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。     

基于水功能区控制单元的流域突发性水污染事件风险评价区划及其应用

以水功能区控制单元为基础,结合子流域划分工作单元。采用压力-状态-响应(PSR)环境分析模型构建环境风险源危险性指标体系,进行流域环境风险源识别及其危险性等级评价。增加"环境风险源下游特征"指标以考虑风险源流经下游重要性不同的水功能区(工作单元)对其本身危险性等级的影响。结合指标数据、标准和权重,采用模糊综合评价法计算风险源的危险性(以及工作单元的脆弱性等级)。参考河流一维污染物衰减模型,建立工作单元危险性等级评价方法。工作单元危险性等级由两部分叠加构成,即本单元风险源的危险性等级和上游风险源通过河流对下游工作单元危险性的影响。结合工作单元的危险性和脆弱性等级,通过风险矩阵评价工作单元的风险等级。在此基础上,在同一水功能区控制单元,合并风险相同的工作单元,实现流域风险评价区划。将上述方法应用在滦河流域中上游。研究表明,滦河流域中上游共55个风险区,其中高风险区I有3个,较高风险区II有15个,较低风险区Ⅲ有14个,低风险区IV有23个,说明滦河流域中上游整体风险性偏低;并对不同等级风险区提出相应的管理方案。     

基于CI和强度分析方法的四川冬春季干旱事件变化特征

区域气象干旱动态变化过程和转换规律的研究对灾害预警与应对有重大意义。利用1985-2015年四川30个气象站点逐日20-20时降水量、平均气温资料,采用综合气象干旱指数(CI)与intensity analysis等方法,从干旱事件频次、干旱等级变化强度和干旱等级转换三个方面,分析了近30年四川冬春季干旱事件的变化特征,结果表明:1985年冬-2015年春四川冬春季干旱事件发生频率高、持续时间长、强度大;区域性干旱事件发生率高达77.78%,4月发生区域性干旱事件的频次最高;1985年冬-2015年春四川冬春季干旱等级变化强度表现出"快-慢-快"的变化特征;其中,2005年冬-2015年春较往年有变干趋势;1985年冬-2015年春四川冬春季干旱等级转换较活跃,各干旱等级的转换速率不尽相同,主要集中在轻旱、中旱、重旱三个等级,且有增加趋势。     

基于多元数据融合的安徽省干旱遥感监测模型研究

干旱是威胁粮食安全的重要因素。为实现干旱的精准监测,提出距平温度指数、距平降水指数、距平土壤含水量指数,将距平模型分别和分类回归树、多元线性回归模型融合,提出距平分类回归树模型和距平多元线性回归模型,并验证模型的可行性。首先选取安徽省2001-2014年168个月的降水、遥感温度、植被和土壤含水量指标,将2001年-2010年距平指数作为率定期,2011-2014年距平指数作为验证期,分别计算距平分类回归树模型和距平多元线性回归模型参数,并预测验证期模型值,计算两种模型值与SPI1值的相关系数,并与历史干旱记录进行对比。结果表明:验证期距平分类回归树模型指数和SPI1的相关系数为0.878。验证期距平多元线性回归模型指数和SPI1的相关系数为0.882。验证期距平分类回归树模型与SPI1等级准确率为0.77。验证期距平多元线性回归模型与SPI1等级准确率为0.80。距平分类回归树和距平多元线性回归模型都有良好的监测效果,其中距平多元线性回归模型的监测效果更好些、可作为安徽省干旱监测的良好模型,为农业部门制定抗旱措施提供参考。     

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。     

洪水径流系数的尺度效应研究

洪水径流系数是表征降雨径流过程的一个重要参数,以往对径流系数的尺度效应基本上是在坡面或者小流域上进行观测或试验。通过统计滦河流域6个中大尺度子流域汛期的暴雨洪水过程,计算了各场暴雨洪水的径流系数,发现径流系数随着流域面积的增大而减小,并分析了产生这种趋势的原因。结果表明,降雨空间分布不均匀性、单位面积地下径流出流能力及下渗都能引起径流系数的尺度效应。认识径流系数的尺度效应,对于研制开发不同尺度的、具有物理机制的流域水文模型,防洪减灾具有一定的指导意义。     

基于气象-地形-水文-地质-人文耦合的滑坡灾害空间预警研究

广东省小流域地区滑坡灾害具有多发性、广泛性和严重性的特点,严重影响山区社会安定和经济发展.长期以来区域滑坡灾害预警和单体地质灾害稳定性研究总是在两个不同的体系下进行,二者缺乏有机联系,常用的滑坡灾害预警单元也不能反映成灾机理.以广东省梅州市程江流域的松岗小流域为研究区域,以斜坡单元为基本单元,以气象、水文、人文过程为主要参数,通过分析各参数与灾害形成的内在关系,结合GIS技术,构建气象-地形-水文-地质-人文耦合模型,并通过历史数据对模型进行验证,结果表明,该模型不仅提高了滑坡预测的空间精度,而且可对特定降雨条件下的滑坡灾害进行客观有效地预测.     

