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澄碧河流域基流演变特征及其影响因素分析

澄碧河流域基流演变特征及其影响因素分析

作者：龙诗婷广西大学

学位级别：硕士

在全球气候变化和人类活动共同影响下,澄碧河流域水资源供需关系日趋紧张。基流作为流域水资源的重要组成部分,是流域生态健康的重要指标,对其演变特征及影响因素进行研究,有助于了解流域水资源特性,为水资源可持续利用和生态环境保护... 详细信息

在全球气候变化和人类活动共同影响下,澄碧河流域水资源供需关系日趋紧张。基流作为流域水资源的重要组成部分,是流域生态健康的重要指标,对其演变特征及影响因素进行研究,有助于了解流域水资源特性,为水资源可持续利用和生态环境保护等工作提供科学依据。基于此,本文选取澄碧河流域为研究对象开展基流演变特征及其影响因素研究,主要内容与成果如下:(1)基于澄碧河流域1963～2019年日径流数据,以基流指数的稳定性、基流过程线的合理性和年基流量的可靠性为标准,对固定间隔法、平滑最小值法和Lyne-Hollick数字滤波法等10种基流分割方法的适用性进行验证研究。结果显示:采用滤波参数为0.95、滤波次数为3次的BoughtonChapman数字滤波法估算的基流稳定性良好,验证结果可靠性高,适用性最佳。(2)运用Kendall秩次相关法、Mann-Kendall突变趋势检验法和Morlet小波分析等方法对澄碧河流域基流的年际演变特征进行研究,并引入年内分配不均匀系数、集中度和集中期等特征指标对基流的年内分配特征进行研究。结果表明:流域年基流深呈现不显著减少趋势,未发生变异,第一主周期为18a;流域基流年内分配呈“单峰型”分布,夏季和秋季基流分别占全年基流量的68.15%和21.37%;基流年内变化幅度较大,集中期主要在7月份,分配极不均匀,且随时间的推移不均匀性逐渐增强。(3)对流域内各气象要素的演变特征进行分析,并定性研究气候变化对基流的影响。结果表明:年潜在蒸散发呈显著减少趋势,年降水量和年平均气温均呈增加趋势,其中年平均气温变化趋势显著;降水量、平均气温和潜在蒸散发的年内变化呈现“单峰型”或“双峰型”分布;降水是基流变化的最主要影响因素,与基流呈正相关关系,气温和潜在蒸散发对基流变化的影响相对较小。(4)采用双累积曲线法和累积量斜率变化率比较法定量解析气候变化和人类活动对基流变化的贡献率。结果表明:1963～2019年可划分为以1979年、1993年和1999年为界的基准期(T1)和影响期(T2～T4);在综合考虑降水、气温和潜在蒸散发影响的情况下,T2、T3和T4时期气候变化对基流变化的贡献率分别为4.79%、64.80%和-16.17%,人类活动对基流变化的贡献率分别为95.21%、35.20%和116.17%;气候变化是引起T3时期基流变化的主要原因,而人类活动是T2和T4时期基流变化的主要驱动因素。

关键词：数字滤波法累积量斜率变化率比较法基流分割基流演变特征影响因素澄碧河流域

澄碧河流域耦合模型中长期径流预测及其校正研究

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澄碧河流域耦合模型中长期径流预测及其校正研究

作者：邓云广西大学

学位级别：硕士

流域径流变化影响着水库运行和水资源分配等问题,进而影响社会的经济发展。随着气候变化和人类活动日益剧烈,径流变化研究成为水文学家非常关注的问题。同时,由于人工智能的兴起,多学科融合技术的成熟,机器学习、耦合模型预测研究成为... 详细信息

