文摘

我们建造了一个相似性模型(基于欧几里得距离降雨和径流)研究time-correlated降雨径流特征相似上游红河盆地和提出了一个详细的评估降雨径流时间相关的相似性。降雨径流相似性是用来确定最优相似。结果表明,time-correlated模型被发现能够预测上游红河流域的降雨径流相似一个令人满意的方法。噪声和去噪阈值的小波系数时间序列的应用来验证模型的准确性。和相应的最优集获得类似方程解条件显示一个有趣的和稳定的趋势。总的来说,年平均相似性提出了一个逐渐上升的趋势,为定量评估全面的气候变化和人类活动对降雨径流的影响相似。

1。介绍

了解降雨和径流之间的关系是至关重要的有效管理和利用稀缺的水资源。特别是云南是很重要的,水资源短缺和干旱盛行连续三年。

在红河盆地、水道的变化和水文政权,水土流失、泥沙沉积,水污染,生物多样性的丧失和其他跨境问题吸引了国际社会的关注1]。保护,合理管理和利用水资源成为关键问题是国家层面的战略规划。在过去的半个世纪里,森林砍伐和水土流失在云南干旱的根本原因。气候变化和人类活动的影响下,上游红河流域的生态环境条件进一步恶化,直接影响水资源的状态的红河流域的中下游。降水是红河流域水资源的主要来源。我们都知道,降雨和径流是相关的和一致的。然而,这种相关性经常显示一个大波动,气候变化和人类活动的共同作用对生态环境负责的降雨径流关系自2001年以来在红河上游。

先前的研究[2- - - - - -5)专注于对降雨径流关系建模。一般来说,这些模型包括模拟降雨径流在给定的序列。然而,大多数这些研究表明降雨和径流呈现相似的变化。在[6),1970 - 2005块标准化流域年均径流和降雨透露类似的变化。Zhang et al。7)发现的降雨和径流趋势是相似的。但由于复杂的气候和人类活动在不同地区,降雨和径流的相关系数显示了一些波动。

因此,降雨径流相似性是不可避免的,应该调查。我们的目标是定义降雨径流流相似关系。事实上,生态恶化和人类活动的影响,降雨和径流的相似性越来越突出。探索一些time-correlated这些波动的降雨径流规律相似是一个非常有趣和具有挑战性的工作。

我们的主要贡献如下。(1)我们构建了一个基于欧氏距离的相似性模型之间的降雨和径流(部分3)。(2)我们提出了一个详细的评估降雨径流时间相关的相似性(部分3)。(3)我们提出了估算的年平均相似度的联合影响气候变化和人类活动对生态环境(部分4)。

2。数据采集

探讨time-correlated上游红河流域的降雨径流特征相似,我们进行了详细调查使用10年(2001 - 2010)的日常测量降雨和径流数据如下。

2.1。研究区域

图1红河流域的水系统图。Da-dong-yong水文站标有红色圆圈是位于云南大理州Najian县,在东经100°34′,北纬25°04′。1958年本站水利局成立的云南省农业部门。自1988年以来,基本截面87米向上迁移,流域面积达到2628平方公里。这是一个典型的省级重要的红色上游流域水文观测站。车站主要是负责收集基本的水文信息在红河上游Yuanjiang河盆地,为水资源的保护和开发提供服务,控制洪水,干旱和减灾。

2.2。数据处理

每天的降雨和径流时间序列的获得的水文站点Dadongying(图1)。

记录的范围从2001年到2010年,作为显示在图2。对于时间序列数据,周期性变化引起的噪音或一些机制应该确定。我们需要找到一个方法来消除噪音和反映真实水文数据的趋势。小波分析被应用于降雨径流关系的调查7- - - - - -9]。

本文运用时间序列的输入信号通过阈值的小波系数。

信噪比(通常缩写为信噪比或S / N)是一个测量用于科学和工程的水平相比,期望信号的背景噪音。它被定义为信号功率噪声功率的比值。率高于1:1表示比噪声和信号可以应用于任何形式的信号。

我们信噪比定义为 代表了矢量信号,表示输入信号的去噪版本。

图3显示,时间序列的小波方法去噪降雨和径流值。通过选择不同的参数小波函数,在一个更高的信噪比。降雨时间序列的信噪比是18.31,径流系列的信噪比为64.25。

很明显,降雨和径流呈现周期变化(10,11]。然而,径流数据显示明显的振荡和不稳定,这表明径流等其他因素影响蒸发量和植被覆盖率(11]。

3所示。建模

平等的环境假设的分析。数据得到了降雨和径流的水文站点的Dadongying上游红河盆地。不同地区的降雨和径流不分析。数值降雨和径流之间的相似性只是调查。结果表明,基于欧氏距离的线性数值相似之处。特别是,年平均相似度增加表示生态恶化和人类活动的影响降雨和径流的相似性。此外,对于噪声数据,小波分析被用来减少噪音。和信噪比测量,以确定噪声水平。节4本文讨论了噪声的影响的关键参数建模的数据。

