基于EMD组合模型的径流多尺度预测

受全球气候变化与人类活动影响,径流序列愈发呈现出非稳态与非线性特征,为降低由此而引发的预报误差,充分发挥不同模型对提高径流预测精度的优势,针对传统径流预报模型的单一性,以干旱区典型内陆河玛纳斯河为例,采用经验模态分解(EMD)提取径流序列中具有物理含义的信号,得到不同时间尺度的多个固有模态函数(IMF)及1个趋势项,利用 ARIMA模型与GRNN模型分别对不同时间尺度的IMF分量进行模拟,分析径流未来变化趋势。运用多元线性回归法、Spearman相关系数法、平均影响值法筛选大气环流因子作为神经网络模型的输入项,根据子序列的局部频率特点构建组合模型。最后将各IMF分量的预测结果重构,得到径流的最终预测值。单一评价指标无法全面评价模型精度,本文通过构建TOPSIS评价模型对径流预测模型进行定量评估,客观评价模型优度。结果表明:EMD分解能有效提取径流序列中隐含的多时间尺度信号,由趋势项可知玛纳斯河径流量总体呈上升趋势;EMD分解可提高ARIMA模型25%的合格率,但对于高频率分量IMF1、IMF2、IMF3,ARIMA模型的相对误差达到70%以上,预测结果不理想;经过筛选预报因子可有效提高GRNN模型精度,其中MIV法筛选的预报因子最适合玛纳斯河,与EMD-ARIMA组合后的GRNN模型的合格率最高,TOPSIS模型得分也最高。预测结果可作为水资源规划与调度的科学依据,建模思路也可为优化径流预测模型提供新途径。     

巴尔喀什湖水量平衡研究

巴尔喀什-阿拉湖流域是中亚地区重要和独特的景观生态系统,巴尔喀什湖是该区域的核心,其水位变化作为巴尔喀什湖流域生态系统及其保护的主要指标,向来备受世人关注.研究巴尔喀什湖水量平衡,对合理确定巴尔喀什湖生态系统保护目标及保护措施,具有十分重要的理论与现实意义.在明晰巴尔喀什湖水系、水位影响因素的基础上,构建了巴尔喀什湖水...     

融雪洪水跳跃变异对其参数估计不确定性影响分析

利用Pettitt非参数检验法和Mann-Kendall非参数趋势检验法,分析年最大洪峰流量序列的非一致性,确定序列的变异形式,采用“分解-合成”理论对其进行一致性修正,得到过去、现状两种条件下年最大洪峰流量序列,根据贝叶斯理论对序列一致性修正前后参数不确定性进行估计,并对其预报区间优良性进行评价。研究结果表明：年最大洪峰流量序列变异点发生在1993年,序列整体上升趋势不显著,在1957-1993年子序列呈显著下降趋势,而1994-2006年子序列变化趋势不显著,跳跃变异为序列主要变异形式;给出了实测、还原及还现序列参数后验分布估计值及95%置信区间,将其结合优化适线法进行P-Ⅲ型频率分析,得到修正前后设计频率年最大洪峰流量预报区间估计值;还原、还现序列与实测序列相比,预报区间覆盖率均提高24%,平均带宽分别减少39.59%、23.17%,平均偏移幅度分别减少28.45%、11.39%。通过对非一致性年最大洪峰流量序列还原/还现计算,可减小参数估计不确定性对其计算产生的影响,从而提高预报区间的可靠性。     

中国2000年水足迹的初步计算分析

水足迹是指在一定的物质生活水平下,维持一定人群消费所需要的总的水资源数量.由于考虑了社会经济系统中虚拟水的消费量,水足迹真实地反映了一个地区人类消费对水资源的占有情况,为水资源科学管理提供了非常有用的信息.引入水足迹的概念和计算方法,分析了中国各省2000年人均水足迹.结果表明,西北部省份水足迹较大,南部和中东部省份水足迹较小,青海省水足迹最大,其值为935.75 m3·(人·a)-1,广西水足迹最小,其值为466.31 m3·(人·a)-1.全国平均水足迹为601 m3·(人·a)-1.分析了几个典型省份水足迹的构成,并探讨了降低水足迹以缓解水资源压力的几条途径.     

西北四省(区)2000年的水资源足迹

水资源足迹是如实反映人类对水资源消费利用的新概念,能深刻揭示社会经济系统对水资源的消费,为干旱缺水地区水资源科学管理提供了一个新视角.提出了水资源足迹的概念和衡量方法,引进了虚拟水概念,简要介绍了产品虚拟水计算方法,并以新疆、青海、甘肃和陕西为例,计算分析了2000年各省水资源足迹.结果表明,2000年西北四省(区)总的水足迹是为613.3×108m3,人均水足迹为712.3m3·人-1·a-1和1952L·人-1·d-1,高于统计的水资源利用量.以虚拟水概念为基础的水资源足迹更真实地衡量了社会经济系统对水资源的消费利用状况,为解决区域水资源短缺和创新水资源管理体制提供了新思路,产品形式的虚拟水贸易是平衡水资源赤字、维持区域水安全的有效工具.     

