基于HEC-RAS模型的汉江上游旬阳西段超长尺度古水文演化重建

通过对汉江上游河谷开展广泛细致的野外考察,在汉江上游旬阳西段全新世黄土-土壤剖面发现四层典型的古洪水滞流沉积物。对于系统采集的样品,进行粒度成分、磁化率分析,从沉积学角度证明了它们是典型的古洪水滞流沉积物。这些古洪水滞流沉积层夹在全新世风成黄土-土壤地层序列中,其每一层古洪水滞流沉积物记录了一期古洪水事件。根据OSL测年数据,并结合考古年代学和典型剖面地层对比,确定了这四期古洪水事件分别发生在8 500~8 400 a B.P.、4 200~4 000 a B.P.、3 200~2 800 a B.P.和1 800~1 700 a B.P.。利用古洪水SWD尖灭点高程法,恢复了这四期古洪水洪峰水位,介于233.0~239.2 m之间;进而基于HEC-RAS模型重建了四期古洪水洪峰流量,介于26 500~46 800 m3/s之间。将古洪水研究成果加入后,得到了远超过实测洪水和历史洪水重现期的稀遇洪水的水文信息,延长了汉江上游安康-旬阳段流域洪水的数据序列至万年尺度,使洪峰流量-频率曲线的稀遇洪水部分有了点据控制,百年和千年一遇的洪水洪峰流量的计算由外延变为内插,提高了设计洪水的精度。并且通过古洪水水文计算得到,该河段万年一遇洪水洪峰流量为46 900 m~3/s,千年一遇洪水洪峰流量为37 800 m3/s,百年一遇洪水洪峰流量为28 900 m~3/s。这对于汉江上游水利工程、防洪工程和城镇建设的洪水设计提供了十分重要基础数据。     

汉江上游黄坪村段东汉时期古洪水水文学研究

对汉江上游郧县黄坪村剖面的沉积学特征及所在河段地貌进行了研究。发现剖面中夹有典型古洪水沉积物,其记录了发生于1 900~1 700 a B.P的古洪水事件。根据水文学和沉积学原理,利用尖灭点法和SWD厚度与含沙量关系法恢复的古洪水行洪水位高程分别为15495和15685 m,用比降法恢复的古洪水洪峰流量为65 320和74 442 m3/s。根据2011年汉江洪水洪峰痕迹高程用相同方法反推洪水流量,用Baker提出的河流流域面积与洪水洪峰流量关系进行了验证,证实所恢复的古洪水洪峰流量是合理的     

汉江上游郧县前坊段全新世古洪水水文学研究

对汉江上游郧县段全新世古洪水滞流沉积层进行了沉积学和水文学研究。结果表明,该沉积物是古洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境中堆积形成的,与黄土和古土壤显著不同。通过OSL测年和文化层的考古学断代,表明它所记录的特大古洪水事件发生在东汉时代（200 A.D.）。根据沉积学和水文学原理恢复古洪水水位高程,计算得到古洪水洪峰流量为65 830 m3/s;利用2011年汉江上游洪水洪痕记录的洪峰水位高程反演其洪峰流量,推算结果与实测数据误差仅09%,证明研究获得的古洪水水文数据合理可靠,从而为汉江上游的水利工程建设及流域内的防洪减灾提供了基础数据     

基于支持向量机的洪水灾情综合评价模型

在阐述支持向量机的基本原理、二值分类和多值分类技术及各自特性的基础上,结合洪水灾情综合评价中受自然环境、社会经济等诸多因素的影响且实测样本资料较少的特点,以及目前已有评价模型不能或难以解决的小样本、“过学习”、局部最小等实际难题,提出了基于支持向量机的洪水灾情综合评价模型,并应用实例进行了验证。研究结果表明,此模型和传统的灾情评估法、人工神经网络评价模型一样有效合理,并且模型运算时间比人工神经网络模型要短。因此,不仅为洪水灾情综合评估提供了一种新的模型,而且由于支持向量机遵循统计学习理论中结构风险最小化的原理,具有解决有限样本、非线性及高维识别中的优势,必将比其他传统的评价模型得到更广泛的应用和发展。〖     