流域径流变化影响着水库运行和水资源分配等问题,进而影响社会的经济发展。随着气候变化和人类活动日益剧烈,径流变化研究成为水文学家非常关注的问题。同时,由于人工智能的兴起,多学科融合技术的成熟,机器学习、耦合模型预测研究成为径流预测的研究热点。本文以澄碧河流域为研究对象,选取坝首站实测月径流深为研究数据,提出了适应该流域的径流预测模型方法,可为该流域水资源的高效利用提供借鉴。本文的主要研究内容和成果如下:（1）使用Mann-Kendall方法、线性趋势法、M-K趋势法、Morlet小波分析法对流域坝首水文站月径流深、月极大值径流深、月极小值径流深分别进行突变分析、趋势分析和周期分析。结果表明:坝首水文站在41年共492个月中,月径流深于2015～2017年期间出现突变点;月极大值径流深于2014～2015年期间出现突变点;月极小值径流深于1987～1988年期间出现突变点。月径流深呈现增加趋势,在三种序列中增加幅度最大;月极大值径流深呈现增加趋势,增加幅度次之;月极小值径流深呈现增加趋势,增加幅度最小。月径流深具有4个尺度周期;月极大值径流深具有4个尺度周期;月极小值径流深具有3个尺度周期。（2）基于BP模型、SVM模型和Elman模型三种单一模型对流域月径流深开展预测研究。结果表明:在BP模型、SVM模型和Elman模型这三种预测模型中,NSE分别为0.4880、0.4459和0.4282。其中BP模型预测效果最好。（3）运用基于粒子群优化算法的PSO-BP模型、PSO-SVM模型和PSO-Elman模型对流域月径流深开展研究。结果表明:在PSO-BP模型、PSO-SVM模型和PSO-Elman模型耦合预测模型中,NSE值分别为0.4924、0.5017、0.6194,PSO-Elman模型的预测效果最好。（4）运用基于EMD、EEMD和EWT三种预处理方法与BP模型、SVM模型和Elman神经网络模型进行耦合而构建九种预处理方法耦合模型,并采用这九种模型对流域月径流深开展研究。结果表明:与BP模型耦合的三种模型中,EWT-BP模型的预测效果较好,预报等级为甲级;与SVM模型耦合的三种模型中,EWT-SVM模型的预测效果较好,预报等级为甲级;与Elman模型耦合的三种模型中,EWT-Elman模型的预测效果较好,预报等级为乙级。（5）运用基于EWT-PSO-BP耦合模型、EWT-PSO-SVM耦合模型和EWT-PSO-Elman耦合模型对流域月径流深开展研究。结果表明:EWT-PSO-Elman耦合模型的预测效果最好。（6）运用分位数映射法对EWT-PSO-BP模型、EWT-PSO-SVM模型和EWT-PSO-Elman模型预测结果进行校正。结果表明:校正后模型较校正前模型在三种指标上均有所优化。在三种模型校正中,EWT-PSO-Elman模型校正后的效果最好,预报等级达到甲级,能够很好地提高预测精度。

关键词： BP模型支持向量机 Elman模型预处理技术粒子群算法径流预测澄碧河流域

1990-2019年澄碧河流域NDVI时空动态及驱动因素分析

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水土保持研究 2022年第4期29卷 207-214页

作者：王国帅孙桂凯魏义熊王蕾赵荣娜莫崇勋广西大学土木建筑工程学院南宁530004 工程防灾与结构安全教育部重点实验室南宁530004 广西防灾减灾与工程安全重点实验室南宁530004

为了解西南喀斯特流域的植被恢复状况及其驱动因子,以澄碧河流域为例,基于GEE平台和1990—2019年研究区Landsat遥感影像,采用Sen+Mann-Kendall趋势、偏相关等方法,分析了澄碧河流域归一化植被指数(NDVI)时空演变特征与驱动力。结果表明:... 详细信息

