水文特征变异的尺度研究

以珠江水系的北江流域为例，揭示变化环境下的水文系统基本要素的时空多尺度演变特征。提出水文特征变异尺度的理论体系，给出变异的内涵和尺度的范畴。在径流时间序列特征分析的基础上，基于相关积分的概念提出变异属性尺度的标度指标- - 变异度，建立变异属性尺度的等级体系。从年内分配、年际变化等时间尺度入手，以小波系数的变化特征来分析径流的变化规律及其影响因素。结合变异度概念，建立多种时间尺度下年径流量序列变异度的变化响应。提出基于重心模型的不同空间尺度下降雨变异特征分析模式，以重心的移动方向和距离，分析不同空间尺度下的降雨时空变异情况。应用三维数据的小波变换方法，给出流域降雨量在特征时间尺度下特征值的时空演变规律。提出水文系统变异性综合评价指标体系，应用突变级数法对指标体系进行计算。通过以上研究，以期从理论上解决水文特征变异的尺度问题，对于准确掌握水文特征变化规律，指导人类合理开发利用水资源具有重要意义。

由于受地理、气候、环境等自然系统的影响，水文系统的变化一直存在着。人类诞生以来，有了人类活动的参与，水文系统在自然演变的规律下，又受到人类活动的干扰，水资源的时空变化将直接影响未来区域的经济发展，因此研究水文特征的变异性显得尤为重要。本项目研究的基本命题是：研究水文特征变异的属性尺度，及水文特征变异随时间尺度、空间尺度变化所呈现的规律。主要内容有：提出水文特征变异尺度的理论体系，给出变异的内涵和尺度的范畴；在径流时间序列特征分析的基础上，基于相关积分的概念提出变异属性尺度的标度指标，建立变异属性尺度的等级体系；从年内分配、年际变化等时间尺度入手，以小波系数的变化特征来分析径流的变化规律及其影响因素；结合变异度概念，建立多种时间尺度下年径流量序列变异度的变化响应；提出基于重心模型的不同空间尺度下降雨变异特征分析模式，以重心的移动方向和距离，分析不同空间尺度下的降雨时空变异情况；应用三维数据的小波变换方法，给出流域降雨量在特征时间尺度下特征值的时空演变规律。项目以珠江水系的北江、北江支流武江、东江、西江等为例，揭示了变化环境下的水文系统基本要素的时空多尺度演变特征。例如，北江流域的代表性结果有：北江流域径流年内分配不均，年际变化大，年径流量序列呈不显著上升趋势，1973年发生了一次径流增量跃变；从对降雨、蒸发、径流系数的分析看，径流在1973年发生了变异，发现城市化发展和水土流失加剧等导致了北江流域径流发生变异；径流年内分配特征的趋势变化和降雨不一致，说明径流年内分配特征发生了变异；对流域内水利工程设施的修建、植被条件、城市化发展情况进行了分析，认为北江流域径流年内分配特征发生变异，主要是受到了上述人类活动的综合影响；从重心移动方向来看，北江流域在1959、1967、1975和1983年移动方向发生了转折，从重心移动的距离来看，降雨重心离多年平均较远的年份分别是1967、1975、1983和2000年；等。通过以上研究，对于完善水文特征变异的尺度问题的理论体系、对于准确掌握水文特征变化规律，指导人类合理开发利用水资源都具有重要意义。