水利工程群应对干旱能力评价方法及应用

基于水利工程群应对干旱能力的影响因素分析,从水利工程的布局、规模和运行管理两个层面构建水利工程群应对干旱能力评价指标体系。综合层次分析法和熵值法两种确定权重的方法,确定各评价指标的组合权重,采用模糊综合评价法构建了水利工程群应对干旱能力评价模型。该评价模型在漳卫河流域的应用结果表明,该流域整体应对干旱能力水平较弱,未来需要加强对现有水利工程体系的科学调度管理,并充分利用流域外调水提高干旱应对能力。     

基于水资源系统的流域干旱风险评价——以漳卫河流域为例

基于风险理论,从水资源系统的角度剖析流域干旱风险的构成,分别从降水、用水和水利工程调节的角度讨论构建干旱致灾因子的危险性指标、干旱承灾体的暴露性指标以及干旱孕灾环境的脆弱性指标,建立流域干旱风险评价方法框架,并以漳卫河流域为例进行了应用研究。评价结果表明,漳卫河流域13个评价单元中,有4个评价单元属于高风险区,3个单元属于低风险区,其他6个单元为中等风险区。各评价单元的干旱危险性因子指标值差别不大,流域干旱高风险区的主要贡献因素是较大的用水需求和缺乏稳定的供水水源。     

下垫面条件对流域极端事件影响及综合应对框架

在剖析下垫面条件变化对流域极端水文事件演变影响的基础上,构建了流域极端水文事件综合应对技术框架,并阐述其中的关键研究命题。结果表明,自然植被条件能够提高流域干旱之前土壤含水量并降低干旱过程中土壤蒸发速率,在一定程度上起到减缓干旱的强度和持续时间的作用;水利工程通过调节流域水资源的时空分布,增加可利用水资源量,能够缓解甚至规避流域干旱事件,但同时可能加剧坝址下游地区的干旱程度。自然植被条件将延长降水坡面产-汇流历时、降低洪峰流量,对极端降水洪涝事件具有一定的消减作用;此外,流域水土保持和修建水利工程等下垫面条件改变有利于河道行洪过程,能够起到缓解洪涝事件的作用。基于下垫面条件变化的流域极端水文事件综合应对技术框架包括旱涝事件监测、机理识别、影响评价和综合应对四个方面的内容,其中的关键研究命题主要为下垫面条件变化对流域极端水文事件影响的定量评估、面向流域极端水文事件合理的水土资源配置及其集成管理等。     

泾惠渠灌区干旱预警体系研究

在当前的农业干旱事件应对和管理中,常仅根据气象干旱结果,被动采取抗旱措施,造成应对操作相对滞后,极易对农业造成较大损失,威胁区域粮食安全。通过将气象干旱与抗旱能力相结合,提出了一个更符合实际旱情发展的评估方法。基于降雨与土壤墒情指标,通过模糊综合评价法,评估了灌区实时旱情;通过分析未来供需水情势,预估了灌区的水源盈缺关系;最后,耦合实时旱情与水源情势指标,构建了灌区干旱预警指标和一套较为完整且简单实用的干旱预警体系。以泾惠渠灌区为例开展了干旱预警实例研究,预警结果与泾惠渠管理局官方监测结果基本一致,验证了预警结果的准确性和可靠性。研究成果对干旱半干旱地区灌区,特别是多水源灌区的干旱预警工作具有一定的参考价值。     

流域尺度的景观破碎化分析及生态环境质量评价

为了解乌裕尔河流域在生态环境保护和经济快速发展背景下的景观破碎化和生态环境质量变化情况，文中利用Landsat遥感影像对乌裕尔河流域景观格局变化尤其是破碎化过程进行分析，并且从景观稳定性、景观受干扰度和社会经济影响度3个方面选取16个指标构建了乌裕尔河流域生态环境质量评价指标体系；利用RBF径向基神经网络模型定量评价了乌裕尔河流域的生态环境质量。结果表明：1980—2020年间乌裕尔河流域景观破碎化程度加重，生态环境质量处于优和一般之间，并且有向不良方向退化的趋势。评价结果可作为今后乌裕尔河流域生态系统保护和恢复治理的依据，并为相似的流域生态环境质量评价提供参考。     

