检索结果-内蒙古大学图书馆

长江科学院院报 2025年

作者：由宇军白云岗卢震林张江辉曹彪李文忠余其鹰陕西省水文水资源勘测中心新疆水利水电科学研究院郑州大学水利与交通学院

在无资料地区气象、水文等观测资料缺乏，影响径流预报的准确性，直接影响水文预报和防汛抗旱工作的开展。分析无资料地区现有的降水、气温和径流数据适用性，进而实现径流预报非常重要。本文分别采用卷积神经网络算法（CNN）、双向门... 详细信息

在无资料地区气象、水文等观测资料缺乏，影响径流预报的准确性，直接影响水文预报和防汛抗旱工作的开展。分析无资料地区现有的降水、气温和径流数据适用性，进而实现径流预报非常重要。本文分别采用卷积神经网络算法（CNN）、双向门控循环神经网络（BiGRU）、注意力机制（Attention）和优化粒子群算法（IPSO）构建CNN-BiGRU-Attention、IPSO-CNN-BiGRU-Attention组合模型，再与GRU模型和abcd水量平衡模型进行对比分析，并在玉龙喀什河进行综合评估，并结合SHAP（SHapley Additive exPlanations）可解释性机器学习方法探究最优模型中输入特征对径流影响的贡献程度。结果表明：加入降水和气温的组合模型IPSO-CNN-BiGRU-Attention预测精度整体优于CNN-BiGRU-Attention、和GRU模型，与实际值能够较好的吻合；随着预见期的增加，本文提出的组合模型3种评价指标最优，验证期内RMS、EMA、EMAP、NSE分别为2.11m3/s、1.32m3/s、73.76%和0.94，并且在前3个月预报精度最高。该方法在缺资料地区月径流预报中具有较好的效果。

关键词：缺资料地区 IPSO优化算法机器学习 abcd水文模型径流预报 SHAP分析

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黄河源实际蒸发和径流变化多时间尺度归因分析

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水土保持研究 2025年第1期32卷 209-217页

作者：曹振江姬广兴杨瑞婷王雨欣李凡张亚丽陈伟强黄珺嫦河南农业大学资源与环境学院郑州450046 中国地质大学(武汉)公共管理学院武汉430074

[目的]全面分析黄河源区变化环境下水文要素(实际蒸发和径流)变化的主要影响因素,为黄河源区水文循环机理研究和生态环境保护提供参考依据。[方法]基于黄河源区1967-2020年的水文气象数据,使用Mann-Kendall趋势检验法在年、季和月时间... 详细信息

[目的]全面分析黄河源区变化环境下水文要素(实际蒸发和径流)变化的主要影响因素,为黄河源区水文循环机理研究和生态环境保护提供参考依据。[方法]基于黄河源区1967-2020年的水文气象数据,使用Mann-Kendall趋势检验法在年、季和月时间尺度上分析黄河源区实际蒸发和径流的变化特征,采用abcd水文模型和月尺度Budyko模型在多时间尺度上定量分离出人类活动和气候变化对黄河源区实际蒸发和径流变化的贡献率。[结果](1)1967-2020年黄河源区实际蒸发量在年、季和月时间尺度上都表现为显著增加的趋势;径流在年尺度、旱季、8月、9月表现为不显著减少趋势,在雨季和7月表现为不显著增加趋势。(2)在年尺度、旱季、8月和9月,气候变化对流域实际蒸发的影响较大,其对实际蒸发量变化的贡献率分别为59.61%,108.43%,50.71%,58.17%;在雨季和7月,人类活动对流域实际蒸发的影响较大,其贡献率为62.38%和53.34%。(3)无论是在年尺度、季尺度还是7月、8月、9月,都表现为气候变化对流域径流变化的贡献率较大,贡献率分别为55.58%,56.23%,59.92%,68.70%,51.51%和87.03%。[结论]黄河源区不同时间尺度实际蒸发和径流变化多受气候变化影响较大,但是气候因素和人类活动对它们的贡献率相差较小,未来仍应注重人类活动影响的加剧。

