水系分形特征对流域径流特性的影响——以赣江中上游流域为例

以赣江流域中上游的8个水文站点所控制的流域为研究对象，以水系分形维数为指标来描述流域水系特征，以Hurst指数为指标来描述流域径流序列复杂性，研究两者之间的关系，并分析流域水系特征、水系变迁对流域旱涝灾害的影响。研究表明，流域水系分维数越高，水系越复杂，其径流深序列Hurst指数则越高，其径流过程则越简单，反之亦然。径流序列的复杂程度在一定程度上可以反映出洪涝干旱灾害发生的可能性，径流越复杂，则洪涝干旱灾害发生可能性越高。因此，一般来说水系分维越高，水系越复杂，则洪涝干旱灾害发生的可能性也就越低。各流域水系分维与径流深序列的关系，可以在一定程度上说明水系变迁对洪涝干旱灾害的影响：在气温、降水、地形、植被等要素变化不大的情况下，水系、河网消亡将增加洪涝灾害和干旱灾害发生的可能性。     

鄱阳湖流域千年旱涝变化特点及R/S分析

为揭示鄱阳湖流域旱涝变化规律,预测未来变化,搜集整理了鄱阳湖流域地方志、奏折等古文献记载的旱涝记录,根据灾害现象、灾害后果、救灾情况等综合研判旱涝等级。对1160~1950s旱涝频次序列进行了变化周期分析。采用了R/S方法分析了年代际旱涝频次的Hurst指数,结合变化周期分析结果,对1950s以后鄱阳湖流域的旱涝频次变化趋势进行预测,采用基于1951~2010年器测降水量的SPI指数进行验证。研究结果表明:1160~1940s鄱阳湖流域及各子流域的干旱、洪涝频次呈波动变化,周期性变化明显,干旱、洪涝的3~6个年代周期段在整个时段内均非常显著,通过了95%的信度检验;鄱阳湖流域及各子流域的年代际干旱频次的Hurst指数普遍在0.7~0.8之间,洪涝在0.8~0.9之间。预测1950s后鄱阳湖流域年代际旱涝频次整体变化将呈阶段性上升趋势,经验证预测结果与实况较为吻合。     

基于洪旱灾害的雅鲁藏布江流域水资源脆弱性时空差异分析

水资源脆弱性分析是确立区域水资源问题和调控水安全的重要环节。雅鲁藏布江流域水资源丰富,但时空分布不均,洪旱灾害频发、经济欠发达,导致水资源脆弱性明显。基于1965～2014年的气象月尺度数据,分析流域降水分布特征、确定其干湿分区;采用标准化降水指数认识流域洪旱灾害时空分布状况,并从洪旱灾害及沙漠化、供用水及用水效益、调控能力3个方面构建流域水资源脆弱性指标评价体系,运用熵权法分析时空差异特征。结果表明:(1)流域多年平均降水量458 mm,空间上从西北向东南方向递增,上游日喀则市大部、中游拉萨市和山南地区属于中等干旱区,下游林芝市为湿润区;(2)流域内4区/市均易发生春旱和盛夏洪涝,干旱灾害发生率高于洪涝灾害发生率,拉萨市和林芝市易发生干旱重灾,山南地区易发生洪涝重灾;(3)流域及4区/市在2005～2014年间水资源脆弱性均呈下降趋势,山南地区、林芝市的降幅大于日喀则市、拉萨市;(4)流域水资源脆弱性的主导因子为干旱、洪涝、用水效益、管理能力、地区生产总值。流域水资源脆弱性特征为由洪旱灾害主导、调控能力弱、水资源利用效率低。     

四川盆地丘陵山区局地水系空间格局与地形因子的耦合

应用ArcGIS技术，结合分形分维理论和统计分析方法，选取了重庆市忠县拔山镇的石门水系和五一水系作为研究对象，探讨了局地水系与地形因子的耦合影响关联度。结果表明：（1）岩石地层显著地影响局地水系空间格局。水道级别越高，越趋近分布于地势较低的地层中；（2）海拔高度、坡度、地形起伏度、地表粗糙度和地表切割深度与局地水系空间格局的关系拟合较好。水系发育程度越高，其空间格局与地形因子的耦合特征表现得越明显，各不同级别间水道的空间格局分布越呈现出一致变化的趋势 ；（3）五一水系的分维数〖WTBX〗DB=105，石门水系的分维数DB〖WTBZ〗=100，两水系的地貌形态都正处于幼年期，五一水系地面分割比石门水系更为破碎，局地水系的分形维数值可以用来判定局地地貌的侵蚀发育阶段     

