基于小波变换的三江平原低湿地井灌区年降水序列变化趋势分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第28卷第3期地理科学Vo1．28No．32008年06月SCIENTIAGE0GRAPHICASINICAJune，2008基于小波变换的三江平原低湿地井灌区年降水序列变化趋势分析刘东，付强(东北农业大学水利与建筑学院，黑龙江哈尔滨150030)摘要：近年来，由于水田面积迅速增加，导致三江平原低湿地井灌水稻区地下水位普遍下降，“吊泵”、局部超采现象时有发生，因此，三江平原的地下水资源平衡急需恢复。为解决上述问题，以853农场为例，应用小波理论对853农场实测年降水时间序列的多时间尺度

2、变化特征及突变特征进行分析，揭示该区年降水变化的主要周期及早涝变化趋势，为853农场乃至整个三江平原充分利用天然降水、地下水资源恢复及可持续利用提供科学依据。关键词：三江平原；井灌水稻；年降水时间序列；小波分析；周期中图分类号：P426．6文献标识码：A文章编号：1000—0690(2008)03—0380一O5三江平原位于黑龙江省东部，为黑龙江、松花的意义。江、乌苏里江冲积平原，面积10．9×10km，耕地研究降水多时间尺度变化特征的传统方法主面积366．77×10hm_1J，是国家重要的商品粮要有Fourier分析_6J、滤波分

3、析、时间序列分析等，基地。三江平原地势低平，大部分地区土壤质地粘这些方法在时域和频域上不具有局部化性质，对突重，排水能力差，很容易形成涝灾而减产。因此，为变点的诊断缺乏数学上的严谨性，不能全面反了改良低湿地，从20世纪8O年代开始，三江平原映降水的多时间尺度变化特征。小波分析是泛函开始种植水稻，实现“以稻治涝”，取得显著效益。分析、Fourier分析、样条分析、调和分析和数值分析的最完美的结晶，它具有时频多分辨功能和数学1981～2000年，三江平原水稻种植面积从7×10意义上的严格突变点分析功能，可以对信号进行多hm激增到95．3

4、×10hm，2000年井灌水田面积时间尺度细化分析卜J，因此优于上述传统方法，为65．9×10hm。由于水田面积迅速增加，地近些年来广泛应用于气候多时间尺度分析研究中。下水开采量也迅速增加，再加上人为浪费严重以及本文尝试以853农场为例，采用小波分析理论对管理不善，使得三江平原地下水位普遍下降，“吊853农场47年降水时间序列的多时间尺度特征进泵”和局部超采现象时有发生，三江平原地下水资行诊断分析，揭示853农场年降水的周期特征和旱源的动态平衡受到了严重的破坏。地下水水位下涝变化趋势，为地下水恢复等区域节水农业关键问降已经导致三江平

5、原产生了一系列水环境问题，因题研究提供科学依据。此，应大力加强三江平原地下水补给研究。大气降水是地下水最主要的自然补给来源，同时也是地下1小波分析基本原理水人工补给的重要影响因素。三江平原多年平均1．1小波函数降水量为560mm左右，降水年际变化大，年内分小波函数是指具有震荡特性、能够迅速衰减到配很不均匀J。因此，研究三江平原低湿地井灌零的一类函数，即：水稻区年降水的多时间尺度变化特征，分析其旱涝·+∞l(t)dt=0变化规律，对于节约地下水资源、地下水资源的恢复以及农业和地下水资源的可持续利用具有重要收稿日期：2007—05—26

6、；修订日期~2007—09一lO基金项目：国家自然科学基金(30400275)项目资助。作者简介：刘东(1972一)，男，黑龙江安达人，副教授，博士研究生，主要从事农业水土资源系统分析与优化利用研究。E-mail；liu72dong@126．eom通讯作者：付强(1973一)，教授，博士，博士生导师。维普资讯http://www.cqvip.com3期刘东等：基于小波变换的三江平原低湿地井灌区年降水序列变化趋势分析381小波函数有多种，在小波分析中经常采用Marr小小波方差随尺度a变化的过程，称为小波方差波、Morlet小波、Wav

7、e小波、Mexicanhat小波图，该图能反映水文时间序列中所包含的各种尺度等。。本文选用在时域和频域局部性都较好的(即周期)的波动及其强弱(能量大小)随尺度变化Morlet小波，其函数为的特性，图中各个峰值分别对应着各个显著周期。(￡)=e／cte(1)因此，通过小波方差图可以很方便地确定一个时间式中，C为常数，表示虚数。序列中存在的主要时间尺度(即主周期)。Mor

8、et小波是由一个周期函数经过Gaussian2应用实例函数平滑而得到的，所以，它的尺度因子a与Fou—tier变换中的周期有着一一对应的关系：T=853农场位于黑龙江

9、省三江平原东部，隶属黑[4(c+)】×a。当取常数c=6．2时，T=龙江省农垦总局红兴隆分局，土地总面积1165．7km，其中耕地面积581．35km。853农场是一个1．00057a口，所以Morlet小波可以用来进行周期以种植麦、