首先,在本文所选择的数据集是为探索降雨和径流之间的密切关系。越来越多的研究(6,7)表明,这种关系是重要的和有价值的获取环境变化和人类活动对生态的影响。第二,相似度分析也可以由估计欧几里得距离参数(12),然后降雨和径流集之间的最小距离被定义为相似,由计算得到的目标函数绝对值因此,特定的表1得到方程解的条件。第三,相似模型的参数由最小二乘法以适应最小距离。

降雨径流模型包含如此多的方法(13- - - - - -19]。本文研究了相似的关系。根据降雨和径流之间的相似性,我们需要构建一个映射规范数据。这种映射不能改变曲线的形状,所以我们用了降雨和径流之间的欧几里得距离量化相似关系。

第一步。最初的和去噪降雨径流信号阈值的小波系数得到,如图2和3。

第二步。规范化的数据从10年的年降雨量和径流值是通过一个线性变换: 如图4。

第三步。规范化的降雨和径流之间的欧氏距离计算,和距离之和的最小值被定义为降雨和径流的相似性。

我们的年降雨量在2001年定义为“”,其坐标表示为(2001)。年降雨量的其余部分是由“”。例如,坐标在2002年写成(2002年)。同样,年径流量2001年被定义为“”,其坐标表示为(2001,)。其余的由“”。例如,对应点的欧氏距离(2001年)和(2001年)计算。

使用这种转换,年降雨径流曲线的形状保持不变。相似模型基础上建立了降雨和径流之间的距离来计算最小值目标函数(定义为)。

目标函数是 相似度函数 代表了年径流值,年降雨量的值。在本文中,“”是指从2001年到2010年十年。一个人 让,那么目标函数可以简化为

4所示。结果和讨论

建立了一个简单的相似模型来计算降雨和径流之间的欧几里得距离的最小值。解决方案的结果表明,相应的约束或范围也提出了一个有趣的和稳定的趋势如表所示1。偶数年,相应的约束条件是一个范围或间隔,奇数年,相应的约束条件是范围的边界值。

之间的相似度最小值降雨和径流通过计算目标函数如图5。这是注意到最小值相似的演变与时间大约是线性分布。最小二乘法用于适应初始和运用时间序列。降雨和径流的模型相似关系红河流域上游的决心。公式如下:

然后我们考虑结果参数的敏感性。长期的数据(9年)与噪音,,,在去噪的情况下,,,而在短数据(8年)噪音,,,在去噪的情况下,,。显然,这个模型的关键参数显示一些波动。然而,这种建模方法可以应用在其他地区。

在不同地区,降雨径流相似仍然存在(6,7]。虽然本文调查红河流域上游,其他组值在其他地区也可以计算通过使用这个模型,但模型的参数不会是相同的。

下图显示了拟合曲线和相关系数。

为了验证模型的准确性,我们计算相对误差用2010年的数据。相似的预测价值是11307,观测值是12172。事实上一个积累误差从2001年到2010年获得年度误差为86.5。我们获得了相对误差为0.0071,一年一度的误差和观测值之间的比例。

图7清楚地显示,年平均相似度逐渐上升的趋势。即使很难单独的哪一部分的年平均相似度增加是由于气候变化单独或与人类对生态环境的影响。根据历史数据记录,在2005年,它往往是最潮湿的夏天。然而,云南在中国遭受了最严重的初夏干旱在过去50年。图6清楚表明降雨量增加,径流减少。同时,这个指数从2005年平均相似性提出了波动。

此外,根据云南省水资源公报》从2002年到2004年,2002年和2004年属于年平均河流水位。但2003年是相对干燥,在过去的五年里遭受了最严重的干旱。显然在表1从2002年到2004年,特别设置了一些波动。而在2003年,相似模型的约束条件到达最大值点。图7进一步显示了上下2003年的年平均相似性。这是非常有趣的研究相比之下,我们的生态环境的变化降雨和径流之间的相似度。

5。总结

在本文中,我们研究了上游红河流域降雨径流类似的模式。规范化的降雨径流值是通过一个简单的线性变换。降雨径流模型相似性建立了确定最小的降雨和径流之间的欧氏距离。原始和去噪阈值的小波系数时间序列的应用来验证该模型。结果表明,降雨径流相似度是一个很好的time-correlated相关系数高的特点。相似模型的最小值获得时,相应的约束或范围也提出了一个有趣的和稳定的趋势。年平均相似性表现出逐渐上升的趋势;换句话说,降雨和径流模式之间的最小距离上游红河盆地是增加。所有这些变化是由于气候变化和人类活动的综合影响降雨径流相似。

研究降雨和径流的相似关系具有重要意义。根据我们的研究结果,会议的约束或范围降雨径流相似的最小距离是越来越小。然而,目标函数值相似的降雨和径流总是跟着一个线性分布,和下一年度的相似关系可以预测降雨和径流。特别是,年平均相似的趋势反映了外部环境的变化对水文和水资源的影响系统。

符号列表

:	输入信号
:	运用时间序列
:	信噪比
:	年降雨量在2001年
:	年径流值
:	从2001年到2010年
:	常数
:	目标函数的最小值
:	目标函数
:	规范化数据
:	2001年年度径流
:	年降雨量的值
:	的差异和。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(批准号51174105)。作者也深深感激帮助审查由匿名评论者的评论和建议。