黃土高原重點(diǎn)流域徑流變化規(guī)律及預(yù)測(cè)研究——以昕水河流域?yàn)槔?pdf

1、黃土高原是我國乃至世界上水土流失最嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)，同時(shí)也是黃河中游的主要產(chǎn)流區(qū)。由于黃河中下游河床明顯高于兩岸地區(qū)，河流一般難以補(bǔ)充入黃，因此，黃土高原地區(qū)徑流量的多寡，對(duì)下游的斷流與否會(huì)產(chǎn)生重要影響。多年來的大規(guī)模退耕還林還草，魚鱗坑、淤地壩建設(shè)、水資源開發(fā)對(duì)該區(qū)降雨在流域面的水循環(huán)產(chǎn)生了重要影響，因此分析研究這一地區(qū)的河流徑流變化特征、演變成因及對(duì)其作出預(yù)報(bào)對(duì)評(píng)價(jià)該區(qū)水利水保措施的實(shí)際效果，指導(dǎo)今后水利水保工程建設(shè)和水資

2、源開發(fā)都具有十分重要的意義。 本文在總結(jié)吸收前人研究成果的基礎(chǔ)上，運(yùn)用現(xiàn)代分析方法及預(yù)測(cè)新理論，即混沌理論、小波理論、近似熵復(fù)雜性理論、生命旋回理論，并結(jié)合傳統(tǒng)的理論和分析方法，利用地處晉西北黃土高原具有代表性流域——昕水河流域大寧水文站1956～2000年的年和月徑流資料，重點(diǎn)針對(duì)其徑流統(tǒng)計(jì)特性、混沌特性、周期和突變特性、徑流的復(fù)雜性變化、氣候變化及人類活動(dòng)對(duì)年徑流變化的影響、徑流變化預(yù)測(cè)模型開展系統(tǒng)的研究與分析，主要取得了以

3、下主要成果： (1)計(jì)算得出昕水河流域徑流量年內(nèi)分配不均勻系數(shù)Cvy為0.63，表明其年內(nèi)分配不均，各年代月徑流量年內(nèi)變化情況均呈現(xiàn)為單峰形，7～9月為流域主汛期，1～3月為主枯季；年平均徑流的變化與汛期平均徑流的關(guān)系較為密切，說明年平均徑流的變化趨勢(shì)主要受汛期平均徑流變化的影響；其最大徑流出現(xiàn)在6月中旬至7月下旬之間，這與實(shí)際情況比較相符；昕水河流域在20世紀(jì)50、60年代水量便豐，之后水量偏枯，總體來說，起落幅度較大，徑流年

4、際變化較大。 (2)昕水河流域徑流年際變化劇烈，豐水期歷時(shí)較短，通常只有1～3年，而枯水期歷時(shí)較長，最長可達(dá)7年；45年來徑流量呈現(xiàn)5～6年顯著的周期性變化；年徑流量存在顯著的下降趨勢(shì)，且在1964年發(fā)生顯著地變異；根據(jù)R/S分析，昕水河流域徑流序列赫斯特指數(shù)為0.8565，意味著在未來一段時(shí)間也將呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。 (3)昕水河流域年(月)徑流具有混沌特性，從其年(月)徑流時(shí)間序列的嵌入維數(shù)、飽和關(guān)聯(lián)維數(shù)和Kolmogor

5、ov熵計(jì)算得知，年徑流序列的可預(yù)報(bào)長度為8.26年左右，月徑流序列的可預(yù)報(bào)長度為10個(gè)月左右。 (4)從近似熵的角度來看，昕水河流域年(月)原始徑流序列的復(fù)雜性要高于小波消噪后徑流序列的復(fù)雜性；年(月)徑流序列的復(fù)雜性呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，且近似熵的變化幅度較大，說明其年(月)徑流序列的復(fù)雜性發(fā)生了較大變化。 (5)年平均徑流量與年降水量呈正相關(guān)，與年平均氣溫呈負(fù)相關(guān)，且其相關(guān)性通過了顯著性水平為0.05的檢驗(yàn)，說明年降水量和年

6、平均氣溫對(duì)昕水河流域徑流量具有重要影響；定量分析氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)徑流量的影響表明，人為因素對(duì)徑流的影響是徑流減少的主要原因，氣候變化次之。 (6)生命旋回模型在進(jìn)行年徑流趨勢(shì)預(yù)測(cè)時(shí)具有對(duì)資料要求少、計(jì)算簡單、精度較高等優(yōu)點(diǎn)，但由于模型方程的限制，進(jìn)行逐年預(yù)測(cè)時(shí)得到的序列很難反映徑流序列的隨機(jī)波動(dòng)變化，在此模型基礎(chǔ)上提出了生命旋回．Markov組合模型，在用生命旋回模型求出徑流趨勢(shì)項(xiàng)后，對(duì)殘差進(jìn)行周期項(xiàng)修正，以反映其波動(dòng)性變化

7、，可提高擬合精度；進(jìn)一步用Markov模型對(duì)二次殘差進(jìn)行修正，用生命旋回．Markov模型對(duì)昕水河流域年徑流進(jìn)行預(yù)測(cè)的研究表明，模型精度為88.26％，合格率為86.85％，表明將該方法用于徑流量預(yù)測(cè)精度較高，是一種有效的年徑流量預(yù)測(cè)新方法。 (7)建立了AR(P)月徑流預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行擬合和預(yù)測(cè)時(shí)精度較高，可以用于月徑流預(yù)測(cè)；對(duì)昕水河流域月徑流與月降水量、月平均氣溫的統(tǒng)計(jì)關(guān)系表明，降水量與月徑流量呈良好的線性關(guān)系，月徑流量與月平