中国水文区划及水文分区方法综述

水文区划是水资源规划的重要依据,也是无资料地区水文研究的有效手段。中国早期的水文区划工作主要是适应水资源规划的需求,全国性的水文区划主要出现在1950s,20世纪末集中出现了更精细、完善的省级水文区划研究。水文分区是水文区划工作的核心内容,主要包括分区指标和分区方法的确定。当前采用的水文分区指标主要包括气候、水文、下垫面三类,水文分区方法以聚类方法为主。目前主要用于解决水文缺资料问题,同时也发展出生态水文分区方法,提高了生态性评价的合理性。基于当前研究进展,提出未来研究重点如下:(1)在水文分区中纳入水文相似理论;(2)水文区域性规律研究及其在水资源、环境、生态等领域的应用;(3)水文分区结果的检验与科学解释。本研究可为区域水资源规划、水文模型参数移植、生态环境保护等提供理论依据。

中国生态水文分区

在综合分析生态分区、水文分区、综合自然分区与水资源分区等相关研究的基础上,首次提出并界定了生态水文分区的概念。根据我国不同流域或区域的生态水文特征,提出了生态水文分区的原则,建立了生态水文分区的指标体系。以水资源三级区为单元,采用定性与定量的ISODATA模糊聚类分析相结合的方法,将全国划分为3个生态水文大区、36个生态水文区,并提出了各生态水文一级区与水有关的生态环境保护目标与准则,旨在为合理确定不同流域或区域的生态环境保护目标及河道外生态需水的计算方法和标准提供重要理论依据。

云南省不同生态水文分区参考作物蒸散量算法适用性评价

将云南省分为3个区域(Ⅰ,滇西—滇西南山原与高山多水区;Ⅱ,滇西北—滇东北山原河谷中水区;Ⅲ,滇中北高原中水-少水区),基于36个气象站点1958—2013年逐日气象资料,以Penman-Monteith法为标准,利用线性回归法、均方根误差、平均偏差和Nash-Sutcliffe系数对Hargreaves-Samani法、Irmark-Allen法、Priestley-Taylor法、Makkink法、1948-Penman法、Penman-Van Bavel法、Turc法、FAO 24 Radiation法和Jensen-Haise法9种算法的计算精度进行对比。结果表明:1948-Penman法在云南省的适用性最强、计算精度最高,FAO 24 Radiation法与JensenHaise法误差较大,其中Ⅰ区适用性最好的是Hargreaves-Samani法,Ⅱ、Ⅲ区1—6月份为1948-Penman法,7—12月份为Priestley-Taylor法;在相对误差空间分布中,Ⅰ区Hargreaves-Samani法、Irmark-Allen法、Priestley-Taylor法、1948-Penman法的相对误差均在20%以下;Ⅱ、Ⅲ区中,Priestley-Taylor法、1948-Penman法的相对误差较小,为0~20%,同时在Ⅲ区中,Irmark-Allen法的相对误差也相对较小;因此,计算云南省的参考作物蒸散量时,整个区域推荐1948-Penman法,滇西—滇西南山原与高山多水区推荐Hargreaves-Samani法,滇西北—滇东北山原河谷中水区和滇中北高原中水-少水区推荐Priestley-Taylor法。

中国河流生态水文分区初探

在综合分析相关研究进展的基础上 ,界定了河流生态水文分区的内涵 .结合我国不同区域的生态环境特点与水文水资源状况 ,确立了河流生态水文分区的原则与依据 ,建立了不同级别分区的指标体系 .应用地理信息系统的空间叠加分析、专家判断与定性分析等方法 ,将全国划分为 10个一级区、44个二级区和 40

基于土壤地形指数和下垫面水文分区的流域模型参数率定

针对流域水文响应会受到地质、地形、地貌、植被、土壤等自然地理因素以及土地利用等下垫面因素综合作用的特点,根据流域下垫面的地理特征进行水文响应分区。借助遥感资料对流域下垫面进行分类并获取土地覆盖/土地利用信息,结合流域土壤类型数据与地形指数推求流域的土壤地形指数。进一步地,利用遥感分类信息和土壤地形指数进行流域的水文分区,率定各个水文分区SCS模型的参数CN值并进行水文模拟,结果表明,屯溪流域21次和东湾流域32次洪水径流模拟相对误差均比传统方法的小。

黄河流域生态水文分区及优先保护级别

在分析相关分区研究的基础上,探讨流域生态水文分区的内涵;并结合黄河流域的实际情况,从生态重要性、水文特征、生态背景和人类活动影响等方面建立分区的指标体系;为便于管理,分区以县为基本单位,由指标层定量计算县的准则层指标值,根据准则层对应的级别确定各县的分区类型,将黄河划分成20个一级分区和51个二级分区;最后采用RIAM模型选取生态重要性指标,确定二级分区的优先保护级别,其中2个重点优先保护区、11个中等优先保护区需要重点保护。优先保护区集中分布在以下四个地区,分别是流域的源区、贺兰山以东和鄂尔多斯以西、三省(山西、陕西和河南)交界山区、河口三角洲。

