渭河流域典型支流致洪临界面雨量确定——以千河流域为例

利用渭河典型支流千河流域千阳水文站控制区域20个气象站2006—2013年的小时降水以及同期水文站的流量和水位数据,基于泰森多边形法、三参数幂函数法、一元非线性回归模型以及概率分布模拟等方法确定了千河流域不同等级洪水发生时对应的面雨量阈值,同时也计算了不同重现期的致洪临界面雨量。研究表明:三参数幂函数模型对水位与流量的关系模拟精度较高,模型能够模拟典型年份发生的洪水;典型控制断面流量主要受前9 h累计降水影响;当汛期水位由901 m升高至超标准水位时,千阳水文站控制流域的致洪临界面雨量增加了将近50 mm,而相应的洪峰流量相差1418.51 m~3·s~(-1);对数皮尔逊Ⅲ型分布能够很好地模拟洪峰流量的概率分布;10—100年重现期下,控制断面水位增加高达2 m。     

2007—2016年上海市暴雨特征及其与内涝灾情关系分析

利用上海市30个自动气象站2007—2016年逐小时降水数据和上海市应急联动平台110接报内涝灾情数据,分析了近10 a上海市暴雨和内涝灾情特征,并进一步研究致灾暴雨过程与内涝灾情的关系。结果表明：1）上海市暴雨空间分布反映了明显的城市雨岛特征,在水汽充沛的东部沿海和城市化水平较高的中心城区相对容易出现极端雨强;2）暴雨内涝灾情年变化较大,月分布呈单峰型,日分布呈双峰型,且内涝灾情数在中心城区及各区中心较为密集,反映了承灾体的空间分布特征;3）暴雨过程对内涝灾情的贡献作用明显,内涝灾情数与暴雨过程雨量、逐小时最大雨量和最大雨强显著相关,与持续时间和影响站次低度相关;4）逐小时最大雨量等于过程雨量且<60 mm时,内涝灾情数基本在20次以下,随着过程雨量增加,特别是过程雨量>100 mm时,灾情数急剧增加。暴雨特征与内涝灾情关系研究对于暴雨内涝的预报、预警和服务具有重要意义。     

凌河保护区综合管理的洪水模拟预报研究

近年来,水文部门根据降水预报,探索流域洪水模拟预报,对密切监视暴雨洪水、做好防汛调度决策起到良好作用。文章在统计分析小凌河多年暴雨洪水的基础上,采用不同雨级平均24 h时段比率,进行凌河保护区洪水模拟预报成果编制研究。构建"以流域为单元、以干流为主线、以水库和河道水文站为控制节点"的流域河库联合模拟预报调度成果图表,实现流域水系河库模拟预报调度。通过科学的实时洪水调度可以调蓄洪水,减轻洪水灾害。同时,也可为流域洪水资源化提供保障和科学依据,实现流域的综合管理。     

基于SCS模型的城市内涝灾害风险评价

开展城市内涝灾害风险识别,可为防灾减灾决策提供科学依据,有利于提高城市应对内涝灾害水平。针对采用暴雨强度公式进行模拟降水量输入、存在生成的面雨量分布精细化程度不高等缺陷,提出采用自动气象观测站降水资料,运用皮尔逊Ⅲ型曲线法获取不同重现率下的面降雨量分布的方法。结合SCS-CN水文学模型估算不同重现期降雨产流量并作为致灾驱动因子,综合考虑地形情况、植被覆盖等自然因素和人口密度、地均GDP等社会经济条件,从致灾因子、孕灾环境、承灾体3个方面选取评价指标,定量化开展城市内涝灾害风险等级划分。以贵阳市区为研究对象,选取研究区域及周边31个气象站点近10年的最大持续降雨量资料,结果表明:最大连续面雨量分布大致呈现由北向南递减;降雨产流高值区随重现期的减小、面降雨量的增加而变化,分布在西北部的白云区、观山湖区及老城区周边两个区域;高风险区域集中在老城区、花溪大道中部及南二环区域、龙洞堡等部分区域。     

