选取辽河干流石佛寺水文站、浑河沈阳水文站、太子河辽阳水文站为分析测站,依据各测站1956-2000年月径流资料,分析辽河流域径流年内、年际变化规律.结果表明:辽河流域径流年内分配极不均匀,月径流变化幅度比较大,其中辽河干流最大月径流可占年总径流的60%以上;径流年际变化趋势不显著,约存在10a、12a、19a、21a的周期.     

丹江口水库汛期径流演变特征及趋势预测

根据丹江口水库运行调度的实践需求,采用Morlet小波函数对丹江口水库汛期的径流时间序列进行多时间尺度分析。研究表明：丹江口水库夏汛入库径流存在9年、23年、40年的主要周期;秋汛入库径流存在10年、24年、37年的主要周期;10月上旬的汛期末蓄水关键期入库径流存在9年、25年、41年的主要周期,并且在未来5年左右汛期末蓄水关键期的入库径流将处于偏丰期,夏汛和秋汛的入库径流将偏枯。本文研究成果可供丹江口水库防洪调度参考。