精河地表径流变化分析 毕业论文.doc

论文写作指导各类文案写作QQ625880526目录1前言311研究目的和意义312国内外研究进展42研究区概况43研究方法631MannKendall单调趋势检验632RS分析方法833MannWhitney突变检验94结果分析941精河地表径流的变化趋势分析942精河地表径流的突变特征分析95结论10参考文献11附录13致谢14精河地表径流变化分析摘要以精河为例基于19682008年的径流序列用非参数单调趋势检验和阶段性突变检验分析了精河径流过程的非线性特征突变特征用累计距平方法分析了精河流域年径流变化的趋势特征揭示了流域径流的变化规律得出以下结论1从长时间尺度上来看艾比湖流域精河的年径流量呈增加的趋势从Hurst指数可以推断精河年径流量变化趋势比较显著在2008年后的一段时间里流域径流量将会继续保持增加趋势2从短的时间尺度上来看流域内精河的径流量又表现出一定的波动性河流在1997年发生了一次由少到多的转折突变关键字精河径流变化演变趋势AbstractChangeinRunoffVariationsoftheJingheBasinduringthe19682008YearsThispaperanalyzedtheannualrunofftrendsoftheJingheriverbasinbyinthefutureConclusionTheresearchshowedthatinthisregion1fromthelongtimescalesJingheAiBihuRiverincreasedFromtheHurstindexcanbeinferredJingheannualrunoffchangetrendissignificantin2008foraperiodoftimeaftertherunoffcontinuetoincrease2Keywordsriversrunoffanalysis1前言研究目的和意义地表径流是自然水文循环的一个重要过程径流量的产生与大气降水气温和蒸发等气候因子的变化密切相关1径流的水文过程一般受气候变化和人类活动的综合影响其演变过程是一个复杂的线性非线性系统2地表径流是水循环中的一个重要环节3是陆地淡水资源的重要形式特别在干旱与半干旱区径流变化更为敏感微小的自然气候波动即会引起径流较大幅度的波动45而水资源是制约我国西北干旱区可持续发展与生态环境建设最重要的因素之一67近年来全球气候变暖和大规模人类活动使得水文循环发生巨大的变化加剧了水资源问题的复杂性尤其是艾比湖流域水资源问题日趋显著艾比湖水面由1950年的1070km2缩小到1977年的522km2裸露湖底上的盐漠被阿拉山口大风吹起形成浮尘扬尘沙尘暴天气流域生态环境的恶化不仅影响精河流域全面建设小康社会而且影响第二条亚欧大陆桥的运行安全与天山北坡经济带的发展精河是艾比湖仅有的两条入湖河流其中一条近年来艾比湖入湖水量锐减致使艾比湖水面面积快速干缩精河是精河县工农业生产生活城镇用水的主要水源精河流域水资源总量匮乏造成流域内资源性缺水已经影响到了精河流域的经济发展在人类对地表强烈扰动的现实情况下分析精河流域地表径流变化趋势特征不仅具有重要的实际意义也能为博州发展决策提供科学依据8认识和研究天山北坡西段水资源的发生发展规律研究精河流域的河流径流变化有助于干旱区水资源可持续发展战略研究和科学合理配置水资源加快该流域的经济发展国内外研究进展20世纪以来国内外学者对径流变化做了很多研究并建立了许多相关的组织或部门90年代以来学者们对新疆气候与河流的研究也越来越多径流突变是普遍存在的一个重要现象是径流预测和模拟要考虑的重要因素9有关南疆河流与气候间关系研究的文章很多但有关北疆河流研究的文章较少北疆是新疆经济较为发达的地区尤其是精河流域经济水平高于全疆精河流域受西风环流影响和巨大山脉的对水汽阻挡作用降水量较丰沛为天山北坡河川径流较丰富的区域发育的重要河流有精河古尔图河四棵树河奎屯河巴音沟河金沟河玛纳斯河和塔西河这些河流水资源对于天山北坡经济带的发展起到了举足轻重的作用奎屯市石河子市玛纳斯县沙湾等县市的国民经济GDP指标远高于全疆的平均水平1013本文通过建立精河近40a的径流时间序列分析精河降水和径流量的变化以及径流对降水变化的响应关系为区域经济社会发展和规划提供决策参考2研究区概况精河流域地形总态势为西高东低南北高中间低流域西南北三面环山中间为谷地平原东部艾比湖为流域的汇水中心与准噶尔盆地连为一体西部南部是北天山西段走向NWSE自西向东依次有别珍套山察汗乌逊山科古尔琴山婆罗科努山和汗孜尕山西北部是天山山系的最北分支阿拉套山山脊线海拔南部平均在3500m以上北部约3000m最高峰萨尔坎奎山位于阿拉套山西部海拔高度为4451m精河流域位于天山北坡西段准噶尔盆地西南缘天山支脉婆罗科努山北麓南部与伊犁河支流喀什河流域相邻西部与博尔塔拉河流域相连北部是艾比湖东部与塔城四棵树河