0 前言

降水径流在机理上为线性变化关系，但是近些年来，受人类活动影响，降水径流的非线性逐步突显出来，特别在干旱半干旱区域，降水径流的非线性变化更为突出，出现大水产小流甚至不产流的现象。当前，对于区域降水径流的非线性扰动变化已成为国内学者的研究热点[1-5]。当前，对于区域降水径流非线性扰动响应研究的方法主要为模型评估法[6-9]，结合基于降水径流线性机理的模型对区域降水径流进行模拟评估，当模拟评估值低于0.6，一般认为传统线性模型已不能较好的满足区域降水径流模拟，区域降水径流的非线性扰动响应较为突出。本文结合具有较强理论基础的SLM模型对辽西4个典型流域降水径流的非线性扰动响应进行分析研究。

1 SLM模型

总径流线性响应模型是通过水文系统理论方法（通常为线性卷积方程），建立流域面上总降雨过程与流域出口断面总径流过程之前的转化关系。转换关系并不考虑流域的产流和汇流内部机理。

佛山历史悠久，有1300多年的建城历史，拥有丰富的历史文化资源，是国家级历史文化名城，明清时期是全国“四大名镇”之一，历代留下了不少有历史纪念意义和人文艺术价值的名胜古迹和聚落遗址，不仅如此，佛山还是粤剧的发源地和著名的陶瓷之乡、武术之乡、民间艺术之乡。这些丰厚的人文历史资源既是佛山的宝贵文化财富，也是佛山现代文化发展的坚实基础和潜在优势。

假定流域是一个线性、时不变、集总的确定性水文系统，则降雨径流关系可以用一个线性卷积方程来描述：

 

其中，x（t）为系统输入（流域面上平均降雨），y（t）为系统输出（流域出口断面的总径流），h（τ）为系统作用函数或系统的响应函数。

结合各流域实测水文数据，对各流域降水径流的非线性变化特征进行分析，分析结果见表1及图1。

 

事情过去两天后，项目部副经理开始找我谈话。主题是我在这件事情上欠考虑，影响了正常的生产工作。我脑子热的已经冷静不下来了，心里倍感委屈，觉得自己并未做错什么，冷冷地甩下两句话：“我履行了自己的职责，处罚通报也是经你们同意的，如果你不满意我的工作，可以换人。”随后夺门而出。接下来的几天时间里，我完全没有工作的心，每天就在办公室做做资料，浏览一下网页，再也没去现场。

本文以辽西4个典型的流域作为研究区域分别为白城子、凉水河子、司屯及叶柏寿，其中东白城子水文站以上流域为绕阳河上游，集水面积2 070km2，流域内多年平均降雨量为483.30mm，年平均蒸发量约1 746mm。受东南亚季风影响，降雨时空分布不均，北部少南部多，汛期6-9月占全年的78.70%。凉水河子流域该区多年平均降水量466.9mm，降水量年内分配很不均匀，7、8月降水量占全年的40%―50%。年水面蒸发量大多在800―1 150mm，是全省的蒸发高值区。司屯流域流域内多年平均降水量400―600mm，降雨量年内分配极不均匀，暴雨多发生在7、8月份，而且集中在几场较大暴雨中，其上游植被差，水土流失严重，蓄水能力差。叶柏寿水文站位于第二牤牛河上，集水面积192km2，属大陆性气候，干旱少雨，多年平均降水量487mm，且多集中在夏季，6―8月降水占全年降水总量的70%以上，且多为暴雨。

海螺肉脱腥前共鉴定出33种挥发性成分，脱腥后共鉴定出27种挥发性成分(结果中去除了硅氧烷类化合物)。由总离子流图图4(A，B)可知，海螺肉脱腥后响应值明显降低，说明红茶处理效果显著。

 

可以看出，辽西4个典型区域径流的非线性变化率明显高于降水量的变化率，可见，气候变化不是区域降水径流变化的主因，而径流非线性突变的主因在于人类活动，蓄水工程和水保工程使得辽西干旱半干旱区域的径流非线性突变增强。从图2中可以看出，相比于80年代前，80年代后辽西部4个典型干旱半干旱区域降水径流非线性显著，降水非线性变化率在-3.3%―14.2%，而区域径流非线性变化率在-15.1%―-65.8%。

从水量平衡角度进行分析，总降雨量和总径流量之差就是降雨的损失，流域平均径流系数即为总径流量与总降雨量的比值。

 

2 干旱半干旱区域降水径流非线性扰动响应研究

2.1 区域概况

根据观测的输入、输出资料可以辨识水文系统模型中未知或待确定的部分，对于总径流线性响应模型，水文系统辨识通过观测的流域平均降雨和流域出口断面流量［X（k），y（k）］，推求系统响应函数H（i），通常依据6～10年连续观测的日（或时）降雨径流序列资料进行最优估计，最简单的就是最小二乘法。

2.2 降雨径流的非线性变化特征分析

流域降雨径流系统是一个具有记忆的系统，其记忆时间长度即为流域汇流时间，在流域出口断面形成的流量与之前流域汇流时间内的所有降雨有关，这一点在流域的响应函数和卷积关系中有所反映。流域响应函数并不随着时间而变化，h（τ）中的τ是一个积分变量，与时间无关，也就是说，响应函数是一条固定曲线。总径流线性响应模型其离散表达形式为：