基于相空间神经网络耦合模型的径流降尺度分析

基于混沌理论和神经网络理论,研究水文科学的尺度问题,将混沌神经网络分析方法应用于径流的降尺度分析。首先通过对年径流量分解到月径流量的分解系数的分析,证明了分解系数具有混沌特性;其次利用相空间BP神经网络模型对分解系数进行预测,并根据预测结果进行月径流量的降尺度计算。实例研究表明,用神经网络拟合分解系数相空间的相点演化非线性关系和用相空间神经网络模型对径流作降尺度分析是可行的。     

基于社会经济发展的溃坝洪水损失动态预测评价模型

基于我国现阶段的社会经济发展状况,分析了社会经济发展对水库溃坝洪水损失变化的影响,将溃坝洪水损失变化与社会经济发展速度联系起来,在某个基准年的溃坝洪水损失评估值的基础上,构建了溃坝洪水损失动态预测评价模型,给出了反映随着社会经济发展速度而变化的生命损失、经济损失和社会与环境影响的计算公式,并对公式中各个参数的取值进行了初步的探讨,提出了参数的建议范围.模型能够有效地反映溃坝洪水损失随着社会经济发展而变化的动态时变特性,这为溃坝洪水损失的动态预测提供了一种新的尝试.以江西省长龙水库为例,应用水库所在地的社会经济发展速度指标,在2004年溃坝洪水损失评估值的基础上进行了溃坝洪水损失动态预测评价;计算结果表明,经济损失、社会与环境影响随着社会经济的快速发展而显著增加,生命损失则随之显著减少,验证了模型的适用性.     

流域尺度的营养物质输移模型研究综述

近几十年来,水体富营养化已成为许多国家密切关注的环境问题,氮、磷等湖泊富营养化营养元素与流域的点源、非点源排放密切相关。随着点源治理水平的逐步提高,非点源污染的比重和危害将逐步增大。对流域的营养物质输移进行数值模拟对于揭示我国浅水湖泊富营养化的机制有重要的意义。国内外对这类模型已经有相当多的研究,形成了种类繁多的各类非点源污染模型。从湖泊营养盐外源输移的研究角度出发,分析了流域尺度的营养盐输移模拟机理性模型的结构特征,并对非点源污染模型在国内外的研究概况、模型的研究动态、主要模型的功能、结构及其特点和发展趋势进行了多视角的综述。     

基于洪水过程的农业洪灾变化遥感快速评估模型及其应用

洪涝灾情的准确测度需要同时兼顾淹没区的面积大小和淹水时长信息。利用淹没区内由水和作物等多种地物所组成的"复合水体"不同于水体的波谱时间变化特性,将不同洪灾时期的水体指数和植被指数进行信息复合,以有效凸显水体和洪涝淹没区之间的影像差异,据此进行了灾初期、峰期和中后期等3个时次受淹范围的有效识别。在此基础上,根据洪涝灾情随着淹没时长而加重以及灾区内淹水时长非均匀分布的特性,建立基于淹没时长的受淹面积不等权参与的洪灾扩展动态度指数(Variation Index of Flood,VIF)和区域灾情比较指数(Comparison Index of Flood Disaster,CIFD)两种模型,并将模型应用于鄱阳湖区2016年夏季农业洪涝灾害的时空变化遥感监测。结果显示,应用上述两种模型不仅可以准确获取鄱阳湖区本次农业洪涝灾情的演变趋势,而且能够方便地对比分析区域内不同地方的受灾程度。鄱阳湖区在2016年6月23日~7月25日期间的洪涝灾情具有由弱增强再趋弱的特征,其VIF指数由初始阶段(6月23日~7月9日)的3.75降至后续阶段(7月9日~7月23日)的1.29;鄱阳县是研究区内受灾最严重的区域,其CIFD指数值居于研究区内各受灾县市之首,该县受灾总面积以及多次被淹的灾区面积均高于其他县市。     

