Emergency management of reservoirs and water treatment plants in typhoon season: a case study of Ningbo

ABSTRACT

Coastal cities represented by Ningbo are directly or indirectly affected by typhoons each year. By analyzing the past three typical typhoons landing in Ningbo from 2013 to 2016, it was found that before and after the typhoon transit, reservoir and water treatment plant would be made by the destructive impact, including the increasing water level, water volume in a short time, and the deteriorating water quality. Among those, the water quality caused by typhoons increased the water treatment process load, the amount of water purification agents increased significantly, and the emergency response put a great pressure on the inventory of water plants. Based on the statistics and analysis of the basic parameters of the reservoir and water treatment plant during the typhoon season, the emergency management of the typhoon was divided into three situations, namely, pre-typhoon, typhoon period and post-typhoon. Thus, it is effective for the relevant practitioners of the reservoir and water plant to ensure the safe water supply during typhoon season.     

上海地区台风灾害损失评估

台风是一种生成于热带或副热带洋面上的破坏性很强的天气系统。历史上台风对上海曾造成较大的影响和经济损失。利用上海气象站风、雨观测资料、上海基础地理信息数据、上海社会和经济数据以及台风灾情资料,利用逐步回归方法建立了上海台风灾害损失评估模型,并开展了上海台风灾损的年际变化和地区分布差异评价。结果表明建立的台风灾害损失评估模型可以用来进行台风灾损评估。近50 a来上海台风灾损度的变化趋势不明显,上海地区因台风影响造成的损失以沿海的崇明、南汇最严重,其次是地势低洼的青浦、金山和松江,中心城区和闵行台风灾损最低。由于历史台风灾情资料记载的不完整性和本评估未充分考虑上海社会经济发展及自然灾害防御能力的提高对台风灾损的影响,评估结果还具有一定的不确定性。深入综合考虑台风灾害致灾性和当地社会经济发展变化,建立更科学的台风灾害损失评估模型,是今后的研究方向     

苏州地区地下水资源城市应急利用适宜性研究

随着太湖水体富营养化程度的不断加剧,建立安全、稳定、可靠的应急备用水源日益重要。利用2005~2009年苏州地区地下水水质连续监测和补充监测资料,对第Ⅱ承压含水层进行了应急利用(生活饮用和工业利用)的水质适宜性和安全性评价分析。研究结果表明:第Ⅱ承含水层主要水化学类型为Na-HCO3、Ca-HCO3和Na-CaHCO3型,水质总体稳定,年际差异很小;地下水水质指数(WQI)均值较低(位于49.98~68.75之间),地下水没有受到有机物污染,可作为应急利用水源;WQI的水质指标贡献率表明,As、Fe、pH和Mn指标的贡献率最大,局部区域As、Fe、Mn及氨氮和亚硝酸盐含量较高,应急利用时应进行处理。朗格里尔饱和指数(LSI)和拉森比(LnR)评价结果表明,该水源易结垢,具有轻微腐蚀倾向,作为工业备用水源时应进行适当的处理。为苏州地区地下水应急水源建设和安全利用提供了科学依据和参考。     

中国夏季极端降水空间格局及其对城市化的响应（1961~2010）

利用1961~2010年6~8月中国544个气象站点的日降水数据，采用滑动空间百分位和滑动空间距平的方法来确定的极端降水阈值，在此基础上，以夏季极端降水的雨量占夏季总降水量的比例来表征极端降水强度，并检测极端降水阈值和强度的区域非均一性。进一步通过引入可以反映城市化水平的DMSP/OLS夜间灯光数据，并将不同气象站点所在区域的城市化水平划分为6个等级，从而分析城市化水平与极端降水强度的关系来定量评估城市化对极端降水强度的影响。结果表明，采用滑动空间百分位法和滑动空间距平能够有效诊断出城市化对极端降水的影响。相比于固定百分位阈值法，基于滑动空间百分位法确定的极端降水阈值和强度的空间分异格局更加对比鲜明，整体来看城市化已在很大程度上影响了中国夏季极端降水的阈值和强度，进而对其空间分异特征产生了显著作用。一方面城市化效应使得中国夏季极端降水阈值提高了1.68%，另一方面夏季极端降水的平均强度与城市化水平有着显著的线性关系，即城市化水平每提高一级，极端降水的平均强度增大0.62%。因此，城市化增大了极端降水的风险。 关键词： 极端降水；滑动空间百分位法；滑动空间距平；DMSP/OLS；城市化；中国     

