山丘区河川基流BFI程序分割方法的运用与分析——以汾河流域河岔水文站为例

本文应用BFI程序对汾河流域河岔水文站的河川基流量进行计算机分割,通过与传统手工分割成果的对比分析,说明了该方法能够克服传统基流分割方法的人为性和任意性且具有自动处理大量数据的优势,其成果能够客观地反映流域基流变化趋势。

基流分割法在黄河流域地下水研究中的应用

为研究黄河流域地下水可再生能力变化规律和制定黄河流域水资源管理方案,应用基流指数法（BFI）和直线平割法的原理与方法,计算了黄河流域干流13个水文断面与20条主要支流31个水文断面的基流量,并分析了基流量的形成机理、地下水对黄河水的贡献、基流变化过程、流域地下水资源的构成及地下水资源总量。研究结果表明：花园口断面的基流量占多年平均径流量的44%,流域内河水与地下水存在极其密切的转化关系,地下水对黄河水的贡献很大。黄河的径流量与基流量主要来自兰州以上的源区,兰州断面的年径流量与基流量分别占花园口断面径流量的59%和60%;而兰州以下到花园口之间的上、中游地区,地下水对黄河水的贡献很小。1990年前后,黄河干流与支流河段的基流量发生了很大变化。除玛多以上的源头段基流量衰减率较大外（衰减率为0.38）,兰州以上的干流河段基流量衰减率较小（0.08～0.20）,而兰州以下的黄河干流基流量衰减率都很大（0.22～0.31）。基流量的剧烈衰减是天然和人类活动（如地下水开采）共同作用下地下水资源量减少的结果。从流域水循环的观点考虑,黄河流域的区域地下水资源由参与黄河水循环的地下水资源、未参与黄河水循环的地下水资源和流域地下水的开采等3大部分构成。1990年6月—2000年6月近10年黄河流域地下水天然资源量平均值为353.9亿m3/a,比多年地下水资源量平均值减少了15%。

不同基流分割方法在渭河流域的应用对比分析

基于渭河中游流域咸阳水文站典型年日流量资料,分别选取枯水年(2001年)、丰水年(2003年)、平水年(2007年)径流量过程进行基流分割。采用BFI法、直线分割法、平滑最小值法、数字滤波法4类(7种)分割方式进行基流分割。结果表明,直线分割法获得的基流量最大,BFI分割法和平滑最小值法基流量值靠近,数字滤波法中F2和F3法是渭河流域最为稳定可靠的基流分割法。

五种基流分割方法在长江螺山站的应用对比研究

基流是枯水期河川径流的主要来源,稳定可靠的基流分割方法对基流研究具有重要作用。基于螺山站1965-2012年逐日流量资料,采用基流指数法、HYSEP法(固定步长法、滑动步长法、局部最小值法)和数字滤波法3类(5种)基流分割方法进行基流分割。研究结果表明:5种方法所得年基流指数相差不大,但年内基流过程差别显著。BFI法和局部最小值法计算结果较为合理,对不同年份BFI值年际变化有较好的辨识度,是长江中游干流区较为适宜的基流分割手段。

黄河源区白河基流分割方法适用性分析

基流是黄河径流的重要补给来源,对源区水资源规划和生态环境建设具有重要作用。以黄河源区白河流域为研究区,利用唐克水文站1981-2015年的实测日径流资料,采用常用的5类12种数值模拟法,进行基流分割并比较分析其适用性。结果表明:12种方法估算的基流指数(Baseflow index,BFI)差异明显,Lyne-Hollick滤波法计算的BFI值最大,为0.91;加里宁法计算的BFI值最小,为0.39;Eckhardt滤波法的标准差和极值比最小,稳定性最好;加里宁法的标准差和极值比最大,稳定性最差;对1992年(丰水年)日径流过程进行分割,Chapman滤波法、Chapman-Maxwell滤波法和加里宁法的基流过程线平滑缓慢,更符合实际情况;Boughton-Chapman滤波法、BFI法和HYSEP法基流模拟效果较好,Nash-Sutcliffe效率系数高于0.87,决定系数接近0.9,平均相对误差小于10%。综合比较,认为Boughton-Chapman滤波法、BFI法是白河流域较为适宜的基流分割手段。

