论文部分内容阅读
黄土高原是我国乃至世界上水土流失最严重、生态环境最脆弱的地区，同时也是黄河中游的主要产流区。由于黄河中下游河床明显高于两岸地区，河流一般难以补充入黄，因此，黄土高原地区径流量的多寡，对下游的断流与否会产生重要影响。多年来的大规模退耕还林还草，鱼鳞坑、淤地坝建设、水资源开发对该区降雨在流域面的水循环产生了重要影响，因此分析研究这一地区的河流径流变化特征、演变成因及对其作出预报对评价该区水利水保措施的实际效果，指导今后水利水保工程建设和水资源开发都具有十分重要的意义。
本文在总结吸收前人研究成果的基础上，运用现代分析方法及预测新理论，即混沌理论、小波理论、近似熵复杂性理论、生命旋回理论，并结合传统的理论和分析方法，利用地处晋西北黄土高原具有代表性流域——昕水河流域大宁水文站1956～2000年的年和月径流资料，重点针对其径流统计特性、混沌特性、周期和突变特性、径流的复杂性变化、气候变化及人类活动对年径流变化的影响、径流变化预测模型开展系统的研究与分析，主要取得了以下主要成果：
(1)计算得出昕水河流域径流量年内分配不均匀系数Cvy为0.63，表明其年内分配不均，各年代月径流量年内变化情况均呈现为单峰形，7～9月为流域主汛期，1～3月为主枯季；年平均径流的变化与汛期平均径流的关系较为密切，说明年平均径流的变化趋势主要受汛期平均径流变化的影响；其最大径流出现在6月中旬至7月下旬之间，这与实际情况比较相符；昕水河流域在20世纪50、60年代水量便丰，之后水量偏枯，总体来说，起落幅度较大，径流年际变化较大。
(2)昕水河流域径流年际变化剧烈，丰水期历时较短，通常只有1～3年，而枯水期历时较长，最长可达7年；45年来径流量呈现5～6年显著的周期性变化；年径流量存在显著的下降趋势，且在1964年发生显著地变异；根据R/S分析，昕水河流域径流序列赫斯特指数为0.8565，意味着在未来一段时间也将呈现下降趋势。
(3)昕水河流域年(月)径流具有混沌特性，从其年(月)径流时间序列的嵌入维数、饱和关联维数和Kolmogorov熵计算得知，年径流序列的可预报长度为8.26年左右，月径流序列的可预报长度为10个月左右。
(4)从近似熵的角度来看，昕水河流域年(月)原始径流序列的复杂性要高于小波消噪后径流序列的复杂性；年(月)径流序列的复杂性呈现减少趋势，且近似熵的变化幅度较大，说明其年(月)径流序列的复杂性发生了较大变化。
(5)年平均径流量与年降水量呈正相关，与年平均气温呈负相关，且其相关性通过了显著性水平为0.05的检验，说明年降水量和年平均气温对昕水河流域径流量具有重要影响；定量分析气候变化和人类活动对径流量的影响表明，人为因素对径流的影响是径流减少的主要原因，气候变化次之。
(6)生命旋回模型在进行年径流趋势预测时具有对资料要求少、计算简单、精度较高等优点，但由于模型方程的限制，进行逐年预测时得到的序列很难反映径流序列的随机波动变化，在此模型基础上提出了生命旋回．Markov组合模型，在用生命旋回模型求出径流趋势项后，对残差进行周期项修正，以反映其波动性变化，可提高拟合精度；进一步用Markov模型对二次残差进行修正，用生命旋回．Markov模型对昕水河流域年径流进行预测的研究表明，模型精度为88.26％，合格率为86.85％，表明将该方法用于径流量预测精度较高，是一种有效的年径流量预测新方法。
(7)建立了AR(P)月径流预测模型，进行拟合和预测时精度较高，可以用于月径流预测；对昕水河流域月径流与月降水量、月平均气温的统计关系表明，降水量与月径流量呈良好的线性关系，月径流量与月平均气温呈良好的指数关系，利用数值方法，拟合出昕水河流域月径流量与月降水量及月平均气温的非线性关系，建立了月径流量的非线性回归水文模型，模型精度较高，且简单易行，可对月径流做进一步预测。
总之，本文运用现代新理论、新方法，多途径系统地研究了黄土高原昕水河流域径流的变化特性，并为决策制定者、研究人员以及公众进一步了解黄土高原水资源特征提供了参考。