江南地区两类区域性极端降水的特征对比分析

基于中国气象局1961~2018年地面降水日值格点（0.5°×0.5°）数据集(V2.0)及位势高度、风速、比湿等NCEP/NCAR逐日再分析资料，采用百分位阈值法确认江南区域性极端降水事件，并对其天气图进行综合分析提取锋面型和气旋型极端降水，并对两类极端降水的时空分布及环流演变特征进行了对比。结果表明：（1）锋面型极端降水事件主要分布在春季，而气旋型主要分布在夏季，并且锋面型极端降水事件发生频率约为气旋型的3倍；（2）锋面型极端降水主要分布于武夷山脉、南岭等地势较高地区，而气旋型则位于东南沿岸地区，福建等地受两类极端降水影响都较大；（3）锋面型和气旋型极端降水发生前两天至当天，气流垂直上升速度均增大，副高西移，锋面型极端降水的最大水汽辐合中心由江南地区850 hPa等压面降至地表，而气旋型的水汽辐合中心位于地表由南向北移至江南地区；（4）锋面型极端降水形成所需的水汽主要来源于西太平洋、印度洋和孟加拉湾，汇合于江南地区，而气旋型水汽主要来源于印度洋，并呈涡旋型随时间西移。     

近53 a来长江流域极端降水指数特征

利用1963~2015年长江流域115个气象站点逐日降水数据，分析了不同极端降水指标的空间变化特点和时间变化趋势。结果表明，近53 a来，长江流域多年平均年极端降水量与年降水量从下游到上游逐渐递减，两者变化趋势大致呈现“增-减-增”的空间分布格局。年极端降水量对年降水量贡献（PEP）存在明显的空间分布差异，但贡献比例在流域内普遍呈现增加的趋势。持续1 d的极端降水事件的降水量分布及其变化趋势与年极端降水量的分布特征类似，其对年极端降水量的贡献比例高达65%以上，说明长江流域极端降水以持续1 d的极端降水事件为主。持续2 d及以上的极端降水事件主要集在中皖苏赣局部地区和四川中部地区，但其降水量对年极端降水量的贡献比例较小。从上游到下游，年最大日降水量（MDP）逐渐增大。其中，上游源头地区的沱沱河、曲麻莱和玉树3个站点MDP主要集中在0~25 mm之间，其他站点均以25~50 mm量级为主；长江流域中部地区的MDP大部分以50~100 mm的量级为主，处于100~150 mm之间的次之；长江流域东部地区主要以100~150 mm量级的MDP为主。 关键词： 极端降水；降水贡献；不同历时；长江流域     

近60年中国持续极端降水时空变化特征及其环流因素分析

极端降水具有较强的持续时间不确定性，持续多天的极端降水事件往往具有较大的致灾性，但目前从极端降水持续性角度进行极端降水变化及其环流因素的研究还非常缺乏。利用1961~2018年中国逐日降水格点数据集以及大气环流指数数据，定义持续了2天及以上的极端降水为持续极端降水事件，研究其在中国不同区域发生频次、持续日数以及持续极端降水总量、持续极端降水最大降水量的时空变化和影响因素。结果表明：（1）近60年来，中国持续极端降水事件在较为干旱的地区(蒙新地区、青藏地区)高发且持续时间长，但在较湿润的地区（东部地区）持续极端降水事件强度更高。（2）中国持续极端降水事件的频率和强度均呈现出增加的趋势，但在区域尺度上，东部地区没有明显的变化趋势，越干旱的地区增加趋势越大。各个指数变化趋势的空间分布格局相似。（3）持续极端降水事件对总降水的贡献率呈现出缓慢的增长趋势，东部地区增长趋势不明显。（4）西太平洋副高、南海副高、西太平洋暖池、亚洲区极涡、北半球极涡和中国持续极端降水事件有着显著的相关关系。区域尺度上，西太平洋副高对蒙新地区和青藏地区的影响最大，东部地区则受到西太平洋副高和西太平洋暖池的较大影响。总体上西太平洋副高对于中国持续极端降水事件影响最大，西太平洋副高强度的加强往往会引起中国持续极端降水增多。     