不同基流分割方法在秦岭山区-黄土高原过渡带的对比应用及其演化规律研究

以秦岭山区-黄土高原过渡带的渭河流域为研究对象,基于流域控制站——华县水文站1960—2010年的日径流数据,采用数字滤波法、基流指数法、局部最小值法和平滑最小值法等9种方法开展了基流分割对比研究,并探讨了渭河流域径流量、基流量与基流指数年内和年际尺度的演变规律。结果表明:9种方法在渭河流域均能够得出基流过程,但不同方法的分割结果存在一定差异;以极值比、变化幅度和基流过程变化考量,发现数字滤波法中Chapman-Maxwell滤波法(F2)和Chapman-Maxwell滤波法(F3)的分割结果最为稳定,分割得到的过程线最为合理。从年内变化来看,渭河流域的径流主要集中在汛期,同期基流指数较小,仅为41.60%,而在枯水期,基流指数有所增大,达到50.19%,这表明秦岭山区-黄土高原过渡带的地下水补给(基流)是枯水期河川径流的主要来源;从年际变化来看,径流量和基流量均呈现出显著的下降趋势,这与近年来气候变化和流域内的人类取用水的快速增加有关,但基流指数相对稳定,这说明区域地下水与地表水的转化机制并未有大的改变。

不同基流分割方法在秦淮河流域的应用

基流可以反映流域地下水的变化过程,是研究流域水量平衡、地下水对气候变化与人类活动响应及预测的关键因子,因此选择合适的基流分离方法对研究流域内地下水变化特征有着重要的意义.本文基于秦淮河流域武定门闸实测逐日流量数据,选用数字滤波法、基流指数法(BFI)和HYSEP法3类6种基流分割法对流量的基流部分进行了分离.结果表明:6种方法均可以实现对基流的自动分割,方法较为简便,可以克服人工法的主观性,但是得到的基流过程线却有一定差异.HYSEP法中固定步长法和滑动步长法分割出的基流过程基本没有反映出汛期径流随地下水流动过程消退的现象,与径流曲线的变化情况对应较差;BFI法虽能够实现对地下径流的自动分割,但是不能很好地反映真实的产汇流规律;而数字滤波法和局部最小值法得到的基流过程线更为平滑,更加符合水文气象学中降雨-径流在流域汇流时的阻尼和迟滞效应.总之,从极值比、变幅和基流过程变化而言,数字滤波法标准差较小,分割结果较为稳定,且其基流分割过程线更加合理,是6种方法中较为可靠的分割方法,更适用于秦淮河流域的基流分割.运用数字滤波法对秦淮河流域近十年基流进行分析,结果表明,流域的年基流指数均大于0.35且呈现增长趋势.

不同基流分割方法在黑河流域的应用

选用了基流指数标准法、单参数数字滤波法与递归数字滤波法对黑河上游莺落峡1954-2018年日均流量和下游正义峡1963-2018年日均流量进行了分割,计算了基流指数,并分析了其变化。莺落峡年均BFI在0.70左右,正义峡年均BFI为0.56以下。1990年起,黑河中游用水剧增,正义峡年均流量明显减少,而年均BFI增大。近年来,莺落峡和正义峡年均流量有显著增长趋势,BFI减小。

多种数值模拟基流分割法在鄂北丘陵山区随县的应用对比研究

将鄂北丘陵山区随县作为研究区,以设立于随县境内的澴潭站、均川站、随州站、万店站4个水文站实测逐日径流量资料为基础,采用3类9种数值模拟基流分割法对平水年、枯水年、特枯年3个代表年的实测数据进行基流分割,结果表明滤波分析法F4方法基流过程曲线较为平滑,基流指数统计值在0. 20～0. 42,极值比小、方差小,年际和年内基流分割成果最稳定,是9种方法中最为可靠、稳定的基流分割方法。