基于AFI指数的汉江上游流域洪涝突变辨识

洪涝灾害往往容易在短期内突然发生，从而造成巨大的人员伤亡和财产损失，但目前有关突发性洪涝现象的甄别与分析并没有达成共识。在利用标准化前期降水指数SAPI(Standardized Antecedent Precipitation Index)评估出逐日洪涝状态的基础上，提出突变性洪涝指数AFI(Abrupt Flood Index)以综合反映水量由前期（当天）到后期（后10天）突变及后期洪涝程度，同时定义并计算AFI阈值AFI_t，认为AFI超过AFI_t的日期为临界状态，后期将发生突变性洪涝事件。以汉江上游流域为例计算出该流域1972~2017年逐日AFI指数，并利用AFI_t判别出了处于临界状态的日期。进一步分析表明，AFI指数能够较好地反映突变性洪涝现象，利用AFI指数甄别出的洪涝临界状态有利于识别流域突变性洪涝事件并有助于流域水资源系统应急管理。     

1961~2015年西南地区降水及洪涝指数空间分布特征

利用西南地区98个气象站连续完整的日降水序列数据，整合降水强度、持续性指数及等级指数形成降水指数体系并研究该区域降水及洪涝指数的空间分布特征，得到以下主要结论：（1） 1961~2015年，西南地区年降水量（PRCPTOT）与极端降水量（R95PTOT）都呈现出“东多西少、南多北少”的分布形态；持续降水日数（CWD）则表现为“南高北低、西高东低”的分布格局。区域多年平 均PRCPTOT、R95PTOT、CWD分别以-13.12 mm/10 a、1.34 mm/10 a、-0.29 d/10 a的速率变化。（2）西南地区不同等级降水日数具有相似的空间分布特征，均呈现出“南高北低、东高西低”的分布形态。（3）西南地区洪涝强度指数呈由东北向西南递减的分布特征；降水总量越多的地区，洪涝强度反而越低，主要由于单站洪涝强度表征的是降水的波动情况，降水量越多波动越不明显。21世纪以来，该 地区洪涝等级以重级为主，2010年以来连续多年出现特重级洪涝。此外，洪涝强度越大，区域性年度灾害等级越高。该研究对于掌握西南地区极端气候变化规律，从而服务于防灾减灾具有一定的理论意义。     

近60多年来滇池流域干旱特性及重现期分析

根据滇池流域3个气象站、3个水文站、2个水位站、14个水库站建站(1950 s)至2014年的逐月(日)气象、水文观测系列,采用标准化降水指数(SPI)、标准化径流指数(SRI)以及干湿指数(Ia)三类干旱指标,按游程理论识别干旱事件、确定干旱历时和干旱烈度两个特征变量;通过小波分析揭示干旱历时和烈度的周期性规律;运用Gumbel Copula函数构建干旱历时和烈度的联合分布,计算干旱联合、同现重现期,及前一场干旱影响下的后一场干旱发生的条件重现期。结果表明,滇池流域干旱趋于严重;气象、水文、农业3类干旱的干旱历时或烈度,均具有100年以上变化周期;近期的干旱(2012-02~2013-04)为1950 s以来最严重干旱,联合、同现重现期分别达120.48和224.41 a,受上一场特大干旱(2009-05~2010-03)的影响,条件重现期高达271.82 a,持续干旱的叠加效应加剧了旱情和灾害程度。从滇池水位变化、区域大气环流异常、三类干旱规律、干旱史料文献及湖泊沉积物等多方面对比分析,印证了成果的科学合理性。     

鄱阳湖径流量时间序列的混沌特征分析

流域径流受诸多因素影响，变化复杂，仅凭观测站统计数据难以发现其演变规律。以混沌理论为基础，以鄱阳湖入湖外洲站、李家渡站和渡峰坑站的月径流时间序列为研究对象详细说明了求取时间序列中混沌特征数的方法。首先利用C C方法选取相空间重构参数即时间延迟〖WTBX〗τ和嵌入维数m〖WTBZ〗，在此基础上进行相空间重构，采用G P关联积分法计算关联维数和Rosenstein小数据量法计算最大Lypanuov指数。结果表明鄱阳湖入湖外洲站、李家渡站和渡峰坑站的月径流序列的饱和关联维数非整数，同时最大Lyapunov指数也为正数，这充分说明鄱阳湖入湖外洲站、李家渡站和渡峰坑站的月径流序列均具有明显的混沌特征。而且通过最大Lyapunov指数和关联维数的计算表明鄱阳湖入湖的外洲站月径流复杂程度最大，混沌特性最强，对初值的敏感性最强，李家渡站次之，渡峰坑站最小     