流域毗邻流域面积2150km2全长114km由南向北注入艾比湖是艾比湖水量补给水源之一也是博州的主要河流之一精河流域属于温带大陆性干旱和半干旱型气候年平均气温78极端最高气温415极端最低气温364多年平均蒸发量24471mm多年平均降水量2519mm精河流域有129条冰川冰川面积91km2冰川总储备量54598108冰川年融水量为096108占河川径流量的206精河多年平均径流量为475108精河河系精河发源于婆罗科努山北坡流域面积2150km2坡降为2583全长114km由南而北注入艾比湖径流组成为冰雪水降雨和地下水托托河该河产流区主要在塔城地区境内水资源利用主要在博州精河县东部灌区山溪河沟共9条年径流量约0667108图一图研究区示意图3研究方法为了分析艾比湖流域年径流的变化趋势本文选择精河这条河19682008年间的径流数据图二本文主要采用非参单调趋势检验和阶段转换检验法对径流资料进行分析以距平曲线的波动来反映径流变化幅度累积距平曲线的上升和下降反映了径流随时间变化的增加和降低14探讨地表径流年际变化的规律对于径流时间序列的检验从单调趋势和阶段转换趋势两个方面考虑在检验中原假设认为时间序列的增减趋势或者阶段转换的跳跃不明显而备择性假设认为时间序列变化趋势显著从检验能力上看使用非参单调趋势检验和阶段转换检验要优于参数检验并且无须事先假定样本的统计分布图219682008年精河地表径流量年际变化Fig2ChangesinannualrunoffinJinghe单调趋势检验根据艾比湖流域1968452008年有连续纪录的径流资料采用MannKendall检验法来检验径流量突变情况在时间序列趋势分析中MannKendall检验法是世界气象组织推荐并已广泛使用的非参数检验方法最初由Mann和Kendall提出许多学者不断应用MannKendall方法分析降水径流气温和水质等要素时间序列的趋势变化MannKendall检验不需要样本遵从一定的分布也不受少数异常值的干扰适用于水文气象等非正态分布的数据计算简便在时间序列趋势分析中MannKendall检验是一种广泛应用的非参数检验法该检验法不需要样本遵从一定的分布也不受少数异常值干扰适用非正态分布的数据可判断时间序列中是否具有上升或是下降的趋势且可以明确突变开始的时间并指出突变区域1617首先对时间序列XX2X3Xn依次比较结果记为sgn1接着便可用如下公式计算出MannKendall统计值2式中为要进行检验的随机变量为所选数据序列的长度则与此相关的检验统计量为3随着的逐渐增加很快收敛于标准化正态分布当ZZcZ时接受原假设表明样本没有明显变化趋势其中Z是标准正态分布中值为1a2时对应的显著性水平a下的统计值当统计量Zc为正值说明序列有上升趋势Zc为负值则表示有下降趋势在MannKendall检验中常用Kendall倾斜度来量化单调趋势表示单位时间内的变化量其计算公式如下4其中1分析方法法是由在分析尼罗河水文资料时提出的一种分析方法近些年该方法在分形研究中得到了许多应用是一种非线性的科学预测方法其基本步骤如下对于一个时间序列均值序列为累积离差为极差为标准差为证实了的研究并得出了更广泛的指数律即式中为赫斯特系数上述分析方法被称为分析法对公式两边同时取对数即得到赫斯特经验公式基于时间序列并利用赫斯特经验公式得到的一簇值进行最小二乘法拟合得出的直线斜率即为修正后的赫斯特指数它揭示了时间序列的分形特征对于不同的表示序列有不同的趋势变化当时表明时间序列是完全独立的没有相关性或只是短程相关时意味着未来的变化状况与过去相反即反持续性越小反持续性越强当时意味着未来的变化状况与过去一致这个过程具有持续性即过去的增长趋势意味着将来也具有增长趋势反之亦然越大持续性越强突变检验假如存在时间序列及其子序列则阶段转换检验的统计量为其中为观测值的秩当Z1a2ZcZ1a2时接受原假设Z1a2是1a2在给定检验水平a下的标准正态分布分位数4结果分析精河地表径流的变化趋势分析径流序列随着时间的增加呈现连续递减或是递增的变动就是径流序列的趋势变化距平累计曲线的升降能够直观表现出径流量的变化过程18精河的年径流量变化幅度并不明显在472108左右摆动从整个时间序列尺度上来看艾比湖流域精河年径流量呈增加的趋势但从不同的年代来看流域内河流的径流量变化又表现出一定的波动性司桂琴刘志辉发表在新疆农业科学的研究新疆精河气温降水与径流量近51a变化分析数据与研究方法研究收集了19572008年统计年鉴数据和精河山口水文站实测数据中的年平均气温年降水量精河年径流量等气象数据将这近50a数据利用DPS软件及EXCEL对数据做数理统计分析进行处理分析后的结果一致精河的年径流量变化趋势比较平稳年径流量值均保持在45108496108之间70年代和90年代是河流径流的两个枯水期径流量值较小21世纪初期是年径流量的丰水期径流量值达到40年来的最大值总的看来70年代是流域径流的枯水期而21世纪初期是精河