不同基流分割方法在沁河流域上的适用性研究

根据地貌分区差异,文中选取长治境内典型河流沁河为研究对象,采用5种不同的基流分割方法对孔家坡水文站1986-2015年30年的长系列日径流资料进行了基流分割计算,并与《山西省水文计算手册》(以下简称《手册》)中的数学模型法计算结果进行对比分析。结果表明:1986-1989年、1990-1999年、2000-2009年、2010-2015年四个时段的基流指数呈递增趋势;BFI法分割得到的结果较为稳定,基流深在19.1~22.2 mm之间,基流指数在32.7%~50.5%之间;各时段基流深均值为20.3 mm,偏差系数为0.08,和《手册》数学模型法计算结果接近,认为基流指数法是适用于研究区域的基流分割方法。

大兴安岭盘古河流域基流分割及特征分析

基流在水文过程中起重要的作用,不同流域基流所占的比例不同,选择科学合理的基流分割方法,获得较准确的基流量,对于保证流域的生态水量至关重要。根据盘古河流域盘古站1988—2015年日径流资料,采用基流指数法、时间步长法和数字滤波法3大类7种方法,并结合流域退水常数进行基流分割研究。利用Nash-Sutcliffe效率系数,同时采用平均相对误差(MRE)评估不同基流分割方法的计算结果精度。结果表明:7种方法均能实现基流过程的分割,但不同方法的分割结果存在一定差异;数字滤波法F2计算得到的基流分割过程线最稳定,Nash-Sutcliffe效率系数最高(0.851),平均相对误差最小(7.992%),是盘古河流域较为适宜的基流分割方法;年内基流指数总体呈现出先减后增的趋势,在融雪期持续减小,在生长季呈现上升趋势,强降雨之后则先减后增。

汾河上游兰村站径流及基流的趋势性分析

为揭示汾河流域径流及基流变化规律,基于汾河上游兰村站1956-2020年的径流序列资料,运用数字滤波法,将日径流量划分为直接径流量和基流量,通过M-K检验法判别径流和基流演变规律,采用重标度极差(R/S)分析法进行年径流和年基流的长程相关性分析。结果表明:兰村站基流指数(BFI)在不同年代间的变化表现为先减小后增加的趋势;基流深及径流深变化过程呈显著下降趋势,径流深的突变点出现在1974年,基流深的突变点是1972年;年径流深和基流深时间序列均呈现强的长期相关性,即未来有进一步下降的趋势。

黄河中游黄土高原区河川基流特点及变化分析

由于气候变化和人类活动的影响,黄土高原河川基流呈显著下降趋势,对黄河径流量减少产生一定影响。采用日流量过程线切割法计算了河龙区间黄土高原主要支流的基流量,结合地形地貌、水文地质条件,分析了不同地貌类型支流基流的特点,初步分析了影响基流变化的各种因素,认为河龙区间基流变化对黄河水资源影响较大。

黄土丘陵沟壑区小流域基流特点及其影响因子分析

基流是河川流量的重要组成部分,尤其在干旱的黄土丘陵沟壑区径流量中占有很高比重,为枯季的河流提供流量补给,对黄土丘陵沟壑区基流的特点和影响因子的研究有助于合理调控水量和高效使用水资源。采用数字滤波法分别对蔡家川6个嵌套小流域2006—2008年日径流量进行基流分割求算基流指数,并且分析了次降雨量、土地利用、植被类型和地形特征等对基流的影响。结果显示,该地区流域的年平均基流指数范围为0.68～0.82。随着次降雨量增加基流指数减小;土地利用类型中的农地、灌丛和人工林对基流产生负影响;基流指数与流域河网密度和河流比降等线性相关。应用多元线性回归分析得出该区域基流指数BFI与次降雨量P,河网密度D和河流比降S成线性关系,进而分析了研究区内无观测数据的流域的基流。

海流兔河近50年来基流变化特征分析

基流是枯水期河流的主要补给来源,对干旱半干旱区的河流尤其重要。在沙漠半沙漠区,河流基流还对维持脆弱的生态系统中发挥重要作用。对河流基流变化分析,可为流域水资源保护以及合理的利用和开发提供依据。本文基于半干旱风沙滩地区海流兔河1957年到2007年的实测流量资料,采用递归数字滤波法对该站的流量过程进行了基流分割,研究了海流兔河年基流量和基流指数(BFI)的年内、年际变化特征;用M-K非参数检验法分析了基流量和BFI的变化趋势。结果表明,海流兔流域基流占径流比重较大,年均径流、基流都呈减少趋势,径流年内分配均匀、基流则表现为先减少后增加,BFI年际、年内变化都较均匀,没有明显的增加或减少趋势;情势变化指数法(RSI)检测出基流在1966、1986年存在突变点,径流在1968、1989、2001年发生突变。

