變化環(huán)境下河川徑流序列的變異診斷與分析.pdf

1、在氣候變化和人類活動(dòng)的雙重影響下，水文序列產(chǎn)生了變異。正確認(rèn)識(shí)變化環(huán)境下的水文序列演變規(guī)律，研究水文序列變異的診斷理論和方法，對(duì)于水資源的可持續(xù)利用、防災(zāi)減災(zāi)及水利工程安全、高效運(yùn)行管理具有重要的意義。而河川徑流序列作為水文序列的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在水文循環(huán)中占有重要的地位。本文針對(duì)變化環(huán)境下的復(fù)雜、非線性、動(dòng)態(tài)的徑流時(shí)間序列，從水文系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)出發(fā)，基于熵、分形、滑動(dòng)數(shù)據(jù)技術(shù)等非線性理論，采用近似熵、滑動(dòng)排列熵、滑動(dòng)重標(biāo)方差、滑動(dòng)移除重

2、標(biāo)方差等變異分析方法，對(duì)徑流時(shí)間序列變異進(jìn)行分析，取得的主要研究成果如下:
　　(1)河川徑流序列長記憶性趨勢變異分析。長記憶性作為序列趨勢變異的重要研究內(nèi)容之一，其研究對(duì)于序列的演變規(guī)律有著重要的意義。針對(duì)傳統(tǒng)的方法在長記憶分析中Hurst指數(shù)計(jì)算時(shí)在短期記憶、穩(wěn)定性方面存在的不足，提出了一種新的分形方法—重標(biāo)方差方法來進(jìn)行Hurst指數(shù)的計(jì)算，以進(jìn)行河川徑流序列的長記憶性分析，最終揭示河川徑流序列的未來趨勢狀態(tài)，為水利工程規(guī)劃

3、管理提供理論依據(jù)。
　　(2)河川徑流序列未來狀態(tài)的趨勢變異研究。將重標(biāo)方差與Mann-Kendall相結(jié)合來進(jìn)行河川徑流時(shí)間序列未來狀態(tài)的趨勢變異研究。通過Mann-Kendall方法揭示過去一定時(shí)間內(nèi)徑流序列的上升或下降趨勢特征，重標(biāo)方差揭示序列未來的趨勢持續(xù)狀態(tài)，之后將二者進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，從定量定性的角度來分析徑流序列未來狀態(tài)的趨勢變異特征。
　　(3)提出了基于熵理論的河川徑流時(shí)間序列突變性變異分析方法。針對(duì)傳統(tǒng)突變

4、檢測方法在進(jìn)行序列非線性動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)突變檢驗(yàn)中的不足，將非線性方法—熵理論引入到徑流序列的突變分析中。將一種概念簡單、計(jì)算簡便、抗噪聲強(qiáng)的非線性時(shí)間序列的熵理論方法—近似熵和滑動(dòng)數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合引入到徑流時(shí)間序列的突變檢測中，通過分析同一序列不同階段的復(fù)雜性，指出序列的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)變化所帶來的差異來進(jìn)行序列突變分析;將排列熵與滑動(dòng)數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合，提出滑動(dòng)排列熵來進(jìn)行河川徑流時(shí)間序列的突變分析。
　　(4)提出了基于分形理論的滑動(dòng)重標(biāo)方差和

5、滑動(dòng)移除重標(biāo)方差河川徑流序列突變分析方法。在同一序列動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)標(biāo)度指數(shù)一致性的基礎(chǔ)之上，借助滑動(dòng)數(shù)據(jù)技術(shù)，通過重標(biāo)方差法計(jì)算不同窗口下各子序列的標(biāo)度指數(shù)，通過標(biāo)度指數(shù)的變化來進(jìn)行河川徑流時(shí)間序列的突變分析，揭示了序列動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)突變前后階段的分形特征;基于數(shù)據(jù)的移除對(duì)于同一動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)下序列標(biāo)度指數(shù)的計(jì)算沒有影響這一特征，將滑動(dòng)移除數(shù)據(jù)方法與重標(biāo)方差法相結(jié)合，提出滑動(dòng)移除重標(biāo)方差法來進(jìn)行河川徑流時(shí)間序列突變分析，刻畫出不同階段上的分形特

6、征，為變化環(huán)境下的高度復(fù)雜、非線性的徑流序列變異分析提供思路。
　　(5)將重標(biāo)方差法與非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法—Wilcoxon秩和法相結(jié)合，發(fā)揮其各自優(yōu)點(diǎn)，提出一種新的河川徑流時(shí)間序列突變分析方法。Wilcoxon秩和檢驗(yàn)是一種有效的非參數(shù)統(tǒng)計(jì)突變檢驗(yàn)方法，通過假設(shè)檢驗(yàn)可以準(zhǔn)確地確定序列的突變點(diǎn)，但這一方法的缺點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇帶有人為性，通過重標(biāo)方差法計(jì)算序列的突變點(diǎn)，通過Wilcoxon秩和檢驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，最終選擇突變點(diǎn)，二者相結(jié)