北京市河流水生态健康时空异质性及改善路径研究

河流生态系统是人类社会得以生存与发展的基本条件,河流水生态健康对保障区域水安全,避免水灾害具有重要意义。随着城市化的不断推进,河流生态系统面临着巨大挑战,水生态风险及灾害呈现广发、频发和深发态势。通过汇总北京市五大流域河流水生态健康状况评估相关研究,识别区域水生态系统主要问题,诊断水生态健康问题产生的原因。结果表明,北京市河流水生态系统健康状况具有较强的时空异质性。空间上,各流域河流水生态健康状况为潮白河>永定河>蓟运河>清水河>北运河。上游河段水生态健康状况好于中下游,山区段河流好于平原段。水资源短缺引起的河流生态基流不足、水污染物超量排放造成的水质不达标、粗放式河流水利工程建设、河流水土资源的不合理开发以及河流植被缓冲带的不足等是造成河流水生态健康问题主要原因。并针对病因提出河流水生态健康目标导向的改善路径,以期为北京市及其他北方缺水性城市河流水生态健康改善及水安全保障提供参考。     

西南地区短期/长期综合干旱指数的构建与应用

西南地区雨水充沛、气候湿润,但近年来,该地区严重干旱频发,造成了难以估量的经济和社会损失。干旱评估作为干旱灾害监测与防御的一个重要方面,如何准确评价并预测研究区域的旱情是当前研究的热点和难点。以西南地区南盘江小龙潭以上流域为研究区域,基于日降水、日蒸发、日均气温等水文气象资料,采用栅格化的新安江模型,对研究流域进行日尺度模拟,根据模型计算的栅格土壤含水量以及栅格产水量分别计算土壤相对湿度指数和标准化径流干旱指数,综合改进的帕默尔指数、帕默尔水文干旱指数、帕默尔水分距平指数、不同时间尺度的标准化降水蒸散发指数,利用主成分分析方法,分别研制基于新安江水文模型的短期/长期综合干旱指数并探讨了其在南盘江流域的适用性。结果表明:短期综合干旱指数和长期干旱指数均能很好识别并评价南盘江流域的历史干旱。该研究成果可为西南地区及其他地区建立和健全干旱监测与预警系统提供重要参考。     

广西大石山区农业干旱成因分析及脆弱性评价

广西大石山区水资源丰富,降雨量大,但干旱灾害频发,灾情呈加重趋势。从坡耕地面积比、水土流失、降雨时空分布、控制性水源工程、水资源利用率和抗旱能力等方面对其进行了成因分析。用基于熵权的模糊综合评价法对承灾体脆弱性进行了分析,从自然生境、社会、经济三个方面选取了17个评价指标,对其干旱脆弱度进行了评估。结果表明:广西大石山区的干旱脆弱度大小与旱灾风险指数大小呈正相关关系,旱灾风险指数大的其干旱脆弱度一般较重,而影响其干旱脆弱度大小的主要指标包括岩溶面积比、土地石漠化率、坡耕地面积比、林草覆盖率、农田灌溉率、人均有效库容、抗旱应急送水设施规模和城镇化水平等,阐明了广西大石山区的干旱成因,为降低该区域的干旱脆弱度,增强抵御旱灾风险能力,有针对性地采取治理措施和对策提供了依据。     

吉林省城市干旱缺水风险评价体系与模型研究

以吉林省地级城市为研究对象,从造成城市干旱缺水的致灾因子危险性,承灾体的暴露性、脆弱性和防旱抗旱能力四个方面着手,利用自然灾害指数法、加权综合评价法和层次分析法,建立了城市干旱缺水风险评价模型,引用城市干旱缺水风险指数(UDRI),对城市干旱缺水风险程度进行了评价,并借助GIS技术绘制了吉林省城市干旱缺水风险分布图,以期为实现吉林省水资源可持续利用、保障区域经济可持续发展和老工业基地改造战略实施提供科学依据.     

辽西北地区农业干旱灾害风险评价与风险区划研究

以辽西北29个农业县(市、区)为研究区域,选取辽西北最主要的玉米作物作为研究对象,从造成农业干旱灾害的致灾因子危险性、承灾体暴露性、脆弱性和抗旱减灾能力4个方面着手,利用自然灾害风险指数法、加权综合评价法和层次分析法,建立了农业干旱灾害风险指数(ADRI),用以表征农业干旱灾害风险程度;借助GIS技术,绘制辽西北农业干旱灾害风险评价区划图,将风险评价区划图与2006年辽西北受干旱影响粮食减产系数区划图对比,发现两者可以较好的匹配。研究结果可为当地农业干旱灾害预警、保险,以及有关部门的旱灾管理、减灾决策制定提供理论依据和指导。     