贡嘎山黄崩溜沟流域基流估算及其特性分析

采用数字滤波法对黄崩溜沟3个不同尺度流域1995-2007年日径流量进行了基流分割,结果表明:本区基流所占比重较大,黄崩溜沟、观景台沟、马道沟水文站多年平均基流指数分别为0.539、0.721、0.552。基流量受降雨量、降雨历时、雨型、雨强、下垫面条件的共同影响,下垫面条件的不同是决定该区不同流域基流指数差异的关键因素。地表水及地下水中化学元素含量与基流指数大小的一致性及其相关性分析证实了该区基流量主要来自地下水。其相关分析也为基流估算提供了新的思路。

东江流域基流变化特征及影响因素

基于东江流域控制性水文站博罗站1954—2010年实测日径流数据,采用数字滤波法和平滑最小值法进行基流分割,从不同的时间尺度上探讨博罗站基流的变化特征,从降水和人类活动两方面分析基流影响因素。结果表明:数字滤波法更适用于研究区;东江博罗站基流量的年内分布先增大后减小,基流指数先减小后波动增大;东江博罗站年均基流量和基流指数总体呈增大的趋势,多年平均基流量为414.04 m^3/s,多年平均基流指数为0.56。枯水年和偏枯水年的平均基流指数均为0.55,平水年为0.57,偏丰水年和丰水年分别为0.57和0.55;降水对东江流域基流量有年际影响;年内不同月份的突变规律说明大型水库是东江流域基流变化的关键性因素,水库的水量调度使基流量在枯水期呈显著增长趋势。

长江流域上中下游基流演变规律及与降水量关联分析

气候变化及频繁的人类活动给自然水循环过程带来强烈的扰动,使得径流的演变规律变得复杂,深入分析流域径流组分演变规律及归因辨识是合理利用与保护水资源的基础。基于长江流域三个代表性水文站点1952~2014年日径流数据及146个气象水文站点,采用L-H数字滤波法进行径流分割,获得基流序列及基流指数(BFI),分析了径流、基流及BFI的年、代、季演变规律,并绘制小波相干功率谱图以探求基流序列与面降水量之间的关联。结果表明,长江流域年径流、基流出现明显的下降趋势,BFI从21世纪开始呈现持续缓慢上升状态;基流与降水序列在8~18月尺度范围内存在密切相关,上游降水序列先于基流大约0.2个周期变化,中游和下游的降水序列与基流变化保持同步;上游至下游基流与降水之间的显著性程度降低,变化规律逐渐复杂。

酉阳河流域典型年汛期的基流分割研究

基流分割是水文学研究中的重难点问题之一,目前基流分割也存在许多方法。基于酉阳河典型年汛期实测日平均流量资料,分别采用Chapman-Maxwell改进方程数字滤波法一次滤波(参数N=1)以及二次滤波(参数N=2)、BFI(f)法、HYSEP固定步长法、HYSEP滑动步长法、HYSEP局部最小值法进行基流分割并对其结果进行分析对比。研究结果表明:不同方法下得到的基流分割线各不相同,各年份基流指数的统计特征也存在一定差异,采用Chapman-Maxwell改进方程数字滤波法二次滤波得到的基流成果更符合基流的一般特征以及酉阳河流域的降水径流关系特点。

漳河流域基流演变规律

为揭示漳河流域基流对河川径流的贡献及基流的变化规律,基于观台水文站的实测日径流量(1959~1990、2006~2018年),运用Eckhardt滤波法将日径流量划分为直接径流量和基流量,并通过M-K检验法判别不同时间尺度(年、季、月)基流量和基流指数(BFI)的演变规律。结果表明,1959~1990、2006~2018年基流对河川径流的贡献分别为0.63、0.64;年基流量和BFI呈下降趋势,且在1971、1966年发生突变;季节性基流量均呈显著下降趋势,且突变点出现在1970年前后;春、秋、冬三季BFI均呈显著下降趋势;月基流量和月BFI均呈下降趋势,在1970年前后发生突变。