河南省汛期极端降水事件分析

利用河南1961～2006年50个气象站台站汛期（6～8月份）逐日降水量资料，定义95%降水分位数为极端降水事件的阈值，建立不同站近46年汛期极端降水事件发生频次的时间序列。在此基础上采用趋势分析、最大熵谱分析等统计技术方法，对河南降水事件发生频次的空间分布及年际变化特点进行了分析。结果表明：空间变化上总体具有北多南少的特点，而且汛期降水量的比重与极端降水事件发生频次的高低存在着很好的一致性；空间分布上主要有全省一致型、西北 东南型、南阳盆地型和中部分布型等4种类型，其中全省一致分布型为最主要的空间模态；年际变化趋势各地有所不同，豫西、豫南区为减少趋势，而豫中、豫北、豫东和豫西南区表现为增加趋势，而且在振荡形态上各有同异，以2~8年和10年左右的年代际变化最为普遍。     

近48年来湘江流域极端降水事件特征分析

基于湘江流域44个气象站1960~2007年的逐日降水资料，将第95个百分位值定义为各台站极端降水事件的阈值。同时，采用线性回归、突变分析和相似系数等方法，分析了该流域极端降水事件的变化特征，研究了不同强度降水事件的时空分布特征。结果表明：湘江流域近48 a来极端降水事件的各指标（降水量、降水日、降水强度、降水指数、日最大降水量）均呈增加趋势。但在不同时期，极端降水事件表现了不同的变化趋势。1970s以前多大雨事件，1970s~1980s各类极端降水事件相对偏少，进入1990s开始明显增加，尤其是暴雨和大暴雨事件显著增多。此外，极端降水事件的分布还表现出明显的区域性特点：湘江上游多暴雨事件，中游多大雨事件，下游多大暴雨事件。
     

Impacts of climate change on surface water quality in relation to drinking water production

Besides climate change impacts on water availability and hydrological risks, the consequences on water quality is just beginning to be studied. This review aims at proposing a synthesis of the most recent existing interdisciplinary literature on the topic. After a short presentation about the role of the main factors (warming and consequences of extreme events) explaining climate change effects on water quality, the focus will be on two main points. First, the impacts on water quality of resources (rivers and lakes) modifying parameters values (physico-chemical parameters, micropollutants and biological parameters) are considered. Then, the expected impacts on drinking water production and quality of supplied water are discussed. The main conclusion which can be drawn is that a degradation trend of drinking water quality in the context of climate change leads to an increase of at risk situations related to potential health impact.     

长江口拦门沙河槽季节性冲淤的主控因子探讨

根据长江口南槽3a中的23次地形实测资料,揭示拦门沙航道的季节性冲淤规律及其主要影响因子,并利用所获得的经验关系对入海水沙特征年份及洪水、风暴迭加情况下河床的冲淤幅度进行了预报,结果表明：拦门沙航槽的季节性冲淤变化主要受洪水和风暴控制,在不受风暴干扰的前提下,河槽纵向上各点的水深同大通站径流量之间存在负相关关系,相关性以径流同落后1-2月的地形之间的关系为最好;随着向海距离增大,这种“滞后”时间有延长趋势,正常年份径流引起的洪枯季最大冲淤幅度约为0.6-0.7m量级,特枯水（沙）年和特丰水（沙）年引起的洪枯季最大冲淤幅度估计分别为0.4-0.5m和0.9-1.0m量级,十年一遇的风暴引起约0.4m的淤积。苦特丰水（沙）年洪水和百年一遇的强台风碰头,拦门沙河床的洪枯季冲淤幅度可能达1.5m左右量级。     

河南省汛期极端降水事件分析

利用河南1961～2006年50个气象站台站汛期（6～8月份）逐日降水量资料，定义95%降水分位数为极端降水事件的阈值，建立不同站近46年汛期极端降水事件发生频次的时间序列。在此基础上采用趋势分析、最大熵谱分析等统计技术方法，对河南降水事件发生频次的空间分布及年际变化特点进行了分析。结果表明：空间变化上总体具有北多南少的特点，而且汛期降水量的比重与极端降水事件发生频次的高低存在着很好的一致性；空间分布上主要有全省一致型、西北 东南型、南阳盆地型和中部分布型等4种类型，其中全省一致分布型为最主要的空间模态；年际变化趋势各地有所不同，豫西、豫南区为减少趋势，而豫中、豫北、豫东和豫西南区表现为增加趋势，而且在振荡形态上各有同异，以2~8年和10年左右的年代际变化最为普遍。     