基于流域尺度的土地整治工程分区研究

为解决长河流域土地整治工作中存在的问题,为《小流域土地整治工程技术导则》的编制提供参考,本文采用空间分析法,以图斑为基本划分单元,按评价指标体系进行空间聚类分析,参照地形地貌分区和土壤类型分区结果,对长河流域土地整治工程类型区进行划分。结果表明:长河流域土地整治工程类型区可划分为4个一级工程类型区和10个二级工程模式。     

基于村级尺度的湖南农村水贫困比较研究

为综合评价湖南农村水贫困现状,找出有效应对措施,以国外最新的水贫困理论为依据,构建湖南农村水贫困评价指标体系;通过实地调查和访谈获取并整理出湖南3种地貌类型区6个行政村的水贫困评价数据;采用非均衡法测算水贫困状况并分析其驱动因素。结果表明：湖南农村水贫困具有明显的地域分异现象,即湘西山区最为严重,RWPI值均小于20;湘北洞庭湖平原区最弱,其值在55~56之间;而湘中丘陵区介于其间。不同地区水贫困各系统的综合得分不同,只有提高且均衡各系统的综合得分才能有效减轻地区水贫困程度。供水设施欠佳、利用能力偏低是地区间水贫困状况不同的主要驱动因素,而水资源状况是其次要驱动因素;农村环境问题和低效用水是省内各村水贫困评价的短板,因此地区水贫困是区域水资源自然禀赋与社会经济发展的综合结果。针对评价结果,提出了发展农村经济、提高综合实力、做好环保工作和提高用水效率等措施应对农村水贫困问题,可为新农村建设中的水资源管理提供新思路     

基于系统动力学的城市洪涝韧性仿真研究 ——以南京市为例

城市是一个开放的、复杂的巨系统，洪涝灾害对该系统中的自然、基础设施、社会经济等要素产生直接或间接影响，理清洪涝灾害与城市系统的交互关系，并评估预测其应对洪涝灾害的韧性能力，有助于韧性城市的规划建设。通过分析洪涝灾害与城市系统要素间的反馈关系，构建了城市洪涝韧性仿真模型，并以南京市为例，设定了现状延续型、经济优先型、规划发展型、韧性发展型4种发展情景，模拟在4种情景下2009～2025年南京市洪涝韧性的动态变化。结果表明：（1）构建的城市洪涝韧性仿真模型能够反映洪涝灾害与城市系统要素间的交互关系，用于预测城市洪涝韧性变化；（2）城市系统中建成区绿化覆盖面积、雨水管网设计标准对城市洪涝韧性影响显著；（3）根据现有城市发展规划，南京市洪涝韧性将不断提升，且优于现状延续发展情景，但与世界典型韧性城市还有一定差距，建议南京市从城市绿化、雨水管网设计标准、经济结构、人口素质等方面提升其洪涝韧性能力。研究结果可为南京市及其它城市韧性城市发展规划制定提供理论与科学依据。     

长江流域月降水的EEMD多时间尺度遥相关分析

基于长江流域138个气象站1961~2016年的逐月降水观测资料,应用集合经验模态分解（EEMD）方法,分别对各站点的月降水序列进行EEMD分解,然后,运用时滞相关分析和逐步变量选择的方法,以识别长江流域月降水周期振荡和长期趋势的显著影响因子,并构建多元线性回归模型对长江流域月降水进行预测。结果表明：（1）近50多年来,长江流域各站点的月降水呈现出显著的季节、年际和年代际尺度振荡特征。（2）流域内各站点月降水的长期变化趋势存在着较大的空间差异性,表现为金沙江、雅砻江、大渡河以及鄱阳湖流域是月降水长期趋势显著增加的集中区,而岷江中游以及洞庭湖流域的南部是月降水长期趋势显著减少的集中区。（3）厄尔尼诺1+2区的平均海表温度（NINO1+2）的过去模式是影响长江流域月降水周期振荡的主要气候因子,而全球平均气温距平（GlobalT）是影响长江流域月降水长期趋势的主要气候因子。（4）基于已识别的影响因子构建的月降水量预测模型在旱季的预报性能高于雨季,并在长江上游地区的预报性能高于其中下游地区。     