南盘江流域近30年季节性干旱时空分布特征

根据南盘江流域22个水文站、雨量站31 a（1979~2009年）的逐月降水资料,选用标准化降水指数（SPI）为研究指标,以11~3月为研究时段,统计近30 a来5个月时间尺度的干旱站次,分析南盘江流域季节性干旱特征;以11~3月5个月时间尺度的SPI多年平均值为指标,进行空间插值,分析南盘江流域干旱的空间分布特征。结果表明：（1）从年际上看,SPI总体上30 a来（1980~2009年）呈下降趋势,气象干旱加剧;从年代际上看,1995年以后气象干旱程度有加剧趋势;（2）南盘江流域各个地区都会发生不同程度的气象干旱,旱情总体上由南向北递增,东北部各站点11~3月的降水占全年的比例相对较小,流域内东北部干旱最严重;（3）南盘江流域冬春连旱较严重,应加强水利工程建设,为防旱、抗旱做好相应的准备措施     

1951年来洪泽湖流域面雨量变化特征与趋势分析

降雨是诱发洪涝灾害的主要因素，降雨特性的研究对流域洪涝风险防范具有重要意义。采用距平分析、Mann Kendall检验和重标极差R/S分形分析等方法，对1951年来洪泽湖流域年面雨量的变化特性和趋势进行分析。结果表明:在气候变暖的影响下，近58 a来流域年雨量波动幅度较大，面雨量总体呈现增加的趋势，但增加趋势不显著，面雨量异常时往往导致洪涝发生。在变化阶段上，年面雨量经历了1950s到1970s的年代际减小和1980s以来持续增加的两个阶段，且年雨量在1965年和2003年左右出现降雨突变异常并导致严重洪涝灾害。Hurst分形指数为0.538，表明未来流域年面雨量具有持续性和长程记忆效应，雨量仍然呈增加趋势，并具较大随机性，说明未来降雨变化具有较大的不确定性特征。洪泽湖流域降水变化特性和未来变化趋势的规律认识对流域风险防范具有重要意义。     

基于流域地形地貌特征的分布式汇流方法

以长江三峡区间沿渡河流域为例,采用HEC-HMS水文模型系统为模拟工具,基于流域下垫面特征和水动力条件提出了一种分布式单位线方法,并应用于降雨径流过程模拟。以自然分水线划分子流域,基于DEM数据和GIS工具提取河网水系特征。采用7种模型评估指标,分别从总量平衡,过程拟合,高水流量和低水流量4个角度评判模型的模拟效果及精度,并给出了模型模拟结果的量化统计指标。模拟结果表明:25场洪水中,洪峰流量相对误差小于20%的有80%,径流深相对误差小于20%的有96%,Nash-Sutcliffe效率系数大于0.8的有84%。由此可知,提出的分布式汇流方法可有效利用流域下垫面特征和GIS工具提取模型参数信息,适应于无资料流域的降雨径流过程模拟应用。     

长江中下游洪水灾害成因及洪水特征模拟分析

长江中下游地区洪水灾害的发生是自然地理条件及人类活动共同作用的结果。流域水系构造和地理特征决定了其洪水多发性,气候变化和土地利用/地表覆盖变化导致该地区水循环过程发生较大改变,而大量水库、堤防的建设以及城市化的发展使得洪水过程发生显著变化,因此在各种因素的综合作用下,长江中下游地区近年来洪水灾害频繁发生。综述了气候变化对长江中下游降水的影响,探讨了长江中下游水系特征与洪水灾害的关系,分析了人类活动对洪水灾害的影响规律,在此基础上,开展了气候和下垫面特征变化条件下的暴雨洪水模拟研究,以长江下游太湖东苕溪流域的南苕溪为研究区,进行了流域降雨径流过程的动态模拟验证和特征分析,并取得了较满意的成果,从而为长江中下游地区防洪减灾研究打下了基础。     

三种综合气象干旱指数在洞庭湖流域的适用性分析

结合洞庭湖流域水文气象特点,从不合理跳跃点、统计特征、区域干旱以及空间分布等方面综合分析了3种气象干旱指数在该流域的适用性及可靠性。评价结果表明：（1）NCC2CI与CInew指数均可较好解决传统CI指数评估中出现的不合理震荡、旱情加剧等不足,且该指数对长历时干旱表现较为敏感,对短历时干旱存在漏测的可能性;（2）对具有较大烈度特征的干旱事件,NCC2CI指数虽然能较好地监测出等级较高的干旱强度,但对极端干旱强度的特征表征有所不足;（3）干旱NCC2CI指数较好地延续了传统CI指数的统计特性以及空间分布特性,反映出的某时段较大降水对日后的影响时段为20~40 d,指数表征更加符合干旱发生的过程。而CInew指数反映的影响时段为45~70 d,且在空间分布上变化较大,应用可靠性相对较差。综合比较分析表明,NCC2CI指数在洞庭湖流域更具实用性,研究结果对其它类似流域干旱评估具有一定参考作用     