关键词：黄河源区实际蒸发径流多时间尺度趋势分析 abcd水文模型月尺度Budyko模型

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基于分期设权理想点法的水文模型参数多目标优化

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2021年第5期54卷 458-467页

作者：康艳伊丽龚家国西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 中国水利水电科学研究院北京100038

针对水文模型参数多目标优化问题中计算复杂且多目标之间存在相互矛盾的问题,提出了基于分期设权理想点法的水文模型参数多目标优化方法.以abcd水文模型为月径流预报模型,构建径流总水量误差、平均相对误差、高水流量纳什效率系数和低... 详细信息

针对水文模型参数多目标优化问题中计算复杂且多目标之间存在相互矛盾的问题,提出了基于分期设权理想点法的水文模型参数多目标优化方法.以abcd水文模型为月径流预报模型,构建径流总水量误差、平均相对误差、高水流量纳什效率系数和低水流量纳什效率系数4种目标函数,采用分期设权理想点法将多目标函数转化为单目标,并采用粒子群优化算法求解目标函数.以泾河流域月径流为例,设置全时期(A)、丰水期(B)、枯水期(C)、分期模拟-组合(D)4种模拟方案,分析不同方案下模型模拟效果,结果表明:在全时期模拟方案中,相较于单目标优化方案A1~A4,多目标优化方案A5能有效地表征多个水文过程特征,协调目标函数间的互斥关系,模拟效果更优;在分期模拟方案中,目标权重为0.75时的子方案B3、C3既能合理体现目标函数表征的水文特征,又能兼顾其他目标函数,模拟效果相对最佳;丰、平、枯水期分期模拟-组合方案D对高水流量与低水流量过程模拟效果较全时期多目标优化方案的模拟效果更优,评价指标决定系数R2、效率系数Ens均达到0.8以上,平均绝对百分误差APE小于1%,说明分期模拟-组合方案D能有效提高模型模拟精度.

关键词：水文模型参数多目标优化分期设权理想点法 abcd水文模型径流模拟泾河流域

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遥感降水产品对黄河源区水文干旱特征的模拟性能分析

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干旱区地理 2023年第7期46卷 1063-1072页

作者：成硕李艳忠星寅聪于志国王渊刚黄曼捷南京信息工程大学水文与水资源工程学院江苏南京210044 水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室江苏南京210044 中国科学院新疆生态与地理研究所新疆乌鲁木齐830011

遥感降水产品为稀缺资料地区水文气象灾害机理与预警研究提供了重要的数据资料,但不同遥感降水产品的性能存在较大区域异质性。利用遥感降水产品开展水文气象相关的研究和应用前,需要对其性能进行综合评估。基于此,以稀缺资料的黄河源... 详细信息

遥感降水产品为稀缺资料地区水文气象灾害机理与预警研究提供了重要的数据资料,但不同遥感降水产品的性能存在较大区域异质性。利用遥感降水产品开展水文气象相关的研究和应用前,需要对其性能进行综合评估。基于此,以稀缺资料的黄河源区为研究区,利用1983—2018年的观测降水数据(CMA)驱动并率定abcd水文模型,并利用标准化径流指数(SRI),评估3套典型遥感降水产品(PERSIANN-CDR、CHIRPS v2.0、MSWEP v2.0)对水文干旱的模拟性能。利用游程理论识别水文干旱事件,阐明遥感降水对水文干旱特征的捕捉能力。结果表明:(1)3套遥感降水产品均能较好地捕获CMA多年均值的时空分布格局。CHIRPS产品的水文模拟性能(纳什效率系数NSE=0.72)高于其他2套产品。(2)CMA和降水产品模拟的4个尺度的SRI(SRI1、SRI3、SRI6和SRI12)均呈显著增加趋势(P<0.01),表明近36 a源区河川径流增加,水文干旱趋缓,但降水产品均高估了SRI,表明对黄河源区降水产品的偏差校正有待开展。基本统计指标方面,MSWEP产品计算的SRI与CMA的最为一致,性能最佳,但在年尺度(SRI12)上,PERSIANN表现最优。(3)3套产品均高估了SRI1和SRI3的干旱历时和烈度,MSWEP产品对SRI6的模拟性能最优,PERSIANN对SRI12的模拟性能最优。研究结果可为黄河源区水文干旱研究的降水产品数据的选择提供科学决策支持。