干旱区盐渍地景观危险度评价方法——以新疆渭干河-库车河流域为例

土壤的盐渍化是干旱区农业发展的主要障碍,也是影响绿洲生态环境稳定的重要因素。利用破碎度(C)、分离度(F)、优势度(D)等景观格局指数及景观脆弱度(S)建立了盐渍化景观危险度(SR)评价指数以研究渭干河-库车河流域盐渍化地的危险程度。选择新疆渭干河-库车河流域1989年和2001年Landsat-TM图像为本底数据,结合野外调查样本进行实例验证。研究表明,在12年期间,由于研究区内人类活动不断加强,景观结构变化导致盐渍化景观危险度指数明显增高,综合盐渍化危险度指数(SCR)由0.4832上升到0.5234,盐渍化危险度有扩大的趋势,评价结果与实际情况有较好的一致性。该方法对提高不同干旱区域土壤盐渍地危险度评价的准确性及定量化具有一定的参考意义。     

防旱抗旱能力综合评价方法：—以关中地区为例

本文采用11项指标并确定相应的评分标准和权重分配,对关中地区进行防旱抗旱能力的综合评价,得出关中地区属中等抗旱能力区。由于经济发展需水超过供水能力,现状及本世纪末缺水率将超过20％。因而跨流域引水是今后长期供水的途径。     

东江流域干旱等级演变及主要因子影响

选用1956～2009年降水、气温、径流、水库出入流和社会经济用水的月系列资料,基于标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化径流指数(SSI),分别评估东江流域气象干旱和水文干旱的等级分布。通过对比它们之间的干旱等级变化,分析干旱演变特征及降水、潜在蒸散发、下垫面、水库径流调节作用、社会经济耗水对流域干旱等级的影响,为流域抗旱减灾的水资源管理决策提供科学依据。结果显示:(1)气象干旱和水文干旱均主要表现为春旱(1～3月)和冬旱(10～12月),这与流域降水年内分配特征一致;(2)考虑降水和潜在蒸散发共同作用与单一考虑降水影响比较,更多的气象干旱其等级在冬季上升,春季则下降,这与流域气温年内变化规律一致;(3)气象干旱向水文干旱传递过程中,更多的干旱其等级在冬季下降,春季则上升,且存在跨多个干旱等级的跳跃变化,这与流域下垫面在产汇流过程的延滞作用有关;(4)水库径流调节作用显著降低了水文干旱等级,社会经济用水则导致水文干旱等级上升,但水库径流调节作用对东江流域水文干旱的影响更为显著。     

基于链式传递结构的旱灾实际风险定量评估方法与应用模式

面向防灾减灾能力、孕灾环境孕险性实际条件下区域旱灾风险定量评估与区划等自然灾害风险防灾减灾关键问题,应用计算思维、系统科学多学科交叉的研究途径,从风险传导角度探讨了区域旱灾风险物理成因机制,阐述了面向致灾机理的区域旱灾五要素系统结构、基于链式传导的旱灾风险六要素系统结构,探讨了区域旱灾实际风险的概念、由旱灾脆弱性连接干旱与损失变量间关系的因旱致灾机理、连接干旱危险性关系与损失风险关系的旱灾风险传导机理、定量评估方法及其主要应用模式,在自然灾害风险评估中具有推广应用前景。     

确定性系数与地理探测器模型耦合的泥石流易发性评估方法研究∗——以安宁河流域为例

通过确定性系数与地理探测器模型耦合的方法研究耦合模型对泥石流灾害易发性评估的影响。基于遥感判识和野外考察确定安宁河流域内的 198 条泥石流沟作为评估样本,选取坡度、地面峰值加速度、地形起伏度、地层岩性、植被覆盖度、植被类型、地形湿度指数以及地貌演化指数作为评价因子,耦合确定性系数和地理探测器模型,分别计算各评价因子分级取值和因子权重,进行安宁河流域泥石流易发性等级分区。研究结果表明：(1)地理探测器方法定量分析安宁河流域内泥石流发育的主要贡献因子为地面峰值加速度、地形起伏度和坡度。(2)泥石流极高易发区和高易发区分别占流域总面积的 9.67% 和 12.02%,高易发区主要分布在安宁河流域两岸且呈条带状分布。 (3)利用 ROC 曲线对泥石流易发性评估精度进行验证,耦合模型的 AUC 值达到 0.824,相比单种模型 CF 模型的评估精度 0.786 提升了 4.8%,具有更高的准确率,评价效果更优。     

