化学计量学方法在元素录井地质导向中的研究与应用

针对通过元素录井对岩性进行识别过程中存在的解释方法相对单一、精准度较差,尤其在地质导向中易出错等问题,利用化学计量学方法建立了一套元素录井水平井导向方法,通过计算机,利用数学方法对水平井目标层、上部围岩层、下部围岩层之间的不同岩性进行差异特征分析,从复杂的元素测量数据出发,利用主成分分析、夹角余弦相似度分析等算法进行分析并形成可视化二维图板,根据分析结果给出轨迹调整方案,指导钻头在目标层中水平钻进。该方法在鄂尔多斯盆地多口重点水平井进行了实际应用,均取得了较好的应用效果,提高了水平井油层钻遇率,也为水平井整体研究提供了十分有用的信息。

五强溪流域相似性研究及参数移植分析

在PUB计划的引领下,流域相似性研究得到了进一步发展。为探究相似流域参数移植的可行性,结合DEM及土地利用等数据,选取多个表征水文特征的相似性指标,通过相对均方根误差法和层次聚类法判别五强溪内10个流域相似关系,将相似的流域参数移植并进行洪水预报。结果表明,陶伊和五强溪近坝区流域坡度分布相对均方根误差值为0.44、地形指数相对均方根误差为0.25,且层次聚类法计算的两个流域距离系数为0.11,水文特征最为相似。将陶伊流域部分参数移植到五强溪近坝区流域,通过新安江模型进行洪水预报,取得了较好的洪水模拟结果。

大渡河流域汛期涨水阶段径流相似性预报

以大渡河流域干流上游丹巴断面为例,对流域涨水规律进行全面分析,结合产汇流特征和下游电站调度需求,利用遍历组合寻优方法确定了涨水模式分类阈值和涨水判断条件,提出了基于“形值”相似的分类别涨水径流预报方案,实现了预见期为10 d的径流逐日滚动预报。结果表明:2019—2021年,大渡河流域汛期大雨、中雨、小雨的涨水识别准确率分别达到100%、93.18%、84.81%;相比于不考虑涨水条件识别的基础预报方案,分类别涨水预报方案在不同涨水模式下的径流预报平均相对误差降低了0.45%~6.81%;预见期为1、5、10 d的径流预报平均相对误差分别为3.39%、9.64%、12.29%,纳什效率系数分别达到0.99、0.95、0.91,该方法具有较高的预报精度。

基于聚类分析的水文相似流域研究

在洪水预警预报中,一些中小流域常常由于水文资料短缺造成分析计算困难。随着流域下垫面地形、植被、土壤等数据的大量获取和数据挖掘技术的不断发展,应用聚类分析等无指导学习方法对流域下垫面大量数据进行分析,根据对象之间距离最近的原则对流域进行分组,得到水文相似流域,从而将有水文资料流域的水文参数应用于水文资料短缺的相似流域,使洪水预报得以实现。选取浙江省118个具有20年以上雨水情资料的流域进行研究,采用流域长度、流域宽度、河长、河流比降、流域平均坡度、流域形状系数、多年平均1,3,6和12 h面最大降水等10个指标,应用主成分分析对数据进行降维,进而对流域进行聚类分析,将浙江省流域分为23个相似组。在分组基础上,选取其中两组中径流资料大于20年的站点进行多年平均最大洪峰、洪量比对,验证水文相似流域分类合理性。结果表明相似流域组内年最大洪峰、年最大平均1,3,6和12 h洪量具有较大相似性,分类较为合理,从统计学角度为浙江省的洪水预警预报提供新的理论与思路。