流域水资源初始产权界定初探一以黑河流域中游为例

随着水资源短缺程度的加剧,可交易水权制度逐渐成为当今世界水资源管理制度发展的新方向.水资源初始产权是水资源管理的基础和前提.在干旱区内陆河流域,产权初始配置要在生态环境可持续的前提下,坚持公平、效益相结合的分配目标和配置原则.通过建立初始水权配置指标体系,对黑河流域进行实地问卷调查,在此基础上对用户调查结果进行专家判断修正,应用层次分析法研究了各分配指标的权重分布.以黑河流域张掖地区为例的界定结果表明,除上游的肃南县和山丹县外,其余各县市的实际用水量都超过了各自界定的初始水权,这种差别为水资源产权交易管理提供了现实依据,为开展流域上游的生态保护补偿提供了理论基础.     

气候变化下新疆及咸海流域河川径流演变及适应性对策分析

 中亚咸海流域地处全球气候变化的敏感中心,生态环境脆弱、水资源紧缺,过去百年来中亚咸海流域气候、人类活动、生态环境均经历了较为显著的变化,分析中亚咸海流域气候-水-生态-人类活动的关系,对自然与人文相近的新疆可持续发展具有重要的借鉴意义。以最新收集的资料为基础,对比研究近50 a来新疆及近80 a来中亚咸海流域的气温、降水和主要河流的径流变化情况,结合二者水资源开发利用的演变历程,分析气候变化与人类活动对研究区生态环境与持续发展的影响,最后借鉴中亚咸海流域气候变化、人类活动、生态环境的综合关系,讨论气候变化下新疆水资源开发利用的适应性对策。结果表明：近80 a来,新疆与中亚咸海流域气候呈现较为一致的变暖趋势,尤其是20世纪80年代以来,二者绝大部分地区气候呈现“暖干”向“暖湿”转型迹象,河川径流也有不同程度的增加,但由于人类活动规模与强度的迅速、持续增强,研究区生态环境呈现尚未得到有效遏制的恶化趋势。立足于有利的气候时期,强化水资源开发利用管理,提高水资源利用效率和效益,加快关键水源工程建设,完善水资源配置网络体系的建设,是未来一段时期内应对气候变化下新疆水资源开发利用的主要适应性对策。     

SWAT模型在伊犁河上游缺资料区的应用

 在分布式水文模型中,探索产生分布式降水数据的方法是该领域研究的热点之一,发展基于水文物理过程的模型校准方法是实践PUB的热点与难点。基于SWAT分布式水文模型,以资料稀缺的伊犁河上游为研究区域,针对流域的水资源评价关键问题,首先准确描述区域的降水空间分布特征,并基于流域水文过程采用综合流域特征、多时间尺度、多变量和多站点的适宜性模型校准新方法,取得了满意的模拟结果,表明模型较好地再现了流域的水文过程。另外,完善水文机理研究,提高降水及下垫面相关参数的观测水平是改善模型模拟的有效途径。     

大气、陆面与水文耦合模式在中国西北典型流域径流模拟中的新应用

水文模式在较长的发展阶段由简单的概念模型逐步演变复杂的分布式物理模型,大气学科的各类气候模式在近年来迅猛发展同时也逐步带动了水文学的发展。从大气、水文两个学科发展角度纵向开展研究,通过分析以往研究成果认为,虽然大气、水文模式在其各自的发展已经到达了较为完善的地步,然而其相互耦合并取长补短的优势并未发挥。在探讨大气、陆面及水文模式发展的基础上,选取XJLDAS(Xinjiang Land Data Assimilate Datasets)大气陆面同化系统,CLM3.5(Community Land Model,Version 3.5)公用陆面模式及快速汇流模式RAPID(Routing Application for Parallel computation of Discharge)作为关键耦合对象,利用以上耦合系统对新疆精博河流域径流过程进行模拟。通过研究分析,认为:XJLDAS+CLM3.5+RAPID模式可较好地重现流域地表径流年内分布状况,然而,由于陆面参数化方案选取等原因,研究区径流量出现一定偏差。此外,在本研究中发现,陆面模式径流汇流模拟结果与实际结果存在一定偏差,将这种偏差进行分析后发现:在进行大尺度水文模拟时,需要在考虑在研究区相关地理特性(如地质构造、地表覆被)基础上进行模式相应改进,以最大限度的重现大尺度径流真实过程。     

中亚各国在咸海流域水资源问题上的冲突与合作

咸海流域是中亚社会发展进程中水资源供需矛盾和生态环境问题表现最为突出的区域,已严重妨碍了经济发展和社会稳定,甚至严重影响到中亚国家间的关系. 在解决咸海问题上,中亚各国虽然都表现出了极度忧虑和希望合作解决共同问题的诚意,签订了一系列的多边和双边合作协议,付诸了较多的行动;发达国家和国际组织也多方介入,大力援助、积极斡旋,但仍未从根本上缓解咸海危机. 深入分析介绍了咸海流域的水资源及开发利用情况、中亚各国在咸海流域水资源问题上的冲突以及开展的一系列合作,探讨了咸海危机的潜在水冲突,提出了合理利用水资源,实现流域一体化管理,化解咸海危机的对策措施.