水库抗旱调度分期特征确定方法研究

为在一定程度上减轻流域干旱损失,国家防汛抗旱总指挥部提出旱限水位的概念,并开展水库抗旱调度,降低干旱影响程度。旱限水位是水库低水位运行的控制性水位,其合理设置对提高区域水资源利用率意义重大,而水文气象特征在年内的阶段性变化要求基于旱限水位的水库管理应适应其变化特征。此次研究提出水库抗旱调度分期的确定方法,采用核主成分分析法提取指标的非线性特征,结合熵权法赋予指标权重后利用Fisher最优分割法对干旱的年内阶段性变化进行划分。以黄河流域刘家峡和小浪底水库为例,分期结果刘家峡水库分3期为:7月至9月,10月至3月,4月至6月;小浪底水库分3期为:7月至10月,11月至3月,4月至6月。     

陕南中小河流洪水气象统计预报模型业务化研究与应用

在确定中小河流选取标准及其洪水气象预报等级的基础上,面向中小河流洪水气象预报业务的需求提出一种统计预报方法,即根据雷达定量降水估测的流域面雨量、前期影响雨量方法确定流域的径流深,综合考虑中小河流的前1 d水位、径流深、当日水位,利用2013-2014年的6-9月陕南中小河流的水文观测站逐日水位、流域内自动气象站降雨量、雷达回波资料,建立以水位预报为目标的二元回归方程。以子午河为例建立的洪水气象预报方程和其他中小河流在2015年汛期的业务应用结果表明:该统计方法建立的洪水气象预报方程和实际情况较为吻合,能较为准确、简洁地预报中小河流发生洪水的气象可能性等级。     

泾惠渠灌区旱灾危机预警研究

旱灾是所有自然灾害中影响人口最多,范围最广,驱动因素也最复杂的一种灾害,常威胁区域农业经济发展与社会稳定。而现行的旱灾应对体制多关注气象驱动与旱情监测,对干旱事件发展的过程模拟与危机管理缺乏研究,尤其对人类活动的驱动性影响考虑不足,常因整合性预警体系的缺失,导致旱灾危机诊断和抗旱决策信息不够充分,进而引发农业经济损失。因此,完善旱灾危机预警系统对区域防灾减灾以及社会可持续发展具有重要意义。本文定义了有别于旱情和旱灾的旱灾危机的概念与内涵,考虑了人类活动对旱灾形成过程的影响,并基于旱情评估、水文模拟、水资源调控、危机预警等模型构建了面向灌区的旱灾危机预警系统,以实现对旱灾危机从诊断、预警到决策的全过程支持。系统以泾惠渠灌区为研究区,通过将干旱状态指标与抗旱能力指标相融合,构建了综合旱灾危机预警指标(DCAI),表征灌区未来3个月的危机情势,通过对校验期灌区旱灾危机的滚动预警与决策模拟,发现预警指标与决策建议与官方发布的监测结果较为一致,进一步验证了旱灾危机预警系统与应对机制的科学性与适用性,认为其预期可为灌区干旱管理与危机应对提供决策支持。     

基于Copula的鄱阳湖流域水文干旱频率分析

选用游程理论识别了水文干旱特征变量,运用Mann-Kendall(M-K)方法分析了水文干旱特征的趋势变化,并运用柯尔莫哥洛夫—斯米尔诺夫方法(K-S法)选出了最适合的8个概率分布函数;引入当前多变量分析中较常用的Copula函数,分析了中国最大淡水湿地鄱阳湖流域主要支流"五河"的干旱历时和干旱烈度的联合概率特征,并对引起该流域水文干旱特征频率变化的原因及影响作了有益的探讨。研究结果表明:(1)对数正态分布是用于研究鄱阳湖流域水文干旱特征的最佳概率分布函数。(2)赣江流域和饶河流域发生的干旱次数最少,干旱历时最长;抚河流域发生干旱次数最多,干旱历时最短。(3)抚河流域的李家渡干旱历时和干旱烈度发生的频率高于其他地区,饶河流域的干旱历时和干旱烈度发生的频率在鄱阳湖流域是最低的。水利设施和森林覆盖率对干旱烈度降低起到了一定的作用,而农业用地的变化对干旱烈度的加强起到了一定的作用。     

西安市灞河流域水环境现状分析及治理对策

基于大量的技术资料和监测数据,对西安市灞河流域的水环境进行了全面系统的分析,指出了面临的问题及其成因.在此基础上提出了灞河流域水环境治理的新思路、新方法,为流域的综合治理工作提供借鉴.