基于子流域的TOPMODEL模拟研究

TOPMODEL是根据水文相似性——地形指数相同的栅格划分为同一产流单元进行产流计算,但是其不能考虑降雨和地形指数统计分布曲线等流域地形地貌信息的空间不均匀性。通过对流域DEM处理,建立了基于水系子流域的TOPMODEL。该模型考虑了降雨、地形指数分布曲线等空间不均匀性。将基于子流域的TOPMODEL和TOPMODEL应用在九州流域,并进行模拟比较,发现基于子流域的TOPMODEL更能反映流域的实际情况,模拟的结果更加合理。可以预测不同子流域降雨组合下的流域出口的流量过程。

水文相似概念与理论发展探析

目前,工程水文领域面临诸多问题有待解决,例如怎样合理地将现有水文观测成果外推至无资料流域,这也成为国际水文科学协会"无测站流域水文预测计划(PUB)"所遭遇的理论瓶颈。一个可行的方法就是依据流域结构特征构建水文相似因子,并对流域进行分类,在相似框架下完成观测成果向无(缺)测站流域的转化。分析发现,水文学缺乏类似于水力学、化学和生物学的分类与相似理论体系。通过对不同学科相似理论的回顾,定义了水文相似的概念,给出了构成流域水文相似的三要素,即驱动力、结构和水动力要素。最后,讨论了可用于水文相似研究的两类方法:数理解析法和量纲分析法,并给出了其用于实际流域水文相似研究时存在的问题及解决途径。

土壤侵蚀及其影响因素空间相关性分析

土壤侵蚀是影响区域生态环境的重要因素,它受气候、地形地貌、土壤、植被和人类活动等因素的影响。为寻找流域上土壤侵蚀的主导影响因子,收集了黄河流域气候、地形、植被、土壤等数据,通过引入信息熵原理分析了各个影响因子与土壤侵蚀的空间相关性。结果表明,在黄河流域1∶10万地图比例尺条件下,各因子对土壤侵蚀影响的大小排序为:①水蚀区,加权降雨量>地形起伏度>植被覆盖度>土壤类型>沟壑密度;②风蚀区,地形起伏度>风蚀气候因子>植被覆盖度>土壤类型>沟壑密度;③冻融区,沟壑密度>地形起伏度>气温变化率>植被覆盖度>土壤类型。该研究在定性变量和定量变量之间建立了定量的空间相关性分析,研究结果给出了影响黄河流域水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀的主导性因子,可为流域土壤侵蚀过程研究和水土保持决策提供参考。

地形指数与流域退水特征的关系分析

地形指数可反映流域土壤蓄水能力以及产流的空间分布,是表征流域水文相似性的一个重要指标。以新安江流域的8个子流域为研究对象,利用DEM提取了各子流域的地形指数,分析了地形指数与退水特征的关系。研究发现,地形指数均值及其标准差大的流域,其调蓄作用强,洪水退水指数较小,退水速率较慢,表明流域的地势起伏相对较小则含水层发育较好。通过研究,初步揭示了流域地形指数与退水特征之间存在的联系,成果可为新安江流域无资料区水文过程预测提供依据和参考。

基于SWAT模型的三江平原沼泽性河流的径流模拟

三江平原位于中国东北部,是国家重要的商品粮基地,水资源的变化影响区域农业经济的发展。应用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型模拟挠力河上游流域径流变化特征,为研究沼泽性河流水文变化特征提供有效的方法。根据水文相似性原理和参数移植法把校准的模型应用于七星河流域,进行无资料流域的径流模拟,年径流模拟校准期和验证期的Nash-Sutcliffe效率系数、相关系数R2、相对误差PBIAS值分别为0.84、0.94、-5.70和0.91、0.93、-6.46,表明SWAT模型可以应用到七星河流域。

基于SWAT模型的辽西走廊海岸带无观测资料流域地表径流模拟

基于SWAT模型和流域水文相似性原理,采用模型参数移植法对辽西走廊海岸带无观测资料流域—狗河流域进行地表径流模拟,取得了良好的效果。该方法不仅有效地解决了水文模型在模型参数移植过程中的不确定性问题,而且为其他无观测资料流域的径流模拟提供了方法借鉴。

