漳泽水库水文序列突变分析方法比较.pdfVIP

第21卷5期 应用基础与工程科学学报 V01．21．No．5 2013年10月 Oetober2013 JOURNALOFBASICSCIENCEANDENGINEERING 中图分类号：P333 文章编号：1005-0930(2013)05-0837-008文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1005-0930．2013．05．004 漳泽水库水文序列突变分析方法比较 张敬平1， 黄 强1， 赵雪花2 (1．西安理212大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室，陕西西安710048；2．太原理工大学水利科学与工 程学院，山西太原030024) 摘要：受气候变化和人类活动的综合影响，水文序列是一种非线性、非平稳序列． 启发武分割算法是一种新的适用于非线性、非平稳序列分析方法，本文采用传统 的有序聚类分析法和启发式分割算法分别对漳泽水库站天然年径流序列和年降 水量进行分析比较．结果表明，传统的方法检测出水文序列突交点较少，而启发 式分割算法可检测出多个突变点；该站径流量和降水量突变存在同步性；分割后 的子序列变差系数比原序列的小，均值也相差很大；并结合气候变化和人类活动 对突变进行了成因分析；进一步说明启发式分割算法适合于对非线性、非平稳水 文序列进行分析．这一结论为漳泽水库水文分析计算和优化调度提供了科学 依据． 关键词：水文序列；突变分析；启发式分割算法；漳泽水库 在时间序列分析研究中，往往把已经发生的时间序列作为一个整体做分析，并研究其 变化规律．而水文序列的形成受气候变化和人类活动的影响，许多地区径流等时间序列特 征有时会发生显著变化，即突变．因此，突变点分析的研究将成为时间序列研究中的一个 重要方向，它是在水文分析计算和水资源优化调度前需要事先解决的问题．目前检测时间 序列突变的方法主要有：有序聚类分析法，贝叶斯方法，滑动￡、F检测法，秩统计量法等传 统的检测方法u引。但上述方法大都是基于线性和平稳的过程，将其应用于处理非线性、 非平稳的水文序列时存在一定的缺陷．自20世纪70年代以来，诸多学者尝试从非线性的 角度研究检验突变的有效方法，先后提出了R／S分析法、小波分析等方法L4引，并已取得 了一定的成果．这些方法虽解决了非线性的问题，但往往只能找出一个突变点或定性分析 平稳时间序列突变分析的必威体育精装版方法用于研究心率变化o7|，取得了满意的成果．该方法基 于滑动t检验的思想，并在此基础上作了相应的改进，不仅能有效检测到原序列中存在的 均值突变点，而且大大增强了其处理非线性、非平稳序列的能力，还可进行多突变点分析． 此方法已见用于气候、输沙量、最大洪峰流量和降水突变分析怫引，基本上都是通过选用 收稿日期：2012-06-04；修订日期：2013-06-05 学术带头人支持计划 作者简介：张敬平(1969一)，女，博士研究生．E—mail：zhaoxh688@163．tom 838 应用基础与工程科学学报 典型观测站点的单一时间序列进行突变分析，而对降水径流变化突变是否同步的研究较 少．降水径流序列均属非线性、非平稳的时间序列，本文试图采用启发式分割算法对漳泽 水库站进行降水径流突变分析，为水库下一步的水文分析计算和优化调度提供科学依据． 1突变分析方法 由于人为或自然的原因，在水文序列中可能出现突变，这可看作是跳跃的一种特殊情 况．目前检测时间序列突变的方法有多种，各自的适用条件不太相同，本文试图采用传统 的有序聚类分析和适用于非线性、非平稳序列的启发式分割算法进行分析比较． 1．1有序聚类分析 以有序聚类来推求最可能的干扰点丁。，其实质是求最优分割点，使同类之间的离差 平方和较小．对序列戈。(t=1，2，…，n)，设可能分割点为|『，则分割点前后离差平方和表 示为 ■=∑(戈。一；，)2和K一，=∑(戈。一互…)2 (1) 式中，互r 2寺荟戈c，；…2了三至。戈t· 总离差平方和为