为了解西南喀斯特流域的植被恢复状况及其驱动因子,以澄碧河流域为例,基于GEE平台和1990—2019年研究区Landsat遥感影像,采用Sen+Mann-Kendall趋势、偏相关等方法,分析了澄碧河流域归一化植被指数(NDVI)时空演变特征与驱动力。结果表明:1990—2019年澄碧河流域NDVI总体呈波动上升趋势,年平均增速为0.0046,植被呈显著改善的区域占87.09%;不同土地利用类型下,NDVI均值排序为常绿灌木地>常绿阔叶林>常绿针叶林>落叶阔叶林>旱地>草地>水田;NDVI随海拔上升呈先增加再缓慢下降再缓慢上升的趋势,随坡度的增加呈先缓慢上升再缓慢下降的趋势;澄碧河流域88.88%区域NDVI与气温具有正相关关系,其中显著正相关占20.75%,与降水量变化相关性较小,仅有1.14%区域通过p澄碧河流域植被得到显著改善,温度变化和人类活动一定程度上促进了流域植被的生长。

关键词： NDVI GEE 时空变化澄碧河流域

基于MSWX降水产品的澄碧河流域中长期径流预报研究

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基于MSWX降水产品的澄碧河流域中长期径流预报研究

作者：陈新茹广西大学

学位级别：硕士

我国水资源短缺形势严峻,水资源供需矛盾突出,中长期径流预报对于缓解水资源供需矛盾、优化水资源调度决策具有指导意义,高分辨率季节尺度降水预报产品的发展为过程驱动模型方法中长期径流预报提供了数据支撑。因此,本文以广西境内澄碧... 详细信息

我国水资源短缺形势严峻,水资源供需矛盾突出,中长期径流预报对于缓解水资源供需矛盾、优化水资源调度决策具有指导意义,高分辨率季节尺度降水预报产品的发展为过程驱动模型方法中长期径流预报提供了数据支撑。因此,本文以广西境内澄碧河流域为研究区,采用MSWX降水预报数据驱动SWAT模型开展中长期径流预报研究。本文主要研究内容及成果如下:(1)基于相对偏差BIAS、临界成功指数CSI等指标,对MSWX降水预报产品在120次季节尺度降水预报中的精度进行评估。结果表明:MSWX降水预报产品五个模式数据的精度在夏季和秋季优于春季和冬季;BIAS在春季和冬季最高达2.87,在夏季和秋季普遍在0.5以下;CSI在春季和冬季的范围为0.00～0.36,在夏季和秋季的范围增至0.26～0.63;综合所有指标分布情况,00模式降水预报数据的精度最高,较适合作为水文模型的降水输入数据进行流域中长期径流预报研究。(2)基于澄碧河流域相关数据构建SWAT水文模型,根据决定系数R、相对偏差BIAS、纳什效率系数NSE分析模型在流域的适用性。结果表明:SWAT水文模型在澄碧河流域的适用性较好,各站点径流模拟结果均达合格及以上等级;下甲站率定期NSE为0.61,验证期NSE为0.68;平塘站率定期NSE为0.80,验证期NSE为0.79;坝首站率定期NSE为0.76,验证期NSE为0.71;在季节尺度上,三个站点春季的径流模拟精度低于夏季、秋季和冬季。(3)基于MSWX 00模式降水预报数据驱动最优参数SWAT模型进行澄碧河流域中长期径流预报,并与站点数据模拟情景以及滞后预报情景的径流结果对比分析。结果表明:基于MSWX降水预报数据的径流预报能够反映径流增加或减少的趋势;在预报初始阶段,MSWX预报径流与站点数据模拟径流拟合程度较好,在预报中后期,偏离情况较为严重;随着预见期的延长,MSWX预报径流的决定系数R逐渐降低,预见期超过7天时,径流预报结果偏差较大,若作为水库调度决策参考还需进一步提升预报精度。

关键词： MSWX降水产品 SWAT模型过程驱动模型精度评估中长期径流预报澄碧河流域

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澄碧河流域径流年内分配变化规律分析

南水北调与水利科技 2019年第4期17卷 63-70页

作者：莫崇勋刘朋朱新荣阮俞理杨云川孙桂凯广西大学土木建筑工程学院南宁530004 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室南宁530004 广西大学广西防灾减灾与工程安全重点实验室南宁530004

