《變化環境下的徑流多時間尺度演變規律研究》是依託太原理工大學，由趙雪花擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：變化環境下的徑流多時間尺度演變規律研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙雪花
- 依託單位：太原理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
受氣候變化和人類活動等因素的綜合作用，從本質上講徑流系統是一種非線性、弱相依且高度複雜的非平穩系統。該系統受外界周期或非周期因子的強迫作用，使得徑流時間序列變化具有明顯的時間多尺度性。多時間尺度分析的傳統方法具有自身缺陷，小波變換由於沒有唯一的基函式，導致某些局部表現較差。適用於非線性、非平穩時間序列的Hilbert-Huang變換是一種最新發展起來的多解析度分析方法，本課題引進Hilbert-Huang變換研究黃河上游徑流時間序列多尺度變化規律，找出序列過程的隱含主周期、突變點和奇異點，並考慮氣候變化和人類活動對其結果進行動因分析。在此基礎上，結合現代系統分析理論建立中長期徑流預測方法，其結果為區域水資源開發利用和規劃管理提供科學依據。本課題不僅為研究徑流多尺度變化提供了新思路和新方法，而且還可推動Hilbert-Huang變換理論本身的發展，故本研究具有重要的理論價值和實際意義。
結題摘要
水資源是人類社會可持續發展的制約因素，而徑流在水資源系統中起主導作用，受氣候和人類活動等因素的影響，其變化規律表現出非線性、隨機性、突變性等複雜特性。因此，如何合理的描述徑流的演變規律，並對未來徑流做出準確合理的預測，至今都是國內外研究的難題和熱點。本項目以黃河上游貴德和蘭州站年、月徑流為主要研究對象，主要結論如下：（1）首先通過計算各站徑流的不均勻係數、完全調節係數、集中度和集中期，得出1920-1989年，黃河上游年內分配不均勻性、集中度都比較大，1990年後徑流分配相對均勻。年際變化特點為 20年代和90年代為枯水年，60年代和80年代為豐水年，其餘年代為平水年，由徑流差積曲線顯示豐枯水段交替出現，並持續不長。（2）對年、月徑流進行了經驗模態分解（EMD），選取了徑流時間序列分解中固有模態函式的判據，提出了分解過程中抑制端點效應的解決辦法，採用邊篩分，邊用灰色周期方法進行延拓；根據Hilbert-Huang譜對各徑流序列的隱含周期、變化趨勢及突變點、奇異點進行了分析。對不同尺度的徑流序列分析都得到了3年、6年、20年以及36年左右的周期，具有一定的一致性；並採用分形、突變理論等對徑流特性進行了深入研究，結果表明兩站徑流頻率突變發生在1928年，均值突變發生在1932年；年徑流趨勢下降，而月徑流有弱上升趨勢，且趨勢都具有持續性。（3）採用BP網路和RBF網路分別對徑流原序列直接預測和每個模態函式預測，結果表明RBF網路預測優於BP網路，對模態函式預測優於對原序列直接預測，相對誤差小於9%，合格率100%；對不同類型的徑流分量採用不同的方法預測：高頻分量採用RBF網路，對低頻分量採用多元回歸模型(ARMA)，對趨勢分量採用灰色系統GM（1,1）模型，最後將各分量預測結果疊加作為最終的預測值，合格率大於90%，預測結果表明比只採用單一模型直接對原序列預測的精度要高。 研究結果可更好地為水資源規劃與利用提供可靠的數據。