无资料地区水文模拟及相似性分析

基于新安江模型,利用参数移植方法开展嵌套式流域无资料情况下的水文模拟研究。结果表明,产流参数的移植精度较高,汇流参数的移植精度相对较低,流域坡度对其影响较大。在新安江次洪模型的实际应用中,需要对地貌特征加强考虑。通过对流域水文相似性分析,发现在地形指数分布曲线相似的情况下可以移植模型的产流参数;当采用地貌单位线进行流域汇流计算时,参数移植的应用效果较好。

松辽盆地三台地区营城组珍珠岩地球化学特征及地质意义

松辽盆地东南缘的三台地区营城组火山岩分布广泛,其中一部分为珍珠岩。通过岩石薄片鉴定,挑选了三台地区北山上的6块珍珠岩样品,进行了主量元素、微量及稀土元素分析测试。珍珠岩的主量元素组成表明,它们与流纹岩成分相当,具有高SiO_2、较高(NaO_2+K_2O)、低TiO_2和低CaO含量,属于铝饱和-弱过饱和的钙碱性系列。稀土元素配分模式以轻稀土富集、Eu负异常强烈为特征。在不相容元素蛛网图上,珍珠岩相对于洋脊花岗岩总体上富集大离子亲石元素和轻稀土元素,而明显亏损高场强元素Sr、Nb、Y。在Nb-Y和Rb-(Y+Nb)判别图上,它们分别落入板内和火山弧区。这些结果显示,所研究的珍珠岩应为类似弧后盆地的引张环境。

水环境与社会经济发展阶段关系初探

分析了太湖流域与日本在经济发展和水环境变化过程中的相似性,借鉴了日本对水环境的治理对策。分析了经济发展与水环境之间的密切关系,提出了经济发展过程中,应该采取"人口—资源—环境—经济"(PREE)协调发展的方式。研究结果表明:太湖流域20世纪80～90年代末水质变化趋势和日本20世纪60～80年代水质变化趋势具有相似性;太湖流域20世纪80～90年代经济的飞速发展,相似于日本20世纪60～70年代经济发展的黄金时期,日本在1970年的经济发展水平和水环境状况与太湖流域1998年极为相似;太湖流域经济发展和水环境变化约滞后于日本20多年,根据日本社会经济和水环境发展的历史和今天可以推估太湖流域社会经济发展与水环境变化的现在和未来。

基于相似性的无资料地区模型参数确定

基于新安江模型,利用GIS技术和相似性分析开展流域无资料情况下的水文模拟。在提取流域特征值的基础上,通过相关分析、聚类分析等方法判定相似流域,有效地分析了模型参数与流域特征的关系,重点论证了相似流域参数移植的可行性。通过相似性分析,发现相似流域的水文参数在几何空间上距离较近。基于此结论,本文对无资料地区进行了水文模型参数的确定,并取得了较好的模拟结果。

1990-2012年黑河中上游地区降水特征研究

基于黑河中上游地区水文、气象站的降水观测数据,采用相似性搜索方法挖掘相似降水年内分配过程及其地理分区,并在此基础上分析不同区域降水的丰枯遭遇性。结果表明:研究区降水的年内分配过程可分为12种类型,降水的地理分区与祁连山山脉走向基本相同,相同类型的降水过程具有相似的降水成因。黑河干流水系各降水分区发生丰枯同步现象的频率在39.1%～78.3%之间,不利于黑河分水计划完成的降水发生频率较高。本文的研究结果可为黑河流域水资源管理提供参考。