基于澄碧河流域坝首和平塘水文站1963-2014年逐日实测径流资料,计算其径流年内分配的不均匀系数、完全调节系数和集中度等八个特征指标,分析了近52a来该流域径流年内分配的均匀度,在此基础上,采用线性倾向估计、Mann-Kendall趋势检验法... 详细信息

基于澄碧河流域坝首和平塘水文站1963-2014年逐日实测径流资料,计算其径流年内分配的不均匀系数、完全调节系数和集中度等八个特征指标,分析了近52a来该流域径流年内分配的均匀度,在此基础上,采用线性倾向估计、Mann-Kendall趋势检验法和R/S分析法研究了澄碧河流域径流年内分配特征指数的变化趋势。结果表明:近52a来澄碧河流域径流年内分配不均匀性较强,变化幅度较大;径流年内分配的的洛伦兹不对称系数呈现增加趋势,其余特征指标均呈现减少趋势;年内集中期主要在7月,流域径流年内分布不均匀的主要原因是个别月份径流量较大;八个特征指数的Hurst值均大于0.5,故可预测澄碧河流域径流年内分配的特征指数序列呈现正持续性,与过去整体变化趋势保持一致;随着时间推移,澄碧河流域径流年内分配不均匀性越来越低,逐渐由不均匀向相对均匀转变。

关键词：径流年内分配均匀度变化规律未来预测澄碧河流域

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澄碧河流域极端降水变化分析

水电能源科学 2019年第8期37卷 6-10页

作者：莫崇勋何嘉奇班华珍阮俞理孙桂凯广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室广西南宁530004 广西大学广西防灾减灾与工程安全重点实验室广西南宁530004

根据广西岩溶区澄碧河流域1963~2014年逐日降水资料,结合百分位计算法定义极端降水阈值,在此基础上,采用线性趋势、Mann-Kendall、Morlet小波分析及Pearson相关系数等方法分析了极端降水指数演变规律及其与年径流的关系。结果表明,极端... 详细信息

根据广西岩溶区澄碧河流域1963~2014年逐日降水资料,结合百分位计算法定义极端降水阈值,在此基础上,采用线性趋势、Mann-Kendall、Morlet小波分析及Pearson相关系数等方法分析了极端降水指数演变规律及其与年径流的关系。结果表明,极端降水量、极端降水日数和极端降水比率呈上升趋势,10年上升率分别为2.3 mm、0.034 d、0.7%,极端降水强度呈下降趋势,下降率为-0.02 mm/(d·10a),经Mann-Kendall趋势检验,上升和下降趋势均不显著;经过多种突变检验法综合诊断,极端降水量和极端降水强度的突变年份为2009年,极端降水日数和极端降水比率的突变年份为1976年;各极端降水指数周期演变特征基本一致,第一、二主周期分别为28、15年,且丰枯交替明显;极端降水量与年径流的相关性最强,极端降水强度与年径流的相关性最弱。

关键词：极端降水趋势分析突变分析周期分析相关性分析澄碧河流域

基于改进遥感生态指数的岩溶山区生态质量评价——以澄碧河流域为例

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水土保持通报 2021年第2期41卷 230-239,F0003页

作者：孙桂凯王国帅魏义熊赵荣娜莫崇勋杨云川广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 工程防灾与结构安全教育部重点实验室广西南宁530004 广西防灾减灾与工程安全重点实验室广西南宁530004

[目的]研究澄碧河流域1988—2019年生态环境的时空演变特征及其变化原因,旨在快速、科学地评价岩溶区生态环境质量变化,为岩溶区生态环境的保护、治理以及发展规划提供科学依据。[方法]基于Landsat遥感影像,引入归一化山地植被指数(NDMV... 详细信息

