變化環(huán)境下河川徑流序列的變異診斷與分析.pdf

1、在氣候變化和人類活動的雙重影響下，水文序列產(chǎn)生了變異。正確認識變化環(huán)境下的水文序列演變規(guī)律，研究水文序列變異的診斷理論和方法，對于水資源的可持續(xù)利用、防災(zāi)減災(zāi)及水利工程安全、高效運行管理具有重要的意義。而河川徑流序列作為水文序列的一個重要環(huán)節(jié)，在水文循環(huán)中占有重要的地位。本文針對變化環(huán)境下的復(fù)雜、非線性、動態(tài)的徑流時間序列，從水文系統(tǒng)動力學(xué)結(jié)構(gòu)出發(fā)，基于熵、分形、滑動數(shù)據(jù)技術(shù)等非線性理論，采用近似熵、滑動排列熵、滑動重標方差、滑動移除重

2、標方差等變異分析方法，對徑流時間序列變異進行分析，取得的主要研究成果如下:
　　(1)河川徑流序列長記憶性趨勢變異分析。長記憶性作為序列趨勢變異的重要研究內(nèi)容之一，其研究對于序列的演變規(guī)律有著重要的意義。針對傳統(tǒng)的方法在長記憶分析中Hurst指數(shù)計算時在短期記憶、穩(wěn)定性方面存在的不足，提出了一種新的分形方法—重標方差方法來進行Hurst指數(shù)的計算，以進行河川徑流序列的長記憶性分析，最終揭示河川徑流序列的未來趨勢狀態(tài)，為水利工程規(guī)劃

3、管理提供理論依據(jù)。
　　(2)河川徑流序列未來狀態(tài)的趨勢變異研究。將重標方差與Mann-Kendall相結(jié)合來進行河川徑流時間序列未來狀態(tài)的趨勢變異研究。通過Mann-Kendall方法揭示過去一定時間內(nèi)徑流序列的上升或下降趨勢特征，重標方差揭示序列未來的趨勢持續(xù)狀態(tài)，之后將二者進行有機的結(jié)合，從定量定性的角度來分析徑流序列未來狀態(tài)的趨勢變異特征。
　　(3)提出了基于熵理論的河川徑流時間序列突變性變異分析方法。針對傳統(tǒng)突變

4、檢測方法在進行序列非線性動力學(xué)結(jié)構(gòu)突變檢驗中的不足，將非線性方法—熵理論引入到徑流序列的突變分析中。將一種概念簡單、計算簡便、抗噪聲強的非線性時間序列的熵理論方法—近似熵和滑動數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合引入到徑流時間序列的突變檢測中，通過分析同一序列不同階段的復(fù)雜性，指出序列的動力學(xué)結(jié)構(gòu)變化所帶來的差異來進行序列突變分析;將排列熵與滑動數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合，提出滑動排列熵來進行河川徑流時間序列的突變分析。
　　(4)提出了基于分形理論的滑動重標方差和

5、滑動移除重標方差河川徑流序列突變分析方法。在同一序列動力學(xué)結(jié)構(gòu)標度指數(shù)一致性的基礎(chǔ)之上，借助滑動數(shù)據(jù)技術(shù)，通過重標方差法計算不同窗口下各子序列的標度指數(shù)，通過標度指數(shù)的變化來進行河川徑流時間序列的突變分析，揭示了序列動力學(xué)結(jié)構(gòu)突變前后階段的分形特征;基于數(shù)據(jù)的移除對于同一動力學(xué)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)下序列標度指數(shù)的計算沒有影響這一特征，將滑動移除數(shù)據(jù)方法與重標方差法相結(jié)合，提出滑動移除重標方差法來進行河川徑流時間序列突變分析，刻畫出不同階段上的分形特

6、征，為變化環(huán)境下的高度復(fù)雜、非線性的徑流序列變異分析提供思路。
　　(5)將重標方差法與非參數(shù)統(tǒng)計檢驗法—Wilcoxon秩和法相結(jié)合，發(fā)揮其各自優(yōu)點，提出一種新的河川徑流時間序列突變分析方法。Wilcoxon秩和檢驗是一種有效的非參數(shù)統(tǒng)計突變檢驗方法，通過假設(shè)檢驗可以準確地確定序列的突變點，但這一方法的缺點為基準點的選擇帶有人為性，通過重標方差法計算序列的突變點，通過Wilcoxon秩和檢驗對其進行檢驗，最終選擇突變點，二者相結(jié)