关键词：遥感降水水文干旱 abcd水文模型标准化径流指数(SRI) 黄河源区

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变化环境下渭河流域土壤水储量模拟及影响因素

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水土保持学报 2024年第3期38卷 150-158页

作者：于坤霞闫泽云李梦楠李占斌李鹏赵阳贾路西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 国核电力规划设计研究院重庆有限公司重庆401121 西安理工大学旱区生态水文与灾害防治国家林业局重点实验室西安710048 中国水利水电科学研究院北京100048

[目的]随着气候变化和人类活动影响加剧,流域气候和下垫面条件发生改变,为准确模拟土壤水分变化过程并分析其影响因素对于地区的水资源管理和植被建设的重要意义。[方法]以黄土高原地区渭河流域为研究对象,基于abcd水文模型,采用EFAST... 详细信息

[目的]随着气候变化和人类活动影响加剧,流域气候和下垫面条件发生改变,为准确模拟土壤水分变化过程并分析其影响因素对于地区的水资源管理和植被建设的重要意义。[方法]以黄土高原地区渭河流域为研究对象,基于abcd水文模型,采用EFAST法分析模型参数敏感性,构建常参数和时变参数模型,比较不同参数模型的径流深和土壤水储量模拟精度,探讨气候变化和植被恢复对渭河流域土壤水储量变化的影响,明确土壤水储量变化的主导因素。[结果]土壤水层补给地下水的比例参数c最为敏感,地下水储放系数d、流域实际蒸散发量与土壤蓄水量之和的上限参数b次之,表征土壤完全饱和前径流的倾向性参数a最不敏感;与abcd常参数模型相比,时变参数模型将率定期径流深模拟结果的NSE、KGE、R^(2)分别提高19%,10%,19%,验证期的NSE、KGE、R^(2)分别提高7%,7%,9%,时变参数模型显著改善径流深模拟效果;基于时变参数模型模拟的渭河流域土壤水储量与ERA5-Land 0—100 cm土层土壤水储量的相关关系最强,二者的变化过程基本相同;不同影响因素对渭河流域土壤水储量变化的影响程度由强到弱依次为潜在蒸散发>降水>NDVI。[结论]研究成果为该地区水资源规划和管理、植被建设提供科学依据,也为其他类似地区的土壤水储量研究提供参考。

关键词：渭河流域 abcd水文模型时变参数土壤水储量影响因素

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基于改进abcd模型的黄河源区径流变化与归因

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南水北调与水利科技（中英文） 2022年第5期20卷 953-965页

作者：庄稼成星寅聪李艳忠刘晓聪杨泽龙赵紫春王启素谢雨初王洁白鹏刘昌明南京信息工程大学水文与水资源工程学院南京210044 四川省生态环境科学研究院成都610094 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

为改进模型对高寒地区融雪径流模拟不足的缺陷,将融雪模块耦合到传统abcd模型。利用1980—2018年逐月实测的径流数据和通过AnuSpline方法插值的格网气象要素,驱动改进后的abcd模型,分析三江源生态保护措施实施前后(1980—1999年和2000—... 详细信息

为改进模型对高寒地区融雪径流模拟不足的缺陷,将融雪模块耦合到传统abcd模型。利用1980—2018年逐月实测的径流数据和通过AnuSpline方法插值的格网气象要素,驱动改进后的abcd模型,分析三江源生态保护措施实施前后(1980—1999年和2000—2018年)黄河源区径流的动态变化,并量化关键气象因素与人类活动对径流变化的影响程度,即相对贡献。结果表明:耦合融雪模块的abcd-snow模型完善了高寒地区水文过程的模拟,提高对径流的模拟性能,在黄河源区表现出较好的适用性;整个研究时段黄河源区的实测径流呈不显著减少趋势(-0.80 mm/a,p>0.05),但2000年前径流则呈现显著下降趋势(-4.12 mm/a,p<0.05),2000年后径流则呈显著增加趋势(3.16 mm/a,p<0.05);归因分析表明气候变化是源区径流变化的主导因素。2000年前,气候变化对径流减少的相对贡献率为62.8%,人类活动对径流的贡献为37.2%;2000年后,气候变化对径流增加的贡献率达到120.0%,人类活动对径流的贡献为-20.0%。其中:降水的变化是决定径流变化主导因素;其他气候因素的相对贡献较小;以人类活动为主的生态恢复可显著降低河川径流。本研究有助于理解气候变化和下垫面变化对黄河源区水资源变化的系统驱动机理,并为流域水资源合理配置提供科学参考依据。