[目的]研究澄碧河流域1988—2019年生态环境的时空演变特征及其变化原因,旨在快速、科学地评价岩溶区生态环境质量变化,为岩溶区生态环境的保护、治理以及发展规划提供科学依据。[方法]基于Landsat遥感影像,引入归一化山地植被指数(NDMVI),改进综合生态评价指数(CEEI)模型,对西南典型岩溶区澄碧河流域1988—2019年生态环境质量进行动态监测,利用空间自相关方法定量分析流域生态环境质量的空间分布特征。[结果]①CEEI具有一定的科学性,并能较好反映研究区生态环境质量情况及时空分异特征;②1988—2019年研究区生态环境质量处于中上水平,整体呈上升趋势,低值区主要分布在流域北部岩溶峰林区与库区周边;③研究区生态环境质量具有一定的空间正相关关系,但聚集性逐渐减弱。[结论]改进的CEEI模型能够较好地反映澄碧河流域生态环境质量。澄碧河流域CEEI均值总体呈上升趋势,生态环境质量得到改善。

关键词：生态环境质量改进遥感生态指数动态监测空间自相关澄碧河流域

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五元集对分析在澄碧河流域径流分类中的运用

广西大学学报（自然科学版） 2017年第1期42卷 379-385页

作者：莫崇勋莫桂燕阮俞理王大洋李桂新廖浩喆广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 工程防灾与结构安全教育部重点实验室广西南宁530004 广西防灾减灾与工程安全重点实验室广西南宁530004 广西水利学会广西南宁530004

针对现有集对理论径流分类差异性细化不全面的现象,全面考虑径流5类丰枯分级标准的同一性、轻度差异性、中度差异性、重度差异性和对立性5种特性,建立五元集对分析法对水库流域径流丰枯进行分类研究,并与频率分析法和四元集对分析法分... 详细信息

针对现有集对理论径流分类差异性细化不全面的现象,全面考虑径流5类丰枯分级标准的同一性、轻度差异性、中度差异性、重度差异性和对立性5种特性,建立五元集对分析法对水库流域径流丰枯进行分类研究,并与频率分析法和四元集对分析法分类结果进行对比。实例研究结果表明:所研究的水库流域年径流丰枯类型交替出现,特丰年、丰水年、平水年、枯水年和特枯年发生的概率分别为4%、9%、45%、33%和9%,平水年居多,其次为枯水年;水库流域45年水文序列中,后23年的水文极值年出现频率较前22年有较大增加,变化环境下的水文极值现象在该流域有所体现;五元集对分析法全面考虑集对理论差异性,能充分体现流域径流丰枯类型,较其余方法更能反映年径流实际丰枯,在水文水资源分析计算中有一定的推广应用价值。

关键词：五元集对分析法差异性丰枯分类澄碧河流域

近50年澄碧河流域降雨径流变化趋势及成因分析

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广西大学学报（自然科学版） 2019年第4期44卷 1171-1176页

作者：莫崇勋朱新荣刘朋杨庆阮俞理孙桂凯广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 工程防灾与结构安全教育部重点实验室广西南宁530004 广西防灾减灾与工程安全重点实验室广西南宁530004

为探讨岩溶区流域降雨径流变化特征,基于澄碧河流域1963年至2011年共49a的降雨径流序列,运用Mann-Kendall方法、Hurst指数法和双累积曲线法分别进行趋势及突变分析、序列未来的趋势预测分析和降雨径流变化产生的影响分析,在此基础上,结... 详细信息

为探讨岩溶区流域降雨径流变化特征,基于澄碧河流域1963年至2011年共49a的降雨径流序列,运用Mann-Kendall方法、Hurst指数法和双累积曲线法分别进行趋势及突变分析、序列未来的趋势预测分析和降雨径流变化产生的影响分析,在此基础上,结合流域的历史及地质资料探讨降雨径流关系发生变化的成因。结果表明:①流域降雨量的年际、汛期以及非汛期序列均呈现显著增加的趋势,且年降雨量的突变年为1986年,而径流量的非汛期序列却呈现显著减少的趋势,并在1990年发生突变;②流域的降雨径流相关关系发生了变化,流域水资源量减少达到12亿m3/a;③流域内降雨径流的变化是由人类活动、喀斯特岩溶性的地质构造特征和降雨分布特点导致的。

关键词： Mann-Kendall Hurst指数双累积曲线降雨径流变化特征成因分析澄碧河流域