基于月尺度马尔科夫模型的塔河流域洪旱灾害研究

基于月尺度马尔科夫链模型,系统研究了塔河流域各洪旱状态之间的转移概率、期望停留时间和平均首达时间,在此基础上,预测了未来该流域洪旱灾害状态发生的概率风险。研究表明:(1)塔河流域丰水月和枯水月变化显著,其中,阿拉尔4-9月份枯水发生平均概率最高,大山口枯水发生概率最低;(2)塔河流域10月至次年3月连续枯水频率最高,而开都河流域连续丰水事件发生频率最高,表明该流域有较大的大旱或大涝风险;(3)丰水事件重现期低值主要集中在开都河和阿克苏河,而和田河和叶尔羌河丰水事件重现期较高;(4)塔河流域4-5月份干旱影响较大,加剧了塔河流域的水资源短缺问题。     

中国1961-2010年气象干旱的时空规律——基于SPEI和Intensity analysis方法的研究

利用中国752个气象站降水、气温资料,选择标准化降水蒸散发指数SPEI为干旱指标,采用Intensity analysis方法,从时间间隔、干旱等级变化和转换三个层面分析了1961-2010年中国气象干旱变化规律。结果表明:1961-2010年中国气象干旱的变化速率趋于上升,总变化面积由60%上升至80%以上,1980-1990年代、1990年代至21世纪初两个时间段的年平均变化相对于整个时间段较快。1960-1980年代干旱变化较为平缓,1960-1970年代干旱等级的转换主要以中等以下的干旱等级之间的转换为主导;1970-1980年代以无干旱与轻微、中等和严重干旱等级之间的相互转换为主导。1980年代至21世纪初干旱有加重的趋势,1980-1990年代以无干旱向极端干旱的转换为主导;1990年代至21世纪初中等以下的干旱向严重和极端干旱的转变成为了主导,而严重干旱则以向极端干旱转换为主导,极端干旱以向中等干旱转换为主导。     

基于游程理论和Copula函数的辽宁省农业气象干旱特征研究

基于辽宁省近30年的气象站点逐月气候数据,计算SPEI-3指数作为农业气象干旱指标,利用游程理论对辽宁省的干旱特征变量进行识别,使用Copula函数同时从站点尺度和区域尺度对辽宁省干旱特征的联合分布和重现期进行了分析。结果表明:Frank-Copula函数对辽宁省农业气象干旱特征变量联合分布特征模拟效果最好;在相同干旱历时和干旱强度的条件下,各站点的联合重现期比单变量重现期小。干旱事件多集中在干旱历时小于4个月,干旱强度小于3的情况下发生;辽宁省不同干旱类型发生概率由高到低的排序为:季内中旱、跨季中旱、月内轻旱、半年以上重旱、月内中旱、季内轻旱。其中在季内中旱、月内轻旱和月内中旱的情况下,辽西地区发生干旱的概率最高;当干旱历时保持一致,随着干旱强度的增加,其最大最小联合重现期有明显增大的趋势;而当干旱强度保持一致,随着干旱历时的增加,不同干旱等级下联合重现期的变化规律不一致。     

鄱阳湖流域天然径流变化特征与水旱灾害

为探讨鄱阳湖流域河川径流的变化过程和规律,深入了解径流特征及其与鄱阳湖水旱灾害的关系,利用时间序列分析方法,对鄱阳湖流域五河水系干流河段主要控制水文测站的天然径流系列进行了研究。研究显示,鄱阳湖五河径流年内分配集中程度在0.43到0.56之间,集中期为每年的5月底6月初,比鄱阳湖汛期提前1-2个月。径流多年变化变差系数变化在0.28～0.33之间,径流年际变率较大,在年代际变化上20世纪90年代径流增加尤其突出;径流序列呈长期的增加趋势,1998年后增加趋势变缓;鄱阳湖流域五河水系出现特大枯水年和丰水年的概率较大,出现平水年的概率略小。以上结果表明,五河汛期来水是影响鄱阳湖洪水的重要因素,而其形成、发展过程还受到长江中上游洪水的控制;径流的长期变化中,气候因素是引起鄱阳湖流域径流变化主导因素,水土流失和水利工程的建设等人为因素起着一定的辅助作用;径流序列枯、丰循环周期的交替变化过程,与过去几十年间流域内出现的干旱、洪水现象具有较好的一致性。     