太湖流域腹部地区水位对降水变化及城镇化的响应

20世纪80年代以来,在气候和人类活动因素的影响下,太湖流域汛期河网水位上升明显,洪涝频发。论文基于流域腹部地区站点日降水和水位资料,对历年降水和水位进行分等级研究,分析它们的变化趋势及差异;并采用两变量弹性分析方法探讨水位对降水变化和以城镇化为代表的人类活动响应的敏感性。结果表明:①1954-2006年汛期和非汛期高等级(8~10级)降水占相应时段总降水的贡献率呈上升趋势,而低等级(1~3级)降水贡献率呈下降趋势,即降水集中程度在增加。水位变化呈现类似特点,并且高等级水位的集中程度增加更为显著。②基准期(汛期1954-1985年,非汛期1954-1987年)水位变化对城镇化的弹性系数均未达到显著性水平,而相对期(汛期1986-2006年,非汛期1988-2006年)的城镇化弹性系数比较显著,其造成水位变化的贡献率在非讯期已接近降水的贡献率。因此,以快速城镇化为代表的人类活动影响,在研究区水位变化中发挥越来越重要的作用。     

区域洪水灾害易损性评价

基于洪水灾害系统特征,提出了区域洪水灾害易损性概念,认为洪水灾害易损性是指在一定社会经济条件下,特定区域各类承灾体在遭受不同强度洪水后可能造成的损失程度;建立了包括致灾因子、孕灾环境、承灾体属性和社会救灾能力在内的洪水灾害易损性评价指标体系;基于层次分析法,构建了目标层为区域洪水易损性,准则层为致灾因子、孕灾环境、承灾体和社会救灾能力,指标层为降水、地形、植被、生命、环境与经济等要素的区域洪水灾害易损性评价模型与评价方法。为便于决策,将易损性分为1～10共10个等级,等级越大,表明区域洪水易损性越高。      

过去300a长江中下游异常丰梅事件变化与洪涝灾害

2016年6—7月,长江流域发生重大洪涝灾害,给社会生产和人民生活带来严重损失。而该时段内梅雨因其强降水过程频繁、持续时间长、雨量集中等特点成为主要致灾因子。论文利用历史文献和观测资料,构建了1736年以来异常丰梅事件年表,分析了其长期变化特征及与El Ni?o事件的统计关系,并诊断了El Ni?o造成异常丰梅事件的大气环流背景。结果表明:1736—2016年间共发生44次异常丰梅事件(含21次特大梅雨事件),其中1900年代、1910年代、1990年代是异常丰梅事件最为频繁的3个时段;与2016年梅雨特征相近的特大梅雨事件有21次。过去300 a间,异常丰梅事件与El Ni?o存在较好的对应关系,44次异常丰梅事件中37次发生在El Ni?o的当年或次年;在21次特大梅雨事件中16次伴随El Ni?o出现。伴随El Ni?o事件而发生的异常丰梅事件环流特点是中高纬经向环流偏强,我国境内水汽输送通道偏西、偏北,大量水汽滞留在长江流域,并与南下的冷空气交汇,从而形成持续性降水;而在El Ni?o次年,低纬存在较强且稳定的副热带高压,水汽输送路径偏北,长江中下游水汽输送通量显著增强,更容易导致异常丰梅事件的发生。     

