佳芦河流域设计年径流和设计洪水的广义可加模型

受气象要素变化和人类活动的影响,径流序列的一致性常遭到破坏,需要直接针对非一致性水文序列进行研究。本文以黄土高原区佳芦河流域的年径流量和年最大洪峰流量为研究对象,基于广义可加模型(GAMLSS),优选气温、降水和库坝控制下的流域有效产流面积作为协变量进行模拟分析,并采用平均设计寿命水平法(ADLL)与等效可靠性法(ER)估算非平稳序列的设计年径流及洪峰流量。结果表明:两个水文序列均具有非一致性,所构建的多协变量年径流模型的低分位数曲线和高分位数曲线的拟合效果较好,洪峰流量模型整体模拟效果均较好;GAMLSS模型及相应的ADLL和ER方法在特定重现期或概率区间能提供更高精度的洪峰流量及年径流量设计值,且较好地体现了水文序列变化趋势对设计值的影响。

农田排涝模数计算方法比较研究

【目的】探究径流深与排涝模数计算方法的差异性,确定合理的农田排水工程规模。【方法】基于历史降水资料、排涝泵站运行数据和土地利用类型数据,计算三江平原绥滨县蜿蜒河涝区实际径流深(RO),采用综合加权法和SCS-CN方法计算了涝区理论径流深(R_(GM)、R_(SCS)),在此基础上,用经验公式法和平均排除法计算区域排涝模数(Q_(E)、Q_(A)),比较分析径流深与排涝模数计算方法的适用性。【结果】在同一年份同一重现期下,降水历时越长实际径流深越大;同一降水历时同一重现期下,实际径流深随着年份的推移而减小;实际径流深和排涝模数与理论径流深和排涝模数存在偏差。大降水情况时,R_(GM)>R_(SCS)>R_(O);小降水情况时,R_(SCS)<R_(GM)<R_(O)。根据实际和理论径流深计算出的排涝模数规律与径流深规律相同;大降水情况下,1日降水历时Q_(A)>Q_(E);3日降水历时Q_(A)<Q_(E)。【结论】考虑了前期土壤状况的SCS-CN方法更适宜平原涝区径流深计算,但需要选择适宜的CN值。引入迟缓-槽蓄系数的平均排除法更能反映出大流域的调蓄作用。在经济发展水平较低且经济增速缓慢的地区,对于大面积滞蓄条件较好的平原涝区选择更长的排涝历时时,采用加入槽蓄-迟缓系数的平均排除法计算排涝模数更适宜。

1956—2016年祁连山南坡河流径流变化特征研究

基于1956—2016年祁连山南坡扎马什克、祁连、尕日得、青石嘴4个水文站的径流量数据,利用线性趋势、Mann-Kendall检验等方法,探讨了祁连山南坡4个水文站径流量的季节、多年平均以及Mann-Kendall突变性的变化特征。结果表明:(1)扎马什克、祁连、尕日得和青石嘴4个水文站径流量均呈逐年增加的趋势,变化倾向率分别为0.337亿m^(3)·(10a)^(–1)、0.18亿m^(3)·(10a)^(–1)、0.103亿m^(3)·(10a)^(–1)和0.295亿m^(3)·(10a)^(–1),其中青石嘴水文站多年平均径流量较高,为16.39亿m^(3),祁连水文站多年平均径流量较低,为4.57亿m^(3)。(2)从季节(由于尕日得站数据缺失,仅分析夏季)变化特征来看,61a来春季扎马什克和青石嘴水文站呈略微减少的趋势,减少倾向率分别为0.005·(10a)^(–1)、0.007·(10a)^(–1),祁连水文站呈略微增加的趋势,增加倾向率为0.016·(10a)^(–1);夏季扎马什克、祁连、尕日得和青石嘴4个水文站增加倾向率分为0.202·(10a)^(–1)、0.055·(10a)^(–1)、0.112·(10a)^(–1)、0.064·(10a)^(–1);秋季扎马什克、祁连和青石嘴3个水文站增加倾向率分为0.134·(10a)^(–1)、0.08·(10a)^(–1)、0.155·(10a)^(–1);冬季扎马什克、祁连和青石嘴3个水文站增加倾向率为0.007·(10a)^(–1)、0.027·(10a)^(–1)、0.087·(10a)^(–1)。(3)Mann-Kendall突变检验曲线来看,马什克、祁连和青石嘴3个水文站在UF和UB两条统计量在0.05显著性临界值直线之间径流量均发生突变,突变年份分别为2010年、1995年和2014年。