关键词：径流变化黄河源区度日模型 abcd水文模型气候变化归因分析

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海河山丘区典型流域径流变化归因与预测研究

海河山丘区典型流域径流变化归因与预测研究

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作者：李爽郑州大学

学位级别：硕士

在过去的几十年里，全球气候变暖和人类活动的增加对海河山丘区的水文状况产生了显著的影响。对海河山丘区在气候变化和人类活动双重作用下的径流变化特征及其未来趋势进行深入分析，对于该区域水资源的长期可持续利用具有至关重要的作... 详细信息

在过去的几十年里，全球气候变暖和人类活动的增加对海河山丘区的水文状况产生了显著的影响。对海河山丘区在气候变化和人类活动双重作用下的径流变化特征及其未来趋势进行深入分析，对于该区域水资源的长期可持续利用具有至关重要的作用。本文以海河山丘区6个代表性水文站控制集水区为典型流域，分析了水文气象和下垫面变化特征;基于Budyko模型和abcd水文模型对多时间尺度径流变化进行归因，预估了气候变化和植被变化情景下径流变化趋势。主要研究内容和结论如下。　　(1)基于1956～2020年实测水文气象资料及植被数据，采用Mann-Kendall检验、滑动t检验、小波分析等方法，分析了各典型流域降水、气温、潜在蒸散发、径流及植被变化特征。结果表明，各典型流域降水量总体上均呈不显著下降趋势，突变年份在1980年和2000年左右;降水量空间分布不均，整体呈北低南高的格局;气温年际变化较小，呈显著上升趋势，年内气温呈单峰变化，突变年份在1990年左右;气温空间分布差异性大，由南向北逐步降低的格局;潜在蒸散发总体上均呈显著下降趋势，1980年左右发生突变;植被指数NDVI均呈上升趋势;6个代表性水文站年径流量均呈显著下降趋势，年内分配不均，突变年份在1980年和2000年左右。　　(2)基于改进的Budyko假设弹性系数法量化了降水、潜在蒸散发、植被以及其他人类活动对各典型流域径流变化的贡献率，并进行了归因。结果表明,降水、植被、其他人类活动是导致径流减少的因素，潜在蒸散发是抑制径流减少的因素;植被变化对各典型流域径流变化的贡献率均最大，是导致径流减少的主要驱动因素;其他人类活动是导致各典型径流减少的次要驱动因素。　　(3 )基于Budyko假设的垂直分解法量化气候变化和人类活动对各典型流域径流变化的贡献率，并进行了归因。结果表明，气候变化在滦县站和官厅水库站控制流域起抑制径流减少的作用，在其他典型流域是导致径流减少的因素;人类活动在各典型流域均是导致径流减少的因素，对径流变化的贡献率均大于气候变化，是导致各典型流域径流减少的主要驱动因素。　　(4)基于abcd水文模型和拓展季尺度Budyko模型，定量识别了季尺度径流变化的驱动因素，并对两种方法计算结果进行了对比分析。结果表明，abcd模型和拓展季尺度Budyko模型的径流变化归因结果基本一致，气候变化是春季和冬季径流变化的主要驱动因素，人类活动是夏季和秋季径流变化的主要驱动因素。　　(5)基于abcd模型对未来(2021～2100年)气候变化情景(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5)下径流变化进行了预估;采用情景设置法，设置了不同植被变化情景方案，基于Budyko预估了未来不同植被变化情景下径流变化。结果表明，3种气候变化情景下，各典型流域未来降水量、气温和潜在蒸散发总体上均呈增加趋势，未来径流均呈增加趋势;不同排放情景下径流变化与降水变化趋势相似，未来径流过程对降水变化的敏感性高于气温变化;径流对植被变化响应敏感，径流与植被指数之间呈显著的负相关关系。