在股份制合作社成立之后，将农民们从山上竹林生产中转移出来，到山下进企业，或自主创业，使农户既方便又赚钱，免去了在家经营林业和外出创业之间转换的时间浪费和辛苦[1]，进一步释放了农村劳动力。对于年纪较大不愿到企业打工的农民，还可参与到合作社的毛竹林培育、管护、砍伐和销售等活动中，解决了农村剩余劳动力的问题。对合作社来讲，可以扩大生产规模，增加科技等现代林业要素投入，发展高效生态的现代林业，在林业领域进行更高层次的创新创业[2]。

而在系统理论中，响应函数之和即为系统的增益因子，即：

 

表1 各流域降水径流非线性变化特征分析结果

  

流域 水文变量 统计值 显著性 非线性突变前后均值/mm 变化率（%）1966-1979 1980-2013东白城子 P 0.68 ns 450.6 465.3 -3.3 Q-2.81 ** 41.6 20.6 -50.5凉水河子 P -0.61 ns 449.1 410.9 -8.5 Q-4.56 ** 49.1 16.8 -65.8司屯 P -0.25 ns 542.5 580.3 -6.97 Q-0.38 ns 42.5 48.9 -15.1叶柏寿 P -0.08 ns 352.7 402.8 14.2 Q-1.98 * 31 19.2 -38.1

 

  

图1 各流域降雨径流非线性变化特征

 

表2 各流域降雨径流的非线性扰动响应模型评估结果

  

流域 模拟期 SLM LPM NSE R2 NSE R2东白城子 率定期（1966-1975） 0.53 0.54 0.53 0.55检验期（1976-1980） 0.36 0.44 0.36 0.41凉水河子 率定期（1980-1989） 0.49 0.49 0.50 0.50检验期（1990-1994） 0.24 0.25 0.23 0.23司屯 率定期（1984-1993） 0.44 0.44 0.43 0.43检验期（1994-1998） 0.25 0.49 0.20 0.43叶柏寿 率定期（1981-1987） 0.46 0.47 0.47 0.48检验期（1988-1990） -0.15 0.31 -0.06 0.31

2.2 降雨径流的非线性扰动响应评估

分别结合线性降雨径流模型SLM模型和LPM模型对各典型流域进行降水径流的线性模拟，结合各模型的评估结果对各流域的降水径流非线性扰动响应进行评估，模型评估结果见表2。

其中，m为流域的记忆长度，即任一输入X的作用效果只持续m个Δt时段，X（k-i+1）为离散化第（k-i+1）个 Δt时段流域平均降雨（mm），y（k）是离散化后第k个Δt时段末出口断面径流（m3/s）或（mm），H（i）是第 i个 Δt时段的系统响应函数，其因次取决于降雨径流的关系。在实际应用中，通常先把径流统一转化为与降雨相同的单位 （mm），则H（i）为无因次变量。

可以看出，在模型率定期和检验期，各流域模型NSE和R2评估值在-0.06―0.55之间变化，两个模型评估值均低于0.6，两种线性模型由于采用定常增益因子，致使枯水期径流偏高、洪水期径流偏低，降水径流非线性均化现象明显，也表明两个线性模型已经不能满足区域降水径流的非线性模拟。这主要是因为受到人类活动影响，辽西4个典型干旱半干旱区域的降水径流非线性变化已经较为突出，传统的基于降水径流线性机理的模型已经不能满足区域的降水径流模拟。需要发展新的基于非线性的模型来实现区域降水径流的模拟。

2.3 不同TSH水平与TG及LDL-C的相关性分析 为进一步分析不同TSH水平与脂质代谢之间的相关性，将女性亚临床甲减人群以TSH 10 mIU/L为分界进行分层，并对不同TSH水平与TG及LDL-C的相关性进行Logistic回归分析，结果显示，TG水平与TSH水平显著相关，尤其是TSH>10mIU/L时TG升高的风险明显增加(β=1.84、OR=4.96、95%CI为1.83～13.51、P=0.002)，4.2 mIU/L

3 结语

（1）人类活动是辽西4个典型干旱半干旱区域降水径流非线性扰动变化的主因，气候变化影响较小。

（2）两种线性模型采用定常增益因子，致使枯水期径流偏高、洪水期径流偏低，降水径流非线性均化现象明显，传统的基于降水径流线性机理的模型已经不能满足区域的降水径流模拟。

（3）本文并未定量分析辽西干旱半干旱降水径流非线性扰动变化的成因，在以后需进行深入研究。

参考文献：

[1]柏玲，刘祖涵，陈忠升，徐建华.开都河源流区径流的非线性变化特征及其对气候波动的响应[J].资源科学，2017，39（8）：1511-1521.

[2]张建军.黄河中游水沙过程演变及水文非线性分析与模拟[D].中国科学院研究生院 （教育部水土保持与生态环境研究中心），2016.

[3]王巧娟.白龙江流域降水径流变化趋势研究[J].水利规划与设计，2015（4）：41-44.

[4]刘祖涵.塔里木河流域气候—水文过程的复杂性与非线性研究[D].华东师范大学，2014.

[5]武夏宁，江燕.年径流预报的非线性混合回归模型研究[J].中国农村水利水电，2010（11）：8-10+14.

[6]王巧平.天然年径流量系列一致性修正方法的改进[J].水利规划与设计，2003（2）：38-40.

[7]赵玉涛，余新晓，张志强，邓燕，程根伟.长江上游亚高山降水与径流时间序列的非线性特征[J].北京林业大学学报，2002（4）：72-74.

[8]万蕙，夏军，张利平，宋霁云，佘敦先.淮河流域水文非线性多水源时变增益模型研究与应用[J].水文，2015，35（3）：14-19.

[9]夏军，王纲胜，谈戈，叶爱中，黄国和.水文非线性系统与分布式时变增益模型[J].中国科学（D 辑：地球科学），2004（11）：1062-1071.