合水水库径流变化的小波分析

【摘要】小波分解有效地区分一维信号的区域变化和局部细节,是进行径流时间序列分析的有效方法。该文根据合水水库1958~2003年的实测径流月序列资料,采用小波消噪、db10的分解方法得出,1976~2003年合水水库的入库径流量表现出周期性变化,且周期为6~7 a;并且从1961~1963年开始,呈现出每隔10 a出现一次月径流量极大值的变化规律。

小波变换是20世纪80年代初兴起的信号分析手段,其实质是对原始信号的滤波过程。

小波分析的基本原理是把原始信号转化到时间-频率的平面上,把被原始信号掩盖的信息在时频两域上显示出来。一般地,高频信号持续时间短,低频信号持续时间较长,小波分析是一种时间窗和频率窗都可以改变的分析方法,因此小波分析在时频两域都具有很强的表征信号局部特征的能力。由于径流量的大小是多种影响因素综合作用的结果,呈现出复杂的周期变化特性,并且表现出多时间尺度的特性。因此利用小波的伸缩和平移方法,用一簇函数表示或逼近原始径流信号,将径流序列存在的内在变化规律显现出来。本文以合水水库1958~2003年的月径流序列资料为研究对象,采用小波变换方法分析该水库入库径流量的特征。

合水水库位于宁江流域上游,主要有2条支流,右支流罗岗水,设有潭坑水文站(F=295km2);左支黄陂河设有甘砖水文站(F=205km2)。

合水水库干流河长为525km,河道比降为00031。该水库集水面积为600km2,占宁江流域面积的406%。合水水库为湖泊型的大(2)型水库,始建于1957年,建成46年间多次扩建,现总库容为1147亿m3,正常库容为5105万m3。水库的实测最大年均降雨量为22641mm(1997年),最小年均降雨量为9314mm(1991年),年平均降雨量为15508mm,年平均径流深为7403mm,径流系数为0463。汛期为4~9月,其降雨量约占全年的789%,其中5~6月就占全年的365%。径流来自于降雨,进库年径流量最大为9572694万m3(1983年),最小为963861万m3(1963),多年平均进库径流量为4441563万m3。

1小波分析基本方法

11小波变换的基本原理

小波变换是一种同时具有时间分辨率和频域分辨率的分析方法,它能很好地弥补傅立叶变化在分析非平稳信号时表现出的不足。当()满足容许条件[1]C=R|^()|2||d<时,(t)为一个母小波,具有震荡特性,能迅速衰减到零的一类函数。将母函数(t)经伸缩和平移后得:a,b(t)=|a|-12(t-ba),(a,bR;a0)其中,a为伸缩因子;b为平移因子。