我国水资源污染与饮用水安全性研究

对我国水资源状况和饮用水安全性进行了分析研究,结果表明：我国水资源贫乏,水资源环境污染日益严重。许多水厂不得不面临着使用更多的水质不符合要求的受污染水源原水作为生活饮用水水源。水污染主要是有机物和氨氮污染,常规净水工艺系统难以将这些污染物有效除去,降低了饮用水水质,对人体健康构成潜在威胁。随着人们生活水平的提高和健康安全意识的不断增强,对饮用水水质标准提出了更高要求。为从受污染的水源原水中除去对人体健康有害的污染物,提高饮用水的安全可靠性,强化传统工艺、替换传统的消毒剂、吸附、膜过滤和生物预处理等净水技术得到了国内外广泛重视和关注,尤其是经济、高效的生物除污染技术。     

中国气候变化的科学新认知

了解和认识百年来中国气候发生的变化、引起其变化的驱动因素以及未来的可能变化,可以更好地适应和减缓气候变化。本文综合评估了观测到的中国气候变化事实、中国气候变化的驱动力、中国未来气候变化预估三大方面,分析了气候变暖的趋势、水循环以及降水和冰川变化、极端天气气候事件变化、生物化学循环、海洋和土地覆盖变化及其气候效应以及未来气候变化的特点和趋势等最新科学进展。在中国百年温度趋势、气候系统多气候指标变化特征、极端天气气候事件中的人类活动作用以及气候系统模拟能力等方面的研究有了新的进展。可以看到中国气候变暖趋势持续、大气二氧化碳等长寿命温室气体浓度继续增长、人为强迫影响了多种气候要素在强度和频率的变化,中国陆地生态系统的固碳量增加。本文最后提出未来中国气候变化研究需要进一步加强的问题,包括:中国气候变化中的城市化效应、气候系统内部变率在年代际变化中的作用、气溶胶-云-降雨相互作用的机理、大范围土地利用变化(如大规模生态恢复工程)的气候效应,以及云辐射反馈、海洋环流对气候变化的响应与反馈、气候-碳循环反馈等过程对气候模拟不确定的影响等。     

两类ENSO事件对中国东部地区极端降水的影响

利用1979~2010年中国地区降水数据和IRESST全球海温数据，对比研究了东部型和中部型El Nio/La Nia事件成熟期至衰退期(冬季至次年夏季)对中国东部地区极端降水和一般降水的影响，进而揭示在两类ENSO事件影响中国东部地区降水时，极端降水和一般降水各自所占的比重。结果表明:极端降水在冬、春和夏季均占总降水量的1/2以上，其中冬季所占比重最高，夏季最低，而且长江以北比长江以南高。当两类ENSO事件发生时，中国东部地区极端降水异常空间分布特征与该地区总降水基本一致，而该地区一般降水异常分布特征则与总降水和极端降水显示出较大差别，表明两类ENSO事件均是主要通过影响极端降水异常来影响到我国东部地区的总降水异常分布。从两类ENSO事件对比来看，东部型ENSO对中国东部地区极端降水的影响要显著强于中部型ENSO，而且在各季节，两类ENSO事件影响下极端降水的空间分布特征也有所不同。在此基础上，分析了1979~2010年4次最强ENSO事件对于中国东部地区极端降水的影响，结果发现，最强ENSO事件对极端降水的影响也是远强于一般降水，而且极端降水异常分布特征与总降水异常基本一致，但是当最强ENSO事件发生时，中国东部地区极端降水和总降水的异常变化较一般ENSO事件更剧烈。     