基于主成分分析和模糊聚类的水文分区

水文分区有各种方法,文章提出了集模糊聚类与主成分分析方法的各优点组合的水文分区方法,首先采用主成分分析法获得水文特性主成分属性,然后运用模糊聚类算法NFC(Net Fuzzy Cluster)进行模糊聚类。利用主成分分析法对分区指标进行降维处理,简化了计算。应用NFC模糊聚类,在一定程度上解决了FCM算法局部极值问题且具有良好的聚类性能,实现了聚类的科学化与自动化。对安徽省淮河流域的124716个原始水文数据进行实验,结果表明,与传统分区方法相比,所提出的方法有效地改善了时间性能,提高了求解精度,所得结果为水文站网规划提供了理论依据。

自组织特征映射神经网络方法在水文分区中的应用

水文分区问题是模式分类问题的一种,本文采用已被广泛应用于模式分类问题中的自组织特征映射人工神经网络(SOFM网络)方法对江西和福建两省进行水文分区。在水文分区计算中选用了86个水文站点和8个反映流域下垫面因素和水文气候特征的水文因子,利用SOFM神经网络分区方法自动识别子区的个数,较为客观地将江西和福建两省划分为3个水文大区。每个区的平均流域特征与当地的下垫面情况完全吻合,同时,对各站点年最大洪峰流量进行计算和精度检验,其基本满足水文站网规划对水文分区的精度要求,表明用SOFM神经网络方法进行水文分区是一种行之有效的方法。

南水北调中线一期工程受水区生态水文分区

选取南水北调中线一期工程受水区为研究对象,以受水区涉及的112座县级市(区、县城)为单元,进行生态水文分区。根据受水区的生态水文特征,建立生态水文分区的指标体系值数据库。经过SPSS聚类分析,共分为5个生态水文区。系统分析了各生态水文区的生态水文特征,尤其是对表征地下水超采严重程度的指标——地下水位的动态变化进行了重点分析。分区结果可为深入进行南水北调中线工程沿线生态影响评估及水资源可持续管理提供科学依据。

汀江上游流域生态水文分区研究

为反映生态水文系统的相似性和差异性规律,理解人类活动对生态水文系统的干扰规律,为流域资源开发、灾害预防和生态调控提供科学依据。以汀江上游流域为例,以地形、土壤、植被、水文、水资源与人口统计资料为基础,从生态现状、水文条件、生态背景和人类活动4个方面共14个指标统计各个子流域指标的特征值。采用主成分分析和聚类分析的方法将汀江上游流域内35个子流域划分为五类生态水文分区,并对每个分区的特征指标进行分析并命名,同时基于分区结果提出了相应的生态调控措施。分区结果能够揭示汀江上游流域生态水文特征空间上的差异性和相似性以及人类活动的影响,能够指导具有不同生态水文特征的区域进行因地制宜的发展。

青藏高原东缘地形急变流域生态水文分区研究

生态水文分区是流域生态保护和水环境管理的重要依据,青藏高原东缘地形急变流域是生态水文分区研究的典型区域之一。基于生态-水文互馈机制,以青藏高原东缘地形急变典型流域大渡河为例,从地形地貌、气候特征、生态因子和人类活动4个方面选取12个指标构建生态水文分区评价体系,综合反映地形急变流域水文-土壤-气候-生态系统全链条,量化流域生态水文指数,由SWAT模型提取的小流域尺度,刻画区域生态水文分区格局;通过生态水文分区与土地利用、自然保护区及生态保护红线的叠置分析,为流域资源开发利用保护的科学布局及生态调控提供科学依据。基于生态水文指数值及384个小流域,共划定少水生态区、平水生态区及丰水生态区3种类型区,划定结果与土地利用格局、自然保护区及生态保护红线分布有较好的契合度。

结合土壤地形指数的流域下垫面水文分区方法

以湿润的屯溪流域、半湿润的东湾流域为研究区,对比分析了经验方法、数值平均法、频率平均法三种方法,先修正得到两流域的CN值查找表,再结合下垫面分类信息和土壤地形指数建立水文分区表,用屯溪流域18次和东湾流域16次降水的水文数据进行了模拟验证。结果表明:采用频率平均法水文分区得到的合格率为屯溪94.44%、东湾87.50%,数值平均法水文分区得到的合格率为屯溪88.89%、东湾81.25%,经验方法水文分区得到的合格率为屯溪88.89%、东湾75.00%;就流域而言,土壤地形指数累计频率高的流域模拟效果更好。

黄河流域城市绿色水资源效率时空变化及其影响因素--基于河流生态水文分区的视角

水资源效率低导致的黄河流域水资源供求关系紧张是推进流域“生态保护和高质量发展”重大战略的阻碍。本文基于2007~2019年黄河流域56个城市面板数据,从河流生态水文分区视角进行划区。通过Super-DDF模型测度城市绿色水资源效率,构建Tobit模型来分析影响黄河流域绿色水资源效率的因素。研究发现:(1)流域整体绿色水资源效率呈现“先下降后上升”趋势,不同分区效率值差异明显;(2)城镇化、环境规制、水资源可用度和人力资本水平显著促进效率值的改善,水资源供求和水资源禀赋影响显著为负,经济发展水平对效率的影响呈现出先降后升的“U”型曲线关系;(3)各影响因素对黄河流域绿色水资源效率存在区域异质性特征。本文对提升黄河流域绿色水资源效率,缓解该流域用水矛盾,因地制宜、分类施策、统筹谋划、协同推进流域高质量发展具有重要意义。