黑水河流域水文气象要素演变特征分析

黑水河为岷江上游典型流域,流域气候变化敏感,水能资源丰富,开展黑水河流域水文气象要素变化特征的研究工作,有利于成都平原水资源的开发利用与管理。采用有序聚类法、Pettitt法、线性倾向估计法、MK趋势检验法及小波分析法等科学全面探讨了年尺度水文气象要素的演变特征。研究成果可以为流域径流演变归因分析及径流预测等内容提供理论依据,以期加深对岷江上游径流变化规律的认识。

旭龙水电站坝址径流计算分析

设计年径流计算是水电规划和工程设计中的基础工作任务。由于金沙江旭龙水电站坝址处无实测水文资料,需通过上下游和区间的水文站资料推求其坝址径流。基于重构的巴塘水文站和奔子栏水文站径流系列,分析对比了3种方法推求坝址径流的适用性。方法1采用奔子栏水文站扣除古学水文站流量和面积,再采用与巴塘水文站面积内插推求坝址径流;方法2利用坝址上下游的巴塘水文站、奔子栏水文站资料,采用面积内插推求坝址径流;方法3采用巴塘水文站流量,按面积比放大推求坝址径流。采用相邻水文站插补方法或水位流量关系插补方法重构了参证站巴塘水文站、奔子栏水文站1953~2018年的年、月径流系列。结果表明:上述3种方法得到的坝址多年平均径流量分别为321亿m^(3)、329亿m^(3)、317亿m^(3),计算结果相差较小;旭龙水电站坝址年径流统计参数符合地区变化规律,各水文站径流成果在地区上较协调。

基于VMD-LSTM-ARMA模型的径流预测

为了提高径流预测的精度,提出了一种用以解决径流预测等问题的组合预测模型,此模型由变分模态分解(VMD)、长短期记忆网络(LSTM)和自回归移动平均(ARMA)组成。为了降低入库流量的复杂度,利用VMD算法将径流数据分解为3个不同频率的模态分量。低频的模态分量继承了数据的时间特性,可以通过构建LSTM预测模型处理;而2个高频序列是平稳的时间序列,可以通过搭建ARMA预测模型处理。将3个子序列的预测结果进行叠加,最终得到径流的预测结果。采用湘江支流的东江水文站2020年的逐小时流量数据进行流量预测,对比试验和其他算法结果表明:所构建的模型可以有效提高水文预报的精度。

洪季伶仃洋水域径潮动力作用机制及演变探讨

为揭示洪季伶仃洋水域径潮动力作用规律,基于历年定点观测数据,采用主潮通量算法和线性回归法定量剥离了主动力因子对流速的贡献。结果显示,该水域潮周期平均流速与潮差、径流量及其他动力因子相关性很好。潮周期平均流速始终与潮汐动力正相关,但其贡献近年有明显减弱。径流作用以往以随潮运动为主,削弱了潮流流速;近年其贡献变为涨潮期为负、落潮期为正。其他动力因子主要是垂向盐度斜压梯度力及季风等,在主槽水域其贡献涨潮期为正、落潮期为负,变化不大;但西滩水域“潮汐捕集”和储能机制对潮流流速影响作用被削弱。因此,伶仃洋河口湾较以往呈更多河道型水流动力特征,与近年伶仃洋水域围垦及水深增大等朝窄深形态发展密切相关。

黑河干流山区流域月径流计算模型

西北内陆河山区流域天然来水量的准确预测对于维持区域可持续发展和生态环境的保护具有重大的意义。鉴于这些山区流域地形、地貌、植被景观复杂 ,观测站点稀疏 ,建立了 6种月平均流量的计算模型 ,效果都很好。所进行的数值试验表明 ,山区平均月降水量、月平均气温、平均月蒸发量和出山月平均流量相互之间存在复杂的非线性关系。降水和气温都是影响月蒸发力和平均流量的一个综合因素。气温是影响含有冰雪融水的山区流域产流的一个极为重要的因素 ,但降水、气温和蒸发力不足以完全综合反映产流过程 ,应该探讨加入新的因子。

1960—2005年湄公河流域径流量演变趋势

根据湄公河流域6个代表性水文站1960—2005年的实测资料,利用滑动平均法和Mann-Kendall非参数检验法对径流量变化趋势进行了分析.结果表明:湄公河流域径流量年际变化较平缓,趋势不显著;年代变化中,上游3个站点的变化趋势较小,而下游3个站点呈现先减小后显著上升的趋势;径流量年内分配极不均匀,下游地区来水比上游地区更加向汛期集中,月径流量有显著变化趋势的主要发生在非汛期月份,大部分站点汛期呈下降趋势,非汛期呈上升趋势.

