變化環(huán)境下的洪水特性研究及特征量重構(gòu)的探討——以武江流域為例.pdf

1、中山大學(xué)博士學(xué)位論文變化環(huán)境下的洪水特性研究及特征量重構(gòu)的探討——以武江流域為例姓名：汪麗娜申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：自然地理學(xué)指導(dǎo)教師：陳曉宏20100602流域洪水的真實重現(xiàn)期；并探討環(huán)境異變下的特征量重構(gòu)理論、建立了相應(yīng)的重構(gòu)模型，破除了傳統(tǒng)思想的束縛，從多科學(xué)角度綜合度量洪水頻率，并豐富了洪水重現(xiàn)期的物理意義。本論文取得的研究成果主要有：(1)采用HHT、WignerVille和Morlet小波的時頻分析方法，分析了武江流域洪水過

2、程的時頻特性。結(jié)果表明：采用Morelt小波變換時頻分析的結(jié)果，相比采用HHT分析方法和WignerVille分布的時頻分析更為合理；53場洪水的峰現(xiàn)時間大部分都較早，且基本上都屬于主峰靠前的洪水過程；武江流域洪水能量均集中在低頻區(qū)，其范圍為O0101Hz之間，洪峰的漲落在頻域范圍內(nèi)能量集中的時間均不超過100h。(2)分析了武江流域洪水在變化環(huán)境下所表現(xiàn)出的特性：根據(jù)混沌理論、相空間重構(gòu)原理，并結(jié)合R／S分析方法和多重分形方法，解讀了

3、武江流域19552007年53場洪水的動力學(xué)特性。結(jié)果表明：武江流域歷年洪峰流量和53場洪水過程均存在混沌性，具有多重分形的特征，且多重分形譜的參數(shù)變化較準(zhǔn)確、精細(xì)地揭示了，武江流域洪水時間序列分形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的動力學(xué)特征。(3)全面揭示了武江流域洪水的異變性：I)本文創(chuàng)建了人工魚群優(yōu)化的模糊C均值模型，對武江流域19552007年的53場洪水強(qiáng)度進(jìn)行分類。結(jié)果表明：武江流域洪水強(qiáng)度未有異變現(xiàn)象，但武江流域出現(xiàn)大洪水的幾率較大，武江流域的洪

4、水情況不容輕視。II)锘tJ定了洪水形態(tài)特征指標(biāo)選擇、提取原則。根據(jù)本文提出的蟻群算法優(yōu)化的改進(jìn)的投影尋蹤模型，對53場洪水進(jìn)行形態(tài)分類，結(jié)果表明：53場洪水從形態(tài)上可以分為4類。III)結(jié)合武江流域洪水強(qiáng)度大小、形態(tài)分類和各場洪水的洪水歷時，分析了武江流域洪水歷時的異變性：由于武江流域河床升高、河道變窄，武江流域洪水歷時總體上以減少為主要趨勢。IV)根據(jù)Pettitt法和啟發(fā)式分割算法的檢測結(jié)果：53場洪水的年洪峰流量在1994年發(fā)生

5、較為顯著的突變，最大3天流量和洪水總量的顯著突變時間均為1993年。(4)根據(jù)Gumbel109istic模型，解答了武江流域洪水的頻率／重現(xiàn)期，其中，2006年洪峰流量為8800m3／s的洪水為158年一遇的洪水。最后以特征量重構(gòu)思想為基礎(chǔ)，結(jié)合多門學(xué)科，提出并構(gòu)建特征量重構(gòu)理論和模型，豐富并完善了洪水頻率的內(nèi)涵，根據(jù)特征量重構(gòu)模型得出武江流域樂昌市8年遭遇超3590m3／s的風(fēng)險率近100％，表明樂昌市遭受洪水襲擊的風(fēng)險性較高。這不