洞庭湖流域冬季降水的时空变化及与全球海温的关系

论文基于1961-2015年洞庭湖流域96个气象站点逐月降水数据和英国哈德莱中心月平均海表温度资料,利用EOF、Morlet小波和偏相关分析等方法,对洞庭湖流域冬季降水的时空变化和周期特征进行分析,并探讨影响流域冬季降水的关键海区及其关键时段。结果表明：在年际时间尺度上,洞庭湖流域冬季降水主要存在全区一致型、南北反向型和中部-南北部反向型3个模态,各模态分别具有12 a、16 a和7 a左右的长周期以及3 a左右的短周期。在与全球海温的关系方面,流域冬季降水与ENSO和南海海温均存在显著相关,平均而言,在ENSO处于暖位相或南海海温偏高时,流域冬季降水易偏多,反之,则流域冬季降水易偏少;但ENSO和南海海温对流域冬季降水的影响范围及其关键时段存在明显差异,其中ENSO的影响范围主要分布在流域南部,其在前期10月与流域冬季降水相关性最好,而南海海温的影响范围集中在流域东部,其在次年2月与流域冬季降水相关性达到最高。     

郑州一次暴雨天气过程诊断分析

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,对2012年8月20日郑州暴雨过程进行了诊断分析,由于此次暴雨过程是由两次不同类型的降水叠加产生的,重点分析了2种不同类型降水的各项物理量场的分布特点、数值变化,以及它们与降水落区、强度的关系。结果发现:此次暴雨过程是由副高、高空槽和地面弱冷空气共同影响所致。水汽辐合区与强降水落区相对应,第一时段的水汽辐合区主要在中低层(700 h Pa附近),第二时段的水汽辐合主要是低层(900 h Pa附近);假相当位温θse与强降水落区相对应,第一时段的强降水落区与θse高能舌走向一致,第二时段的强降水落区位于能量锋区的东南侧;强降水过程中低层正的垂直螺旋度演变趋势与强降水的落区和降水强度变化有较好的对应关系。垂直螺旋度中低层正中心、高层负中心,这种上下耦合的结构特点对系统自身的发展及暴雨的维持十分有利。     

南充市地质灾害分型及致灾雨量阈值研究

南充是四川地质灾害隐患点分布较多的地区之一,探索雨量与地质灾害的关系,进行提前预警,显得尤为重要。利用2000—2017年南充228个加密自动站和大监站观测资料,结合地质灾情数据,使用基于衰减系数计算有效降雨量与降雨强度(I)-历时(D)关系阈值相结合的方法,对不同致灾降雨类型进行分型判断,开展不同时效雨量阈值研究。分析发现:大约有72.6%的地质灾害是主要由降雨因素诱发,其中主要由短期降水引发的占77.3%。短期和中长期降雨型地质灾害的易发区分别为西北部和偏南地区,而西北部地质脆弱山区和水库流域对短时强降雨最为敏感。     

北京城区典型内涝积水原因诊断研究——以上清桥区域为例

近年来城市暴雨频发导致内涝灾害广受关注,系统分析城市内涝原因是当前城市水文研究的热点和难点。论文以北京市典型积水点上清桥易积水区为例,基于排水管网、地形、下垫面、河道边界等数据构建研究区精细化洪涝模型,并以2012年“7·21”和2016年“7·20”两场典型暴雨的实测积水深度验证模型的适用性。结果表明,上清桥区域管网现状排水能力小于1 a一遇,当发生1 a一遇及以上设计降雨时上清桥有发生积水的风险。引起研究区积水频发主要有四方面因素,按主次关系排列：局部地势因素>管网因素>下垫面因素>河道顶托,最后基于分析结果系统提出解决上清桥区域积水的改造方案。     

城市化建设对降水特征的影响

城市化建设导致城区下垫面热力学、动力学特性以及大气成分发生显著变化,进而影响降水过程。论文采用广州市1980、1990、2000和2010年土地遥感数据反演城市化建设进程,并利用1984—2015年汛期（4—9月）逐时降水资料分析城市化建设对降水特征的影响。研究结果表明：1）2000年后广州市城市化建设明显加快,城镇土地以20.3 km²/a的速度扩张,进入城市化快速期;2）对比城市化缓慢期,城市化快速期城区短历时降水发生时段变化显著,短历时1~3 h降水午后发生频率明显增加4.1%,短历时4~6 h降水凌晨发生频率明显增加5.2%;3）城市化快速期城区短历时降水强度增强,短历时1~3 h、4~6 h降水平均强度分别提高7.4%和10.9%,极端小时所占比例分别增加2.4%和4.4%;4）城市化快速期城区短历时降水雨型变化明显,短历时4~6 h降水事件中单峰型、前期与中期集中型降水年均次数分别增加29.1%和41.9%。     