关键词：海河山丘区径流变化 Budyko模型 abcd水文模型归因分析

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渭河流域土壤水储量模拟及影响因素研究

渭河流域土壤水储量模拟及影响因素研究

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作者：李梦楠西安理工大学

学位级别：硕士

土壤水是陆地水文循环中的重要组成部分,也是植物生长所需水分的主要来源,在自然生态系统中发挥着极其重要的作用。黄土高原生态环境脆弱,自20世纪50年代以来便实施了大规模的生态建设工程,区域生态环境显著改善,同时改变了区域覆被格... 详细信息

土壤水是陆地水文循环中的重要组成部分,也是植物生长所需水分的主要来源,在自然生态系统中发挥着极其重要的作用。黄土高原生态环境脆弱,自20世纪50年代以来便实施了大规模的生态建设工程,区域生态环境显著改善,同时改变了区域覆被格局和下垫面条件,对土壤水分变化产生影响,特别是在气候变化和人类活动耦合作用下的复杂环境。因此,采用科学的方法分离气候变化、植被恢复对流域土壤水储量变化的影响,对黄土高原生态恢复和可持续发展具有重要的现实意义和参考价值。本研究以渭河流域(华县水文站以上)为研究对象,首先分析研究区气象、水文、植被要素的时空变化特征,量化评估变化环境下渭河水文情势变化程度;其次,基于abcd水文模型,考虑气候变化和植被恢复的影响,构建常参数和时变参数模型,比较不同参数模型的径流和土壤水储量模拟精度,分析时变参数移植方案在无资料流域的应用效果;最后阐明气候变化和植被恢复对渭河流域土壤水储量的影响,明确土壤水储量变化的主导因素。取得的主要研究成果如下:(1)1982—2015年渭河流域年降水量和年径流深呈不显著减少趋势,年潜在蒸散发量呈显著增加趋势(p<0.05);降水量在年际和季节尺度上均不存在显著突变点,年潜在蒸散发量和年径流深均在1993年发生显著突变。在退耕还林前,NDVI均值在年际和季节尺度上均呈不显著增加趋势,在退耕还林后,年NDVI均值呈显著增加趋势(p<0.05),显著增加的面积占比高达81.69%,春、夏季NDVI均值呈显著增加趋势(p<0.05),秋、冬季NDVI均值呈不显著增加趋势。渭河流量综合改变度为61.54%,属于中度改变。(2)较常参数模型,时变参数模型显著改善了渭河流域径流模拟效果,在流域土壤水储量模拟中,时变参数模型的模拟效果同样优于常参数模型,基于时变参数模型模拟的渭河流域土壤水储量与ERA5-Land 0～100cm 土壤水储量的相关关系最强,两者的变化过程基本相同。在无资料流域的径流和土壤水储量模拟中,时变参数移植方案的模拟效果均优于常参数移植方案,时变参数模型改进了径流模拟效果,同样与ERA5-Land 0～100cm土壤水储量的相关关系最强,两者的变化过程基本一致。(3)在年际和季节尺度上,降水对土壤水储量均为增加作用,潜在蒸散发对土壤水储量均为减少作用,NDVI对土壤水储量的影响具有明显的季节性差异,在春、夏季对土壤水储量为负向作用,在秋、冬季对土壤水储量为正向作用,在年尺度上,NDVI对土壤水储量为减少作用。不同季节土壤水储量变化的主导因素不尽相同,除秋季是降水对土壤水储量变化的影响更为突出外,其他季节土壤水储量变化的主导因素均是潜在蒸散发,在年尺度上,潜在蒸散发对土壤水储量变化的影响相对最大。

关键词：渭河流域土壤水储量影响因素 abcd水文模型时变参数

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