气候灾害预测模型的应用

为了减少气候灾害造成的损失,提高灾害性气候的预测水平,用非线性预报原理和方法,建立了气候灾害的数学预测模型。首先,用西太平洋海温格点资料,通过相关计算和因子选择,用多项式曲线预测模型,对西太平洋、南海、以及登陆我国(或广东)的热带气旋的年、月频数进行预测试验,经过3年多的实际业务应用,效果良好;其次,使用越赤道气流指数、南支槽指数、高低纬环流指数等资料,根据指数曲线预测模型的原理和方法,制作了广东暴雨过程预报,其业务预报准确率达到70％-90％;并采用指数曲线、周期叠加、韵律等3种预报方法,用权重回归方程进行综合,制作了“逐日、旬、月、季气象要素的短期气候预测系统”,对天气转折、气候突变和气象要素的极值有较强的预报能力,特别对降水的时段量级、冷空气影响的时段及强度、热带气旋的影响时段的预报,效果较好,对广东的干旱、寒潮预报也具有一定的参考价值。     

桂林中小河流洪涝气象风险预警系统设计

基于自动站、数值预报和雷达估测降水等多种雨量资料,利用ArcGIS技术提取河流的经纬度、流域范围,利用泰森多边形技术计算流域面雨量,结合对桂林中小河流域的历史暴雨洪涝风险个例分析结果,确定临界面雨量,建立桂林中小河流域洪涝灾害风险等级预警系统。利用数学内插技术进行雨量精细化插值,实现全市100多个水库、200多条河流关键点的雨量监测、预报、预警。利用Web和GIS技术实现桂林中小河流洪涝预警网页发布。     

珠江流域干旱事件的多变量区域分析及区域分布特征

区域干旱特征分析会为短期和长期的水资源管理提供关键的信息,因而对珠江流域进行区域干旱特征分析,建立了干旱严重程度-面积-频率曲线(Severity-Area-Frequency,SAF).传统的区域性分析都是单变量的,而水文事件往往具有多个属性,为此采用Chebana等提出的多变量的L-moment均一性检验方法对流域进行均一性检验.研究发现珠江流域可分为4个均一性区域,对各均一性区域进行干旱严重程度-面积-频率分析的基础上,发现珠江流域在发生严重干旱时经常是全流域的,这对整个珠江流域的水资源管理造成很大压力.同时珠江三角洲所在的区域干旱风险相对其他区域更高,珠三角地区城市密集,人口众多,高风险的干旱无疑会对该地区的发展造成重大影响,需引起重视.     

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。     

内蒙古森林气象火险等级数值模拟个例研究

按照中尺度模式与统计方法相结合的思路,对缺少观测资料的森林地区进行气象火险等级模拟,可以达到森林火险预警的目的.采用这一方法可以大大提高森林气象火险服务的能力,提供具有高时空分辨率的森林火险预警信息.以1997年5月2日内蒙古绰尔发生的特大森林火灾为例,利用一个三维M-γ尺度大气-土壤耦合模式,对该地火灾发生前、中、后期的气象要素场进行了模拟,并根据森林气象火险等级综合指数,最后得到了研究区域的气象火险等级时空分布状况.结果表明,该中尺度模式模拟能力强,气象要素场的模拟结果基本符合山区气候变化规律,分析的森林气象火险等级分布与实际情况符合得较好.由此可见,采用中尺度模式进行火险预警的方法,可以为森林防火提供较为可靠的指导.     

嘉陵江流域洪水等级的建议划分标准

根据洪水重现期可以将洪水划分为12个等级,也可根据年最大流量距平值将洪水中长期定性预报分成7个等级.探讨了嘉陵江流域的洪水等级和中长期预报定性分级标准,还对嘉陵江流域1981年7月发生的洪水等级进行了分析.     

突发性地震灾害危机的预警和应急管理机制

借鉴SARS事件的经验教训,探讨了如何加快构建突发性地震灾害危机的预测预警、应急处理、信息发布和宣传教育等四个方面的管理机制,并提出了建立地震灾害预警等级及其相应的应急预案和信息发布措施的新思维.     

福建省主要流域的暴雨洪涝特征

利用1989-1999年近11年的水文、气象资料分析了福建省6个主要流域主控站水位与降水量的关系和洪涝的时间变化规律,进而分析了暴雨致洪的特征,结果表明:(1)福建省6个主要流域洪峰水位与上游有关气象站前期平均总降水量相关显著,暴雨是福建省洪涝发生的主要原因;(2)根据闽江(竹歧站)、九龙江(浦南)、交溪(白塔)、木兰溪(濑溪)4个站的达警戒水位或危险水位的降水指标,可利用暴雨预报作为洪涝预警预测的依据。(3)上世纪80年代后,洪水的高低变化有增大的趋势,应进一步完善抗洪防洪预警系统,提高抗洪防洪的应变能力。