近地面气象要素对金沙降水pH值的影响

通过对金沙大气本底站2012年全年140场有效降水的酸雨观测资料和地面气象要素资料进行了分析。结果表明:降水量对降水pH值、强酸性酸雨出现率有着显著影响;风速在4~9月份与降水pH值的变化趋势接近,即降水的pH值随风速的增大而升高;大气压强变化趋势与pH值变化相反,呈负相关;湿度与降水pH值相关性较差,这与金沙地理位置有关;温度与降水pH值呈较好的正相关,特别是4~10月随温度的升高pH值降低。pH值与降水量、温度及大气压强关联,其相关系数依次为0.355、0.406和-0.446。最后本章对各气象因子进行逐步回归分析,得出pH值与各气象因子的回归方程。     

2013～2018年武汉市降水和BC的时间演变特征分析

湿清除是大气气溶胶重要的去除机制,由于降水过程和气溶胶本身的复杂性,针对城市地区降水与气溶胶的相互关系还有待开展深入研究。基于2013～2018年武汉市气象要素和黑碳（BC）质量浓度小时数据,分析了不同等级降水和BC的年际、季节等时间演变特征。结果表明：2013～2018年武汉市共出现785个降水日,降水日占总观测日的35.8%,降雨以小雨为主,占总降雨日的72.0%。随着降水强度的增强,BC质量浓度逐渐降低,在大暴雨时最低,为4 001.5 ng/m³,仅为晴天时浓度的42.9%。随着降水强度的增加,吸收Ångström指数（AAE）先减小后增加。武汉市BC气溶胶主要来自化石燃料的燃烧。2013～2018年武汉市暴雨和大雨日数、降雨量逐渐减少,而中雨和小雨天日数、降雨量逐渐增加。暴雨和大雨天数平均每年减少0.7天和0.6天,中雨和小雨天数平均每年增加1.3天和4天。不同降雨等级过程中BC和AAE的年际变化特征和季节分布特征不同。BC质量浓度在春季和夏季,随着降水强度的增加逐渐降低,AAE在秋季随降雨强度的增强而逐渐降低。降水过程对大气污染物的清除作用持续时间较短,降雨结束后,大气污染物开始堆积,经过十几小时后就可恢复到降水前的浓度。     

重庆市区域性暴雨危险性定量分析及其时空分布规律研究

区域性暴雨是重庆市危害性最大的自然灾害之一,对其研究有助于科学地开展防灾减灾工作。利用重庆市34个国家基本气象站逐日降水资料,采用概率统计、Matlab小波分析和ArcGIS空间分析等方法,研究1962~2016年重庆市发生的176场区域性暴雨危险度及其时空分布规律。得出如下结论:选择区域性暴雨平均降水量、日降雨极值、区域性暴雨覆盖范围和持续时间4个指标评价重庆市区域性暴雨危险度。在176场区域性暴雨中,轻度危险出现83次,占47.16%;中度危险49次,占27.84%;重度危险35次,占19.89%;极重度危险9次,占5.11%。从时间变化上看,6月和7月是重庆市区域性暴雨的多发期,7月区域性暴雨危险度平均指数最高,其他月份相对较低;重庆市年区域性暴雨危险度存在7a和28a的变化周期;各年代的区域性暴雨发生次数及其危险度差异较小,但各年代内区域性暴雨危险度等级构成差异较大。从空间分布上看,区域性暴雨中心地区差异明显,渝东北部地区的开州和渝西部地区的荣昌是重庆市区域性暴雨中心;各季节的区域性暴雨中心也存在明显差异,春季区域性暴雨中心主要出现在渝西部地区,夏季主要出现在渝东北部和渝西部地区,秋季主要出现在渝东北部地区。     

