薛联青刘远洪张梦泽王思琪李军

摘要：传统的突变检验方法MannKendall法主要基于线性和概率统计理论，对于高度复杂和非线性的水文时间序列检测能力不足。采用基于非线性动力学参数的样本熵方法，结合滑动技术和滑动移除技术，利用湘江流域1961～2009年多个气象站点日降雨资料和控制站湘潭站日径流资料，对降雨和径流时间序列进行突变检验。结果表明：日尺度降雨和径流时间序列样本熵值最小，复杂度最低，可预测性最高；径流分别在1966年、1983年、1992年以及2002年发生突变，降雨在1966年、1987年以及2002年发生突变；滑动样本熵与滑动移除样本熵相结合不仅能有效地识别突变，更能发现突变前后时间序列的动力学变化特征。

关键词：工程水文学；时间序列；突变检验；MannKendall法；样本熵；复杂度；湘江流域

中图分类号：P333；TV211.1文献标志码：A

0引言

由于气象条件的变化和人类活动的影响，流域下垫面发生了变化，水文系统循环时空范围与尺度发生了改变，造成了水文时间序列的时空变异[13]，而降雨和径流作为水文系统的重要组成部分，其长期变化趋势及突变常与自然灾害相伴生，带来了一系列诸如水文极值事件、洪涝灾害、严重干旱频繁发生等新问题，破坏了水文时间序列的一致性，给人类生产和生活带来不利影响。因此，研究变化环境下的降雨和径流时间序列变异规律，对于研究水资源的演变规律以及治理与合理开发利用水资源具有重要的现实意义。水文时间序列具有高度复杂性、非稳定性、非线性等特征，而传统的突变检验方法主要从线性和概率统计方面进行研究[45]，不能有效识别非线性的时间序列特征和变异前后时间序列的状态趋势，检测能力也不足。……