基于小波理论的呼伦湖流域水文序列随机分析

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呼伦湖流域近年来由于气候变化和人类活动影响,导致呼伦湖流域植被退化、土壤沙化、生物多样性减少、呼伦湖急剧萎缩及其湿地功能下降。论文针对上述问题,经过野外调研和室内实验,明晰呼伦湖流域水质现状;应用小波理论对呼伦湖流域的水文序列进行复杂度和多尺度周期性分析。主要结论如下:⑴沿克鲁伦河和乌尔逊河附近地下水水质EC和Salinity变化趋势相似,数值波动范围也相似,水质呈弱碱性。分析克鲁伦河和呼伦湖的地表水可知,所监测的水质指标均在河水向湖水转变时发生突变,数值明显变大。⑵应用小波理论对呼伦湖流域的克鲁伦河和乌尔逊河水文序列进行分析研究,发现在不同年、月际间克鲁伦河径流量水文变化过程比乌尔逊河复杂强烈;克鲁伦河和乌尔逊河水文序列月际间变化复杂程度均大于其年际间变化复杂程度。Db5小波能较好的应用于呼伦湖流域水文序列年径流量的小波计算中;Db4小波比较适合呼伦湖流域水文序列月径流量的计算。⑶应用小波理论对克鲁伦河和乌尔逊河的年、月径流量序列多尺度分析可知,两条河流水文变化情况相似,均在25年左右表现出明显周期性,12年左右发生一次丰枯水期的变化。由此可推及呼伦湖流域水文序列变化规律:呼伦湖流域约在1963~1975年、1987~2000年为丰水期;而约在1975~1987年、2000年至今为枯水期;突变年发生在1975年、1987年和2000年,这些年发生丰枯水期的转变。呼伦湖流域从2000年进入枯水期,预计在2012年左右缓慢进入丰水期。预计未来两年呼伦湖流域仍处于枯水期,呼伦湖湖面面积可能仍会减小,但在2012年以后随着丰水期的来临,可能会减轻湖水萎缩、水位下降这种情况。但由于丰水期是一个缓慢上升的时期,所以呼伦湖的水位得到回升,还得需要很长时间。
摘要第3-4页
Abstract第4页
1 绪论第9-16页
    1.1 研究背景第9页
    1.2 研究意义第9-10页
    1.3 研究进展第10-13页
        1.3.1 小波理论研究进展第10-11页
        1.3.2 呼伦湖流域研究进展第11-13页
    1.4 论文研究内容及技术路线第13-16页
        1.4.1 研究目的第13页
        1.4.2 研究内容及创新点第13-15页
        1.4.3 论文技术路线第15-16页
2 研究区域基本概况第16-27页
    2.1 研究区域地理位置第16-17页
    2.2 研究区气候特征第17-24页
        2.2.1 气温第17-18页
        2.2.2 降水第18-19页
        2.2.3 积雪第19-20页
        2.2.4 风速第20-21页
        2.2.5 日照第21-22页
        2.2.6 蒸发第22-24页
    2.3 研究区水文特征第24-27页
        2.3.1 呼伦湖流域水系概况第24-25页
        2.3.2 主要河流水文特征第25-27页
3 呼伦湖流域水质现状分析第27-36页
    3.1 呼伦湖流域地下水空间分布特征第27-28页
        3.1.1 地下水水质空间分布特征第27-28页
    3.2 克鲁伦河水质现状第28-33页
        3.2.1 克鲁伦河沿流向地下水水质变化规律第29-30页
        3.2.2 克鲁伦河地下水相关性分析第30页
        3.2.3 克鲁伦河和呼伦湖地表水变化特征第30-31页
        3.2.4 克鲁伦河和呼伦湖地表水相关性分析第31-32页
        3.2.5 克鲁伦河沿流向地下水和地表水水质变化特征第32-33页
    3.3 乌尔逊河水质现状分析第33-34页
        3.3.1 乌尔逊河沿流向地下水水质变化规律第33-34页
        3.3.2 乌尔逊河沿流向地下水相关性分析第34页
    3.4 本章小结第34-36页
4 基于小波理论的呼伦湖流域水文序列复杂性分析第36-58页
    4.1 小波分析的基本理论第37-39页
        4.1.1 连续小波变换第37页
        4.1.2 离散小波变换第37-38页
        4.1.3 小波消噪理论第38-39页
    4.2 基于离散小波变换的水文序列分维估计第39-54页
        4.2.1 水文序列统计自相似性第40页
        4.2.2 基于小波分析的Α估计式第40页
        4.2.3 基于小波分析的分维 D 估计步骤第40-41页
        4.2.4 水文序列分维估计第41-49页
        4.2.5 水文序列月径流总量分维估计第49-54页
    4.3 基于小波分析的水文序列信息量系数计算第54-57页
        4.3.1 小波变换第54页
        4.3.2 能量概率分布第54-55页
        4.3.3 信息量系数第55页
        4.3.4 水文序列信息量系数计算第55-57页
    4.4 本章小节第57-58页
5 小波分析在水文系统多时间尺度分析中的应用第58-75页
    5.1 水文系统多时间尺度分析的小波分析法第58-59页
        5.1.1 小波变换系数图第58页
        5.1.2 小波方差第58-59页
    5.2 年径流量多时间尺度变化特征第59-66页
        5.2.1 克鲁伦河(阿拉坦额莫勒站)年径流量多时间尺度变化特征第59-62页
        5.2.2 乌尔逊河(坤都冷站)年径流量多时间尺度变化特征第62-66页
    5.3 月径流量多时间尺度变化特征第66-74页
        5.3.1 克鲁伦河(阿拉坦额莫勒站)月径流量多时间尺度变化特征第66-70页
        5.3.2 乌尔逊河(坤都冷站)月径流量多时间尺度变化特征第70-74页
    5.4 本章小节第74-75页
6 结论与展望第75-77页
    6.1 结论第75页
    6.2 展望第75-77页
致谢第77-79页
参考文献第79-82页
作者简介第82页
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