四川盆地区域性暴雨过程相似度指标及其与灾情的关系研究

根据四川盆地104个气象站19612018年逐日降水量和19912018年灾情资料,构建了一个四川盆地区域性暴雨过程的相似度指标,并分析了其与灾情的关系。结果表明,同时包括重合率项、降水量项和降水日数项的相似度指标更加合理,能够快速准确地从历史资料库中筛选出相似过程,并且随着重合率的增大,相似度与区域性暴雨过程综合强度差值的拟合度也逐渐增大,当重合率超过70%时,拟合度通过了0.001的显著性检验。相似度指标与受灾人口差值、农作物受灾面积差值和直接经济损失差值都有很好的对应关系,线性拟合都通过了0.05的显著性检验,可以用于区域性暴雨过程的灾前、灾中灾情预评估和灾后灾情的快速评估。

由SSNs构建流域地貌瞬时单位线的研究

流域汇流受到河网形态的影响,考虑到水系的分形自相似特性,利用在文献[1]基础上改进的方法构造了理想的自相似网络(SSNs),并推导出相应的宽度函数(WF)表达式。以WF为基础,得到流域地貌瞬时单位线。利用生成的单位线对沿渡河流域11场洪水进行汇流计算,结果表明,所提出的方法应用于流域汇流计算具有较好的精度。

典型浓度路径(RCP)情景下未来50年鄱阳湖流域气候变化预估

基于典型浓度下BCC-CSM1-1全球模式1980～2060年逐日平均气温、最高气温、最低温度和降水四要素数据,运用双线性插值法将其降尺度到鄱阳湖流域内79个县市级气象站;利用1980～2005年逐日气象观测资料,对模式空间模拟能力和时间趋势模拟能力进行分析和评估;再开展鄱阳湖流域未来2011～2060年气温和降水预估分析。结果表明:①模式模拟能力较强,不仅空间分布而且时间趋势都模拟得较好;②2011～2060年,不同碳排放情景下均呈现升温趋势。在RCP4.5和RCP8.5情景下,升温最快的地区恰好正是流域的高温中心,未来流域高温中心可能进一步加强;③未来流域降水总体趋势不明显,年际间波动较大。RCP2.6和RCP4.5情景下平均年降水量相当,RCP8.5情景下年平均年降水量最少,但RCP8.5情景下年代际降水则呈现一个明显的上升趋势,说明在RCP8.5情景下,鄱阳湖流域可能出现一个明显的"热-湿"化倾向。

柴达木盆地奥陶纪生物古地理归属研究

将柴达木盆地奥陶纪的笔石、三叶虫和腕足类及其代表属与中国其他地区——塔里木盆地、准噶尔盆地、陕甘宁地区、华北地区和华南地区进行对比,先统计出每个地区生物属的数目,再分别统计出两个地区对应生物的共有属的数目,根据公式O_tc=C/(N_1N_2)^(1/2)计算出大冢相似系数,在此基础上进行Q型聚类分析,即列出相似系数矩阵,采用相似系数的加权平均法,进行多次聚类.利用每次聚类结果划分生物古地理单元,从而解决柴达木盆地奥陶纪生物古地理归属问题.结果表明:早奥陶世可划分为西北生物区和东南生物区,西北生物区又可分出塔里木-柴达木生物亚区和准噶尔生物亚区,东南生物区则可分为华北生物亚区和陕甘宁-华南生物亚区,柴达木盆地属于塔里木-柴达木生物亚区;中奥陶世可分为西北生物区、柴达木生物区、华北生物区和陕甘宁-华南生物区.

区划方法在无资料地区水文预报中的应用研究

区划方法是目前国际上解决无资料地区水文预报问题的常用方法,是近20年水文学界热点问题之一。本文通过介绍当前国际应用区划方法解决无资料地区水文预报问题的研究进展、存在问题和应用前景,为国内无资料地区水文模拟研究提供借鉴和参考。文章将区划方法分为3类:临近流域替代法、水文相似流域替代法和回归法。通过文献梳理及案例分析,本文指出各类方法的问题、适用范围及不同资料条件下方法选择。最后,通过对国际上无资料地区水文预报的总结分析,提出我国无资料地区研究亟待解决的5个问题。