基于Hurst系数的流域降雨时空变异分析方法 A Spatial and Temporal Variation Analysis Method of Watershed Rainfall Based on Hurst Coefficient.pdfVIP

第28卷第5期 水文 V01．28No．5 2008年lO月 OFCHINAHYDROLOGY Oct．，2008 JOURNAL 基于Hurst系数的流域降雨时空变异分析方法 谢平，雷红富，陈广才，李晶 (武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072) 摘要：基于Hurst系数能够反映水文序列长期相关性的原理。结合R／S分析方法和分数布朗运动理 论．提出一种从整体上识别与检验时间序列变异及其变异程度的分析方法。该法将变异程度划分为4个 等级：无变异(或弱变异)、中变异、强变异、巨变异；结合GIS空间分析方法，进而建立降雨量的时空变 异分布图。应用该法对无定河流域年降雨序列进行时空变异分析，结果表明无定河流域大部分面积上的 年降雨序列处于无变异或弱变异状态．但也有部分地区如高镇一带处于中变异状态。而且年降雨量有减 少的趋势。该结论对于无定河流域的沙漠化治理、水土保持规划、水资源规划等具有重要的指导意义。 关键词：Hurst系数；流域降雨；时空变异；无定河流域 中图分类号：P333．1 文献标识码：A 文章编号：1000—0852(2008)05—0006-05 1 引言 序列的变异进行表征。本文将基于Hurat系数能够反 由于受气候变化和人类活动等因素的影响．水文 映水文序列长期相关性的原理，结合R／S分析方法[51， 序列在时间上或空间上往往发生变异，即水文序列的 提出一种从整体上识别与检验水文时间序列变异及 分布形式或(和)分布参数在时间上或空间上发生了显 其变异程度的分析方法，然后将其与GIS空间分析方 著变化。表明水文序列不再具有相同的物理成因，其统 法相结合来反映流域水文序列的时空变异特征，并用 计规律不满足一致性的要求。目前对水文序列变异的 该方法对无定河流域年降雨序列进行时空变异分析。 识别与检验方法有很多【lt21．如对趋势变异的检验有：相 2基本原理与方法 关系数检验法、斯波曼(Spearman)秩次相关检验法、坎 2．1 Hurst系数的计算 德尔(Kendall)秩次相关检验法等；对跳跃变异的识别 Hurst通过长期研究尼罗河流量时间序列的变 方法有：有序聚类法、Lee—Heghinan法、秩和检验法、滑 动F检验法、最优信息二分割模型、彤S法、Brown—化，发现数据不服从布朗运动及正态分布的特性，并 Forsythe、Mann—Kendall、Bayesian方法等。上述方法只 是从趋势或跳跃一个侧面对序列的变异情况进行分 持续性或长程相依性。一般采用R俗分析方法御计算 析，没有从整体上(包含周期、趋势和跳跃等)对序列是 Hurst系数。其原理如下： 否发生变异进行判别．也没有对发生变异的序列进行 变异程度的划分。另外。这些方法均是从时间的角度来 正整数丁≥l，定义均值序列： 分析序列变异，不能体现水文序列在流域或区域上的 (1) 空间变异特征。随着“3S”技术的迅速发展，地统计学嘲 万=了1∑f(1)，f=l川2…，n 方法与GIS技术相结合．形成了对空间变异分析更加 用X(t)表示累积离差： 方便的GIS空间分析方法．而Hurst系数141能从整体上 s￡sr