坡度的尺度效应及其对径流模拟的影响研究

研究不同尺度的数字高程模型所带来的坡度差异对水文模型径流模拟的影响。从坡度的尺度效应出发,讨论了相同DEM条件下不同格网大小造成的坡度差异,通过模拟研究发现,随着格网的增大,流域平均坡度在整体上虽然呈减小的趋势,但在不同的格网范围,流域平均坡度的变化趋势并不一致,对平均坡度与不同阶段变化的DEM格网大小采用不同的曲线进行拟合后发现,在某个范围平均坡度的变化比较缓慢,进而可以得到研究区水文模型最佳的DEM格网大小。研究表明,合适的DEM尺度对于水文模型的研究和应用具有重要作用。

坡地单元降雨产流分析及平均入渗速率计算

分析了坡地农田和草地生态单元降雨产流过程，提出了一种利用降雨产流资料计算坡地单元平均入渗速率的方法。此方法克服了双环法测定坡地土壤入渗速率的固有缺陷，为研究坡地水量转化提供了便利手段。计算结果表明，农田、草地生态单元土壤平均入渗速率随坡度的增加呈指数曲线下降。

风化煤矸石坡面水土流失规律模拟

采用室内模拟径流冲刷试验,研究风化煤矸石坡面水土流失规律。结果表明:1)在设计径流量为2.0和2.5L/min时,坡面产流曲线呈现为"单峰"或"多峰"曲线,没有明显规律性,当设计径流量增大到3.0和3.5 L/min时,坡面产流曲线多为"单峰"曲线,且峰值出现时间较早,具有相似的规律性;2)坡面平均产流量随设计径流量和坡度的增大而迅速增大,增长趋势符合幂函数关系,且设计径流量对坡面平均产流量的影响大于坡度;3)坡面平均产沙率随设计径流量和坡度的增大增长趋势明显,增长趋势符合幂函数关系,且设计径流量对坡面平均产沙率的影响大于坡度。研究结果可为工矿区水土保持提供一定的参考。

非硬化路面侵蚀产沙规律野外模拟试验

为了科学治理非硬化路面水土流失,采用野外放水冲刷试验,对非硬化路面侵蚀产沙规律进行了试验研究。结果表明,同一坡度不同放水流量与同一放水流量不同坡度条件下,非硬化路面产沙随时间的变化形式均有3种,分别为平缓型、多峰型和单峰型。对同一路面不同观测断面的产沙量分析发现,产沙量沿坡面的空间变化形式分别为波动式减小、逐渐式减小和先增大后减小。、得出平均含沙量与放水流量呈对数相关,产沙率与放水流量、平均含沙量与坡度、产沙率与坡度均呈直线相关。以期为非硬化路面的水土流失预测和治理提供科学依据。

1982-2015年永定河山区植被变化及对天然径流的影响

采用归一化植被指数NDVI和气温、降水、径流等监测资料,在分析永定河山区NDVI时空变化的基础上,通过构建地理加权回归模型,研究了流域内NDVI和降水、平均气温的回归参数及残差的空间关系特征,定量估算了永定河山区NDVI变化对天然径流量衰减的影响。结果表明:1982—2015年永定河山区在土地利用格局总体变化不大的情况下,年、季尺度的NDVI均显著增加,NDVI和降水、平均气温的空间回归参数及残差的均值、趋势均具有显著的空间异质性,降水、气温等气候因素和人类活动对NDVI均表现为促进作用,但各影响因素趋势变化的时空分布差异显著。永定河山区天然径流量具有显著的衰减趋势,结合Budyko方程发现流域天然径流量对植被变化具有高度敏感性,以植被变化为突出特征的下垫面变化对永定河天然径流衰减的贡献率达到了80%,流域植被保护和水土保持对天然径流量衰减的这种影响应给予高度重视。