基于动态规划理论的MIKE21河网排水方案优化研究

针对南方平原河网面对汛期暴雨时段排水能力差而导致内涝的问题,选取太湖流域南浔区沈庄漾圩田河网作为研究对象,选取城市排涝相应防洪标准的暴雨强度,应用多目标动态规划理论,以河网水位与排涝时间为限制目标,结合圩区现有水利工程条件参数和调度规则,设定了3个水闸排水方案和5个水泵排水方案;基于河网地形、水文数据,构建MIKE21河网水动力模型,定量化模拟分析了闸泵联调联控工况下河网排水效果。结果表明：面临10年一遇及以下暴雨时,河网可采用水闸排水方案,且3个方案均能在24 h内将水位降至排涝下限水位;当面临20年以上及百年一遇暴雨时,河网需采用内外网联动的水泵排水方案,西部闸门至少开启2台水泵,才能保证在24 h内将水位下降至下限水位,其排水效果与水泵开启数量呈正相关。该研究成果可为南方平原河网的汛期排水调度与河网工程改造提供理论依据。     

基于洪水资源化的水库汛限水位调整及其风险管理

在论述“洪水资源化”概念和调整水库汛限水位所涉及的影响因素的基础上, 构建了汛限水位 调整后的风险和效益评价指标体系及其估算方法, 以及论述了水库汛限水位调整的风险管理对策。 以五强溪大型水库为例, 综合评价了在不同汛限水位方案下所带来的风险及效益, 并引入优选模糊 理论方法来合理调整汛限水位。通过综合分析认为, 五强溪水库在主汛期将汛限水位从现行的 98.00m 提高到100.00m 的方案是可行的, 它在防洪风险增加不多的情况下, 可将有可能被排泄的 1.85×108m3 洪水转化为有效利用的水资源, 显然, 将大型水库提高汛限水位超蓄洪水是实现洪水资 源化的重要手段, 但必须是在加强水库实时调度风险管理的提前下实施。     

东北吉林地区云水化学航测研究

利用飞机航测于2007年夏季在东北吉林地区采集了24个云水样品,对云水的pH值与主要无机水溶性离子成分进行分析.结果表明,该地区云水呈酸性,平均pH值为4.93;主要离子成分依次为SO42- 109.7 meq/L, NH4+ 74.8 meq/L, Ca2+ 71.9 meq/L,和NO3- 51.4 meq/L; SO42-/NO3-的当量比为2.1,与龙凤山降水样品比值相当.云水离子浓度主要受天气形势及气团输送特征影响.集合后推气流轨迹分析表明离子浓度最高的云水样品主要受到华北地区污染输送的影响.对比同步采集的高空云水与地面降水样品,发现云下冲刷过程可对降水酸度起到一定的中和作用.     

云南高原楚雄市降水分布与旱涝灾害分析

运用楚雄市1961~2009年的降水量资料,通过统计检验、五点三次滤波法并计算了楚雄降水距平百分率,分析了楚雄市旬、侯、月﹑季、年际降水量变化特征及旱涝灾害的时间分布特征,得出楚雄市49年平均降雨量为867.77 mm,2000~2009年来年平均降雨量为935.57 mm,比49年均值偏高67.8 mm,呈上升趋势。降水主要集中在5~10月,干湿明显,楚雄市冬春干旱年年都有发生,只是程度不同,初夏干旱如遇大气环流异常发生的机率较大,干旱发生连续性较强,洪涝灾害偶有发生。并对旱涝灾害成因进行了分析,提出了旱涝灾害防治基本对策。