年径流的丰水期经过RS分析其Hurst指数为0798大于表一具有持续性这意味着在未来的年研究区径流量仍将可能保持增加趋势图精河地表径流的突变特征分析径流突变是普遍存在的一个重要现象是径流预测和模拟要考虑的重要因素一般认为最基本的突变有均值突变方差突变跷跷板突变和转折突变实际的突变通常是这些突变的组合目前对突变检验的方法比较多本文选用对径流突变检验的突变检验法对艾比湖流域内精河地表径流量变化的突变点进行分析得到精河年径流量的突变检验结果从结果中可以看出精河年径流量发生了显著的变化在1997年河流的年径流量发生了一次由少到多的突变地表径流量的突变点在1997年突变极为显著出现了明显的拐点这与前面的分析结果基本一致21世纪初期是流域内径流量的丰水期河流的径流量均达到了40年来的最大值精河年径流量还在1974年发生了一次由多到少的突变同样也验证了70年代是精河径流量枯水期的事实表1精河流域地表径流趋势及突变检验Tab1MKStatisticsonDischargeTrendsAbruptionResultofAnalysisointheJinghe5结论本文利用艾比湖流域精河19682008年间的年径流数据运用累计距平分析了精河年径流变化的趋势特征和突变特征揭示了流域径流的变化规律得出以下结论1艾比湖流域精河的年径流量呈增加的趋势但从不同的年代来看流域内的径流量变化又表现出一定的波动性240年来精河年径流量发生了显著的变化在1997年河流的年径流量发生了一次由少到多的突变3年径流的丰枯变化是一个影响流域可持续发展的重要因素之一因而预测未来径流丰枯变化趋势并采取相应措施和对策是非常重要的利用RS分析方法计算了H指数建立了RiSi与r的关系式对年际径流的丰枯变化趋势进行了预测分析结果较好因此利用其水文时间序列的变化特征进行预测是一条比较有效的途径当然RS方法只是一种数学统计方法不能从物理层面揭示径流丰枯变化的内部过程建议结合基于物理机制的分布式水文模型进行径流时间序列的模拟和预测参考文献1芮孝芳水文学原理M北京中国水利水电出版社2004王秀杰杨敏崔海军黄河潼关汛期水沙变化周期及其趋势分析J自然资源学报J4GanTYReducingvulnerabilityofwaterresourcesofCanadianPrairiestopotentialdroughtsandpossibleclimatewarmingWaterResourMgmt20001421111355高龙华径流演变的人类驱动力模型J水利学报2006379112911336胡汝骥樊自立王亚俊等中国西北干旱区的地下水资源及其特征J自然资源学报20021733223267曲耀光马世敏曲玮西北干旱区水资源转化与开发利用模型J国沙漠19981842993078江善虎任立雍斌等老哈河流域降水变化特征分析J水电能源科学2009271149司桂琴刘志辉新疆精河气温降水与径流量近51a变化分析J新疆农业科学2010479179310新疆维吾尔自治区统计局新疆统计年鉴J北京中国统计出版社200611张立山王建军张莉萍精河枯季径流浅析J新疆利20066192112王凯博博河精河流域防洪减灾对策探讨J水土保持研究200411326026413龚原杨瑾天山北坡西部精河塔西河段河流水资源特性及人类活动对水环境的影响评价J水利学报200512增21623414王飞穆兴民焦菊英等不同最小控制时段约束下黄河天然径流量变化阶段性J水土保持学报2009233343715长江流域径流趋势变化搜突变分析K江流域资源环境2005l4558959416刘春玲有鹏张强K汀角洲地气候变化趋势及突变分析IIII申师范大学报然科学版20053l1109一I1417周陈超贾绍凤燕华云近50a以来青海省水资源变化趋势分析J冰川冻土200527343243718王飞穆兴民焦菊英等不同最小控制时段约束下黄河天然径流量变化阶段性J水土保持学报200923333437附录司桂琴刘志辉发表在新疆农业科学的研究新疆精河气温降水与径流量近51a变化分析数据与研究方法研究收集了19572008年统计年鉴数据和精河山口水文站实测数据中的年平均气温年降水量精河年径流量等气象数据将这近50a数据利用DPS软件及EXCEL对数据做数理统计分析进行处理分析运用线性回归分析气候降水与年径流量之间的关系揭示了50a精河源区气温降水和径流的变化特征其中所得径流变化特点与此文结果相一致图4精河出山口径流量与降水量年际变化致谢在本文的撰写过程中叶茂老师作为我的指导老师她治学严谨学识渊博视野广阔为我营造了一种良好的学术氛围树立了明确的学术目标领会了基本的思考方式掌握了通用的研究方法而且还明白了许多待人接物与为人处世的道理其严以律己宽以待人的崇高风范朴实无华平易近人的人格魅力与无微不至感人至深的人文关怀令人如沐春风倍感温馨正是由于她在百忙之中多次审阅全文对细节进行修改并为本文的撰写提供了许多中肯而且宝贵的意见本文才得以成型