南洞地下河月径流时间序列的混沌特征及预测

利用基于相空间重构技术、混沌识别与预测理论对1993-2013年南洞地下河月径流时间序列的非线性特征进行了分析,由所获得的延迟时间和最佳嵌入维数实现了月径流时间序列的相空间重构,运用饱和关联维数法和小数据量法计算出南洞地下河月径流时间序列的饱和关联维数和最大Lyapunov指数,并运用Volterra模型对南洞地下河月径流时间序列进行了多步预测研究。研究结果表明,南洞地下河月径流时间序列相空间重构的延迟时间和最佳嵌入维数分别为τ=5、m=8,饱和关联维数D和最大Lyapunov指数λ分别为4.63、0.748 9,从定性和定量的角度证明了南洞地下河月径流时间序列具有弱混沌特征。Volterra自适应滤波模型的预测结果能较好地表征南洞地下河月径流的变化趋势和规律,对18个月内的短期预测精度较高,模拟效果较好。

基于含沙量分段的人类活动对延河水沙变化的影响分析

采用延河甘谷驿水文站控制区1965-2002年降水量、径流量和输沙量资料,分析了人类活动对河流水沙变化的影响。与以往以年代为基准期的分段方法不同,本研究根据河流含沙量距平累计值变化特征,把延河水沙变化过程划分为5个时段,并以含沙量持续较高的时段Ⅰ(1965-1971年)为基期,分析了各时段径流量和输沙量的变化特征。以基期单位降水产沙量和产流量为参数,计算了各时段全年和汛期的计算输沙量和径流量。通过比较计算和实测的输沙量和径流量,分析了各时段人类活动对全年和汛期输沙量和径流量的影响。研究表明,根据含沙量距平累计值划分时段可以更好反映河流水沙变化特征:治理期人类活动平均减少年和汛期输沙量分别约50.3%和40.0%;而减少年和汛期径流量的幅度分别约为19.8%和34.2%。人类活动在时段Ⅱ(1971-1976年)和时段Ⅴ(1997-2001年)对水沙的影响较大,而在时段Ⅳ(1987-1996年)影响较小,且表现复杂。

河流年径流量的R/S灰色预测

径流过程具有分形和灰色特征。基于此，将R／S分析与灰色系统理论相结合，提出了R／S＆色预测模型以预报河流年径流量。针对黑河正义峡水文站60a（1949～2011年）的年径流量资料，首先进行R／S分析．确定径流量序列的Hurst指数H和平均循环周期r；然后在一个周期内进行年径流量灰色预测。结果表明：R／S．＆色预测结果的精度明显高于直接进行灰色预测的精度。该方法拓宽了分形和灰色理论在径流过程研究的应用范围，为河流径流量的科学预测提供了一种新方法。

水库流域年均径流模型的灰色神经网络分析

水库流域年均径流量受诸多因素影响,而年均径流量对水库流域水资源经济开发利用作用显著。利用改进后的灰色模型对某水库流域实测数据的年均径流模型进行了相关影响因子的建模分析,将预测值与实测值作为神经网络的训练样本,对网络进行训练并分别进行识别,同时进行误差分析对比。结果表明,灰色神经网络能对水库流域年均径流模型进行预测分析,精度较高,所得结果与实际观测数据基本相符。

基于IHA分析锦江水库对下游径流的影响

本文基于仁化、长坝两个研究站点1958~2009年之间的日平均径流资料,采用IHA法分析锦江水库修建后对下游河道径流过程变化的影响;基于扶溪、城口、五渡村、厚坑、仁化、石塘等站点1958~2009年的降水资料,采用滑动平均法及M-K检验法分析锦江流域降水年际变化,以印证锦江水库对下游径流的影响.结果表明,锦江水库建库后下游年平均径流总量有所减少,其调蓄水对下游径流有削峰迟滞作用,汛期径流年内分配减少的但其年际变化较建库前小,并使得年内径流分配较建库前均匀,但其调蓄水也促成建库后锦江下游段的多年平均断流天数长达52.06d,给下游生态造成一定破坏,有必要采用更为合理的调度制度以使下游和谐发展.

基于R/S分析的黑河出山年径流量灰色预测

径流过程具有分形和灰色特征。基于此，将R／S分析与灰色系统理论相结合，提出了R／S灰色预测模型以预报黑河出山径流量。针对1949-2011年莺落峡水文站年径流量资料，首先进行R／S分析，确定径流量序列的Hurst指数和平均循环周期T；然后在一个周期内进行径流量灰色预测。结果表明：黑河出山径流量循环周期在20—25年之间，在进行R／S灰色预测时，取T=20为宜；R／S灰色预测结果的精度高于直接进行灰色预测。该方法拓宽了分形和灰色理论在径流过程研究的应用范围，为径流量的科学预测提供了一种新方法。