气候变化对鄱阳湖流域干旱灾害影响及其对策

以我国历史气候变化的事实与过程重建的成果为基础，以历史文献为依据，分析了两宋以来鄱阳湖流域气候变化与洪水干旱灾害发生的关系，结果表明，不管气候处于温湿期还是冷干期，发生洪水灾害的频率没有显著区别；但是当气候处于冷干时期，发生干旱灾害的频率增大，特大干旱年和连续干旱年组频频出现。利用气象、水文资料统计分析表明，最近60 a来，气温呈现增高趋势，逐年的日降水强度明显增加，洪水干旱等极端事件发生更加频繁。为了更好地应对干旱灾害，必须加强水需求管理、坚持节约用水为先；加强病险水库的治理，使其充分发挥作用；对现有水利工程进行再评估，实施适应性管理，充分挖掘工程潜力；加大力度，新建与自然和谐相处的水利工程     

基于Paircopula函数和标准化径流指数的水文干旱频率分析——以南盘江流域为例

选取南盘江流域3个水文站52 a（1961~2012年）的逐月径流资料，联合两个相邻站点，分别计算标准化径流指数（SSFI），运用游程理论识别52 a来不同站点干旱特征，并用Pair copula函数计算不同站点的联合重现期。结果表明：（1）52 a来3个站点干旱特征值的最大值都出现在2011~2012年；从单个站点看，52 a来沾益站的干旱次数、最大干旱历时、最大干旱烈度均大于高谷马站和江边街站，最大干旱峰值出现在江边街站；从联合站点看，中游以上高谷马站和沾益站的干旱特征值均大于中游以下高谷马站和江边街站，3个站点联合识别的干旱特征值大于中下游站点联合识别干旱特征值，小于中上游站点联合识别干旱特征值，上游干旱更严重；（2）Frank Pair copula函数的RMSE、AIC和BIC值最小，拟合程度最高，适合运用于南盘江流域干旱频率分析中；（3）运用Frank Pair copula函数计算得到3个水文站点2009~2012年的连续干旱重现期都在100~200 a，是52 a来最严重的一次干旱     

基于卫星降水的鄱阳湖流域旱涝分析及其可靠性检验

基于热带测雨卫星(TRMM)３B４２降水数据,通过Z 指数方法对鄱阳湖流域１９９８年１月~２０１０年１２月
旱涝的时空分布进行分析,并利用流域内１５个雨量站观测降雨数据同样采用Z 指数方法分析流域旱涝变化,与
TRMM 结果进行对比,检验其精度和可靠性.结果显示:TRMM 降水与地面雨量站观测降雨具有较高的一致性,
能正确反映流域的降水情况;其计算的Z指数在１９９８~２０１０年以０为中心呈锯齿状增大减小交替变化,所反映的
洪涝事件主要发生在４~６月,占全年的６０％左右,而干旱主要发生在９月~翌年１月份,其与鄱阳湖流域降水的
年内分布特征是一致的;同时,基于TRMM 降水反映的流域旱涝等级与降雨量的空间分布基本一致,TRMM 降水
能够用于流域旱涝的空间分布监测.     

湖北省旱涝灾害的基本特征与成因分析

湖北省是我国自然灾害多发省份之一，其中旱涝灾害尤为严重，是社会经济发展的一大制约因素。首先研究了湖北省旱涝灾害的基本特征，认为按出现时段，洪涝可分为梅涝、盛夏涝、春涝和秋涝，干旱可分为伏秋干旱、春夏干旱、秋季干旱和冬季干旱，因而具有季节性；各区灾害严重程度不同，干旱可分为鄂东北干旱严重区、鄂东中部伏秋旱严重区、鄂西北春夏旱严重区和鄂西南干旱不严重区，洪涝可分为鄂东中部和江汉平原梅涝区、鄂东北和鄂东南春梅涝严重区、鄂西南夏秋涝区和鄂西北和三峡河谷少涝区，因而具有区域性；此外，还具有延续性、阶段性、周期性和连发性等特征。分析了湖北省旱涝灾害形成的主要因素，认为旱涝灾害是在天气气候因素、地貌因素、环境资源因素、抗灾能力因素、社会经济因素等自然因素和人为因素的共同作用下产生和发展的；旱涝灾害的形成，自然条件固然很重要，但形成严重灾害，则与人为因素有密切关系，这在20世纪表现得尤为明显。     

