变化环境下河川径流中长期规律与预测研究——以陕西省典型流域为例

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1、分类号:TV121.410710-2013229029专业硕士学位论文变化环境下河川径流中长期规律与预测研究—以陕西省典型流域为例陈克宇导师姓名职称张洪波副教授席秋义高工专业学位类别申请学位类别专业硕士及领域名称水利工程论文提交日期2015年4月6日论文答辩日期2015年5月25日学位授予单位长安大学Long-termhydrologicalregimeandstreamflowpredictioninShaanxiprovinceunderrapidlychangingenvironmentAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：

2、ChenkeyuSupervisor：AssociateProf.ZhangHongboSeniorEngineerXiQiuyiChang’anUniversity,Xi’an,China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：年月日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方

3、式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。（涉密论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：年月日导师签名：年月日摘要近年来，在气候变化和人类活动的影响下，我国许多河流的水文情势都发生了强烈变化，引发了一系列如水资源短缺、水污染、水生态恶化、泥沙淤积等问题，极大地影响了区域社会经济的良性发展。因此深入认识河川径流的发生、发展规律，掌握区域水资源发展的动态，对区域水资源规划及管理、水利工程设计以及满足人类需求与生态系统的水平衡都极为重要。众所周知，受气候条件以及下垫面条件复杂性的影响，天然状态下

4、的水文过程复杂多变，表现出了高度的非线性、非平稳性以及多时间尺度特征。而在人类活动的强烈扰动下，河川径流的复杂性日趋加深，这给我们科学、准确地认识河川径流变化带来了极大的挑战。本文以陕西省典型流域为研究区域，应用多种非线性分析方法和非平稳数据处理方法对陕南的汉江流域、关中的渭河流域以及陕北的无定河流域径流序列的水文变异规律、多尺度时间特征、与气候因子的响应等问题开展了研究，分析其在空间上的变化规律，并构建了中长期水文预测模型，对陕西省河川径流演变趋势进行了外推分析。其主要研究内容及所得结论如下：（1）水文变异诊断。根据谢平等提出的水文变异诊断方法，从初步诊断、详细诊断以及综合诊断三方

5、面角度出发，对陕北黄土区、关中平原区以及陕南汉江山地区的河川径流进行变异分析。①初步诊断：分别采用过程线法、累积曲线斜率法和Hurst系数法对研究区各径流序列进行初步分析，判断径流变异是否存在；②详细诊断：通过相关系数法、斯皮尔曼秩次相关检验以及肯德尔秩次相关检验法对序列进行趋势变异检验；采用里海哈林检验法、有序聚类法、最优信息法以及Brown-forsythe检验法和Mann-kendall检验法对序列进行跳跃变异检验，得到的各站径流序列的变异形式及位置。③综合诊断：综合趋势与跳跃变异分析结果，通过效率系数最终确定变异结论。通过诊断分析，发现陕西省在地域分布上，水文变异表现为从南至

6、北逐渐增强的趋势，具体结论如下：陕南汉江流域径流过程无明显变异；关中渭河流域有变异发生；陕北无定河流域变异极其显著。通过进一步分析，发现水文变异的原因构成并不相同，渭河流域变异由气候原因与人类活动共同影响，但人类影响为绝对主因；而无定河流域径流的显著变异虽受人类活动影响更强烈，但降雨等气候因素也不容忽视，应系两者共同作用的结果。（2）多尺度时间特征。径流序列的演变过程复杂多变，随机性强，但其中存在规律性的周期变化成分。本研究通过小波变换与希尔伯特黄（HHT）变换两种方法，对研I究区域内径流序列的确定性周期成分进行研究，分析对比了其多时间尺度特征。研究结果表明，两种方法由于基于的理论基

7、础不同，所得结论也略有差异。HHT的检测结果显示：陕南汉江山地、关中平原以及陕北黄土区均存在2-4年、6-8年的小尺度径流周期，9-13年中尺度周期以及24-28年大尺度周期。而小波分析方法所得结果则规律更明确，更稳定。结果显示，陕南、关中以及陕北地区周期变化较为接近，尤其在3-4年和8-9年的中小时间尺度上；在较大的时间尺度上，三个地区则有所区别，关中地区的径流周期波动（23-25年）略短于陕南与陕北地区（27-28年）。从方法上看，笔者认为HHT的分解