近50 a澴河上游汛期降雨径流多尺度时空演变

人类活动和气候变化可能导致水文资料的一致性遭到破坏。为研究澴河上游汛期降雨、径流的一致性,基于澴河花园水文站及流域内6个雨量站1963~2013年汛期实测资料,以全汛期、最大1日、3日、7日为时间尺度,首先通过Pettitt检验和Mann-Kendall检验对降雨、径流序列进行趋势与突变检验;其次采用不均匀系数和重心模型对降雨时空变化进行定量分析,基于日流量历时曲线分析不同相对历时流量的变化规律;最后分析降雨径流关系的时间变化特征。结果表明:澴河上游流域汛期降雨存在不显著下降趋势,各历时降雨空间分布未发生显著变化,降雨重心基本分布在广水站和草店站之间。花园站汛期平均流量呈减小趋势,最大1日、3日、7日平均流量显著减小;高流量下降趋势和低流量上升趋势均较明显,高、低流量相对于中流量的离差均为减小趋势。汛期径流系数呈下降趋势,降雨、径流深多年平均下降率分别为11.6、20.8 mm/10 a;径流系数与降雨量呈分段线性关系,约在汛期降雨为565 mm处出现转折。     

基于改进熵权物元模型的河网尺度物理生境评价——以太湖流域为例

平原河网地区社会经济快速发展过程中，河网水系受人类活动干扰强烈，生境退化现象突出。以太湖流域为研究区域，选取盒维数（D）、区域河流坡降（P）、河网复杂度（CR）、河网实际结合度（γ）、区域河网加权曲度（SR）、骨干河网密度（R）等6个物理生境指标，基于改进熵权物元模型，构建了河网尺度的物理生境评价体系。研究结果显示，太湖流域物理生境质量多处于“较好”~“差”等级；生境因子的质量：盒维数（D） >河网复杂度（CR） >区域河网加权曲度（SR）>河网实际结合度（γ）=骨干河网密度（R） >区域河流坡降（P）；太湖流域物理生境空间分异现象明显，西部丘陵地区物理生境质量优于城镇化程度高的东部平原地区。河网尺度的物理生境评价体系较为直观的反映了流域物理生境现状，有效的完善了平原河网地区生境评价结果。     

基于RS-SVR模型的流域水资源脆弱性评价与预测研究——以黄河流域为例

水资源脆弱性是衡量水资源系统在气候变化以及人类活动影响下的流域承载能力的重要标准,流域水资源脆弱性评价与预测是评估流域水安全状况、辨识未来水资源系统存在的问题的重要手段。该文首先构建了黄河流域水资源脆弱性评价指标体系,利用粗糙集(Rough Set,缩写为RS)方法对原始指标体系进行降维去除冗余属性。然后,将降维后的评价指标标准值作为"评价样本",运用支持向量机回归(Support Vector Regression,缩写为SVR)模型对流域水资源脆弱性进行评价。最后,设定未来3种不同气候模式与社会经济情景,对黄河流域水资源脆弱性进行情景预测。结果表明:黄河流域过去16年间整体水资源脆弱性等级已从Ⅴ级提升到Ⅳ级水平,未来情景1、情景2下流域整体水资源脆弱性将会好转,但仍处于Ⅳ级中度脆弱水平。未来水质脆弱性与灾害脆弱性提升较为明显,水量脆弱性没有显著改善,在情景3下将恶化到Ⅴ级中高脆弱。因此未来采取积极的人工调控措施能使得水质与灾害方面获得明显的提升,而水量脆弱性则成为制约未来流域整体水资源脆弱性的瓶颈。     

基于水足迹的流域生态补偿标准模型研究

流域水资源是一种公共物品,其系统的整体性以及资源外部性等特征要求各相关区域应共同承担环境保护.如何衡量各区域水资源开发利用与环保投入的关系,建立合理的生态补偿标准模型,已成为流域管理研究领域普遍关注的问题.本文运用水足迹理论和方法,界定流域水足迹内涵,通过反映流域沿岸各区域水生态服务耗费情况判断分析水生态系统安全状态,提出流域生态补偿标准计量流程及不同情况下的流域生态补偿标准测算模型,从而客观、准确地量化流域生态补偿额度,为管理者正确分析和解决流域各区域间利益冲突提供科学的决策依据与支持.同时本文以碧流河为案例,收集并分析了2002-2006年间碧流河沿岸各行政区水足迹和环保投入情况,理清各区域生态系统状态及相互关系,计算补偿标准,进而验证模型的可行性.     