流域水文模型参数的水文分区法

本文用新安江模型参数进行水文分区,并对这种分区方法的精度及其稳定性作了定量分析论证。在此基础上,给出了江西、湖南、福建三省比较完整的水文分区。还以江西省为例,对用不同的分区法所得的水文分区成果精度进行了对比。

基于模糊聚类法在吉林水文分区中的应用

利用模糊聚类法对吉林省水文站网进行水文分区划分,并对成果进行了降雨径流关系地理综合检验、稳定下渗率fc地理综合检验、汇流参数地理综合检验,结果表明:此次水文分区划分是合理的,为区域内建立流量经验公式或进行区域综合分析提供了较为可靠的依据。可解决各个水文分区内的任何地点对水文资料的移用,具有实用价值,同时为我省区域代表水文站网的合理布设提供了科学依据。

加权SOM神经网络在水文分区中的应用

由主成分分析法得到每个主成分的贡献率,把特征分量贡献率引入到自组织映射神经网络中,在竞争过程中选用加权欧氏距离来寻找获胜神经元,对传统的自组织映射神经网络进行了改进,在本文中提出了一种加权SOM神经网络,填补了在实际应用中传统SOM神经网络没有考虑各特征分量的重要性不同的空白.

运用动态模糊聚类方法进行辽宁省水文分区初探

对辽宁省35条主要河流的35个有代表性的水文站进行水文分区研究,结果表明,采用动态模糊聚类方法进行水文分区能更好地反映河流水文要素间的内在联系及河流间的亲疏关系。利用笔者编出的计算机程序(本文略)可以快速、简洁地给出一组分区结果,弥补了单一分区结果的不足之处。

雅鲁藏布江流域水文分区研究

青藏高原水系众多,水文站点稀疏,观测资料匮乏,通过水文分区可以将相似流域归为一类,实现其有限测站水文资料向无资料区移用以及达到站网优化设置的目标。以雅鲁藏布江流域(以下简称雅江)为研究对象,利用气象资料和反映下垫面条件的土地利用和地形等物理因子,采用主成分分析、K-Means聚类分析等方法对雅江进行水文分区研究。研究中,根据气候和地形的垂直特征,将雅江划分为5个水文分区,分别为高寒荒漠区、高原温带河谷区、高原峡谷稀林区、高原冰川雨雪区和亚热带山地多雨区,并阐述了各分区的特征。最后,采用斯米尔诺夫检验的方法,选取具有长序列水文资料的站点进行检验,论证了分区结果的合理性。此项成果可为雅江无资料流域水文预测提供依据。

宁夏生态水文分区及水资源开发利用策略

以宁夏264个乡镇为研究单元,建立包括降水量、水面蒸发、径流深等生态水文分区指标体系,使用系统聚类分析的方法将宁夏分为4个生态水文分区,即南部黄土丘陵平水中度活动生态水文区、中部干旱少水轻度活动生态水文区、北部平原极缺水强度活动生态水文区和贺兰山少水轻度活动生态水文区。在此基础上,对各生态水文分区基本生态水文特征、水资源开发利用情况进行分析,并针对各生态水文分区的特点提出相应的水资源开发利用建议。

基于水文分区的海河流域洪水演变影响因素分析

为定量研究气候变化和人类活动对流域尺度洪水演变的影响,以海河流域为研究对象,基于下垫面和气候要素,采用主成分分析法和聚类分析法对海河流域水文分区进行划分,在此基础上,采用Spearman秩相关系数、交叉小波变换和小波相干谱从线性和非线性角度开展流域尺度洪水要素与降水因子相关性分析,采用双累积曲线法定量揭示气候变化与人类活动对海河流域洪水演变的影响。结果表明:基于下垫面和气候要素海河流域共被划分为5个水文分区。第二-第五水文分区洪峰、最大3日洪量与最大3日降雨量均呈现显著相关性。在高能量区第二水文分区,洪峰、最大3日洪量与最大3日降雨在1959-1968年间存在0-8月的显著正相关区域;第三水文分区洪峰、最大3日洪量与最大3日降雨在1960-1966年间存在0-5月的显著相关关系;第四水文分区最大3日洪量与最大3日降雨在1977-1983年和1993-1997年间分别存在以13-15月和3-4月为共振周期的相关关系;第五水文分区洪峰、最大3日洪量与最大3日降雨在1955-1967年间存在以0-6月为共振周期的显著相关关系。低能量区4个水文分区洪峰、最大3日洪量与最大3日降雨均存在较多的显著共振正周期,相关性较强。人类活动是海河流域各水文分区不同时段洪水锐减的主要原因,且第二水文分区洪峰1963-1978年间洪水受人类活动影响最大,综合反映了大规模水利工程建设运行及水土保持措施实施对海河流域洪水减少作用的显著性。