前置库技术在水库水源地面源污染控制中的应用

近年来,农业面源污染对水库水源地的水质保护形成了威胁。为防治环境污染,保护水库水源地水体的水质,充分发挥资源的生产潜力,对水库水源地保护区进行面源污染控制尤显重要。前置库技术因其费用较低,可以多方受益、适合多种条件等优点,是目前防治水库水源地保护区内面源污染的有效途径之一。在考虑水库水源地特有的地形特点及其面源污染的突发性、大流量等问题的基础上,阐述了前置库系统的组成并解释其水质净化机理,提出了前置库如何选址及其库容的确定,并对前置库内部生态系统及水生生物配套工程的建设加以分析说明,最后提出了前置库技术在应用过程中存在的局限性。这种因地制宜的水污染治理技术,对减少水库外源有机污染负荷,特别是去除入库地表径流中的氮、磷安全有效,具有广泛的应用前景。     

Human health effects of residual carbon nanotubes and traditional water treatment chemicals in drinking water

The volume of industrial and domestic wastewater is increasing significantly year by year with the change in the lifestyle based on mass consumption and mass disposal brought about by the dramatic development of economies and industries. Therefore, effective advanced wastewater treatment is required because wastewater contains a variety of constituents such as particles, organic materials, and emulsion depending on the resource. However, residual chemicals that remain during the treatment of wastewaters form a variety of known and unknown by-products through reactions between the chemicals and some pollutants. Chronic exposure to these by-products or residual chemicals through the ingestion of drinking water, inhalation and dermal contact during regular indoor activities (e.g., showering, bathing, cooking) may pose cancer and non-cancer risks to human health. For example, residual aluminium salts in treated water may cause Alzheimer's disease (AD). As for carbon nanotubes (CNTs), despite their potential impacts on human health and the environment having been receiving more and more attention in the recent past, existing information on the toxicity of CNTs in drinking water is limited with many open questions. Furthermore, though general topics on the human health impacts of traditional water treatment chemicals have been studied, no comparative analysis has been done. Therefore, a qualitative comparison of the human health effects of both residual CNTs and traditional water treatment chemicals is given in this paper. In addition, it is also important to cover and compare the human health effects of CNTs to those of traditional water treatment chemicals together in one review because they are both used for water treatment and purification.     

Climate change impact on countrywide water balance in Bolivia

There is increasing concern about the ongoing reduction in water supplies in the tropical Andes due to climate change effects such as glacier/snow melting resulting from rising air temperatures. In addition, extreme events and population growth are already directly affecting life and water renewability in the country. A countrywide integrated national plan for improving basin-scale water management in Bolivia is needed to assure water availability for agriculture, industry, mining, and human consumption. This study aims to provide a modeling tool to assess Bolivia’s past, current, and future water availability and identify basins at risk of water deficits. The Soil Water Assessment Tool was used to simulate the monthly water balance from 1997 to 2008, as well as the water balance projected to 2050 for the entire country. It considers possible changes in air temperatures and precipitation proposed by 17 Global Circulation Models as well as carbon dioxide projections derived from the Special Report Emission Scenario. Overall, model results were close to satisfactory compared to observations, with some exceptions due to lack of information for expanding the timeline and improving calibration. Based on the calculation of three hydrologic indicators, the study identifies basins that would be the most susceptible to water deficits for a baseline from 1997 to 2008, and in the event of the projected climate change, to 2050.     

Vulnerability of water discharge of large Chinese rivers to environmental changes: an overview

In an era of rapid environmental change, China is facing increasing problems in the management of its large rivers and water resources. The disastrous 1998 Yangtze floods and the emerging water shortages in north China raised further concerns about the potential impact of environmental change on extreme hydrological events such as floods and droughts. Over the past few decades, increasing water consumption by the domestic, industrial and agricultural sectors, as well as a number of human activities such as deforestation, agricultural land expansion, wetland reclamation, construction of reservoirs and roads, water diversion, and sand/stone excavation significantly affect hydro-geomorphic processes such as water discharge and sediment flux throughout China. This paper aims to provide an overview of recent research on the water discharge changes occurring in major Chinese rivers and their vulnerability to environmental change. Most of the rivers, notably in north China, have experienced significant changes in water discharge over the last few decades, indicating that they are vulnerable to climatic variations and human activities. In contrast to north China, the rivers in south China have experienced less change, but some of the detected changes displayed similar trends to those in north China, though at a slower pace. These profound changes, in addition to the on-going projects such as the Three Gorges Dam Project and the South-North Water Transfer Project, will completely alter Chinas waterscape.     

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