基于效益分析的济南市城市合理用地规模研究

城市用地规模研究是城市社会经济发展战略的基础研究之一,与土地利用效益密切相关。土地利用效益既是衡量土地利用水平的一项重要指标,也是衡量城市规模的基本出发点,它在一定程度上反映了城市的经济发展水平,通过对用地效益的分析能够反映城市土地利用的集约程度。本文以二、三产业产值与城市建成区面积之比作为衡量城市用地效益的指标,通过计算1997-2007年的建设用地与第二、三产业增长弹性系数分析济南市建成区用地规模与用地效益的关系及城市扩张的合理性,并选取广州市、南京市、青岛市、北京市、上海市作为比较对象,通过2000-2007年城市间用地规模与用地效益的关系对比,进一步分析济南市未来城市发展过程中充分合理利用土地的必要性及继续扩大城市规模的可行性。最后运用回归分析方法、增长弹性模型和逻辑斯蒂模型对未来济南市的合理用地规模做出预测。结果发现,济南市未来城市规模为2015年401 km2,2020年450 km2。研究结果可为编制济南市土地利用规划提供参考。     

基于EEMD和EOF的鄱阳湖流域近550 a来旱涝时空变化

利用鄱阳湖流域及周边地区5个站点1467~2016年旱涝灾害史料,结合《中国近五百年旱涝分布图集》数据和现代器测降水资料,基于相关系数权重法集成重建了鄱阳湖流域近550 a旱涝序列。采用集合经验模态分解和经验正交函数等手段分析了鄱阳湖流域近550 a来的旱涝时空变化特征。结果表明：（1）鄱阳湖流域旱涝序列的各IMF分量变化规律符合自然信号的非线性变化的特征,主要的高频变化周期有2~3 a、7~8 a;中低频变化周期有22 a、36 a;低频变化周期有110 a、220 a等。（2）旱涝序列空间场的EOF分解表明,前4个模态的累积方差贡献率为93.68%,收敛效果明显。第一模态为区域整体变化一致;第二、三模态分别代表南北方向和东西方向上旱涝变化不一致;第四模态代表赣南地区的极端降水类型。（3）主要空间模态的时间系数功率谱分析结果表明,旱涝空间场模态的变化周期与旱涝序列EEMD分解的结果基本一致。 关键词： EEMD;EOF;旱涝变化;时空特征;鄱阳湖流域     

基于灯光数据的中国县域城市规模时空格局分析

为掌握城市规模时空格局演化规律,促进区域协调发展,以平均灯光强度表征城市规模,采取探索性时空数据分析(exploratory time-space data analysis,ESTDA)的研究框架对我国1992～2015年的县域城市规模时空格局进行分析。结果发现:(1)中国县域城市规模的核心-边缘结构与局部空间关联格局较为稳定但趋向动荡,城市规模变化呈现出"稳步增长"、"逐级递增"的特点,城市局部关联较弱,缺乏共同向上跃迁的动力;(2)京汕断裂带、110°E与100°E三条LL断裂带将城市规模空间格局割裂,阻碍了区域协调发展,但城市规模空间格局有可能突破胡焕庸线;(3) 2003年后城市规模的局部空间动态性、增长波动性与局部依赖性增强。东部的局部空间动态性趋于稳定,中西部局部空间动态性开始增强,城市规模增长波动性与局部依赖性重心向南方与东北方向转移;(4)自然因素、交通状况、城市行政级别、政策导向、经济发展水平、人口规模与空间临近效应是影响县域城市规模时空格局的主要因素。研究表明利用灯光数据进行城市规模研究具有科学性与可行性,未来应该着力构筑东中西部互联互动的网络通道,实现区域协调发展。     

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。