洞庭湖流域分布式水文模型

流域出口径流观测序列是水文模型参数率定重要依据,不受水文站控制区域的模型应用是水文研究关注点之一。首先根据水文站观测资料建立洞庭湖流域四水控制站之上基于水文响应单元的分布式水文模型,在此基础上结合实验、同质移植和虚拟水库等方法,将分布式水文模型拓展到包含无径流站控制区域的丘陵区间和平原圩垸区,最终实现了洞庭湖全流域水文过程模拟。结果表明:在较完备土壤、地形、土地利用等空间数据支持下,通过合理的流域划分和水文响应单元定义,建立的流域分布式水文模型可以较好地在水文响应单元尺度反应降水发生后蒸散、地表径流、土壤和地下水的响应特征。而基于观测实验及基流分割等方法获取的关键水文过程特征对模型参数优化的认识,可以提高模型参数率定效率,在较少优化迭代运算后既可使月径流模拟的效率系数NSE和确定性系数R²值高于0.81(日过程高于0.62)。借助参数同质移植和虚拟水库解决了区间和圩垸区无控制站区域水文过程模拟。在全流域水文过程的模拟中,基流指数和蒸散比例与实际过程具有较好的一致性。说明相关参数较好地反映了其物理机制,具备在相似气候及下垫面条件区域进行同质移植的基础,圩垸区径流交换采用虚拟水库的处理方式也合理可行。     

近十年鄱阳湖区极端干旱事件频发现象成因初析

近10 a来鄱阳湖区极端干旱事件频发，引起国内外媒体舆论的广泛关注。针对这一情况，运用流域降水、地表蒸散和出湖径流等数据，从流域水量收支平衡的角度，较为系统地分析了导致鄱阳湖区极端干旱事件频发的原因。结果表明，近10 a来鄱阳湖水文干旱起始日期提前，枯水期拉长。虽然干旱持续时间的长短呈现2~3 a的波动，但在总体上呈现逐渐加长的趋势。从流域水分收支的角度来看，近10 a来以水分亏缺为主，流域降水亏缺是基本的致旱因素，流域蒸散量增加则起到一定的增强作用，而出湖径流所起的作用比较复杂，在多数情况下其致旱的影响程度弱于流域降水作用。长江顶托作用强弱变化可以调节流域的水分收支平衡，强化或者减轻湖泊的干旱程度。2003、2004、2007、2008和2009年发生的极端干旱事件主要由流域水分收入项的大幅度减少所造成的，而长江水情变化在多数情况下加剧了流域水分收支的不平衡。这些研究结果明晰了鄱阳湖流域气象干旱与湖泊水文干旱之间的关系以及长江水情变化所扮演的重要角色，为应对未来的干旱变化和制定合理的抗旱防旱对策与措施提供了科学的依据     

汉江流域1961～2018年多尺度气象干旱时空演变特征

干旱是一种最常见的自然灾害,随着人类活动和气候变化的加剧,干旱事件的发生愈发频繁,对人类的生产生活产生了巨大影响.基于1961～2018年汉江流域0.25°×0.25°格点降水资料,选用标准化降水指数(SPI)定量分析了汉江流域的月尺度、季尺度、年尺度气象干旱的干旱趋势、干旱频率及干旱强度,揭示了汉江流域气象干旱发生的时空演变特征.结果表明:(1)SPI值能较好的反映汉江流域气象干旱变化特征,随着时间尺度的增加,SPI值波动幅度减小,稳定性增强.月、季、年尺度SPI序列的突变年份分别为1980、1988、1994年,季尺度和年尺度SPI序列分别表现出2和4年的显著周期性特征.(2)汉江流域自20世纪90年代以来呈现中部地区干旱化、东部和西部地区湿润化的趋势,干旱发生频率总体呈上升趋势,干旱强度呈现中部高,东西低的特征.其中丹江口水库附近区域和唐白河下游段呈显著干旱化趋势,丹江口以上区域干旱频率最高,干旱强度最大,轻旱、中旱事件频发.(3)各地区的季节性气象干旱特征具有一定差异性.丹江口以下地区秋旱趋势最显著,唐白河地区夏旱发生频率最高,且以轻旱、中旱事件为主,丹江口以上地区秋旱强度最高.