基于非参数法的气象-水文干旱风险评估及其动态演变探究

参数统计法广泛应用于水文频率分析。然而,与非参数核密度估计相比,当样本出现"多峰"时,其可能会导致参数估计值的分位点出现较为明显的偏差。基于此,本文以渭河流域为研究对象,基于降水和径流信息,采用非参数核密度估计法构建了综合干旱指数(NKMSDI)。采用Mann-Kendall法和启发式分割法分析了渭河流域综合干旱的演变规律;结合干旱风险因子(脆弱性、暴露度、恢复力)探究了其干旱风险的动态演变特征。结果表明:(1)提出的NKMSDI可综合表征气象—水文干旱状况,与其他方法构建的综合指数相比,其对干旱的表征结果更为可靠;(2)渭河流域干旱呈现显著加剧趋势,且NKMSDI序列存在变异点(1994年);(3)流域干旱风险呈现显著增大趋势,其中脆弱性增加,暴露度增加,恢复力减小。     

明代关中渭河流域水涝灾害研究

通过对历史资料的搜集、整理和分析,对明代(1368～1644年)关中渭河流域水涝灾害的时空特征、等级序列及产生原因进行了分析研究.结果表明,该地区水涝灾害多发于夏秋季节,发生频率从早期到晚期呈明显增加趋势,且存在相对高发期;水涝灾害主要发生在关中渭河流域的中下游地区,且主要分布在渭河的干流或支流沿岸;该地区水涝灾害以中度水灾居多,约占56.14%,重度和轻度水灾次之,特大灾很少发生.较集中的大雨和暴雨是明代关中渭河流域水涝灾害发生的的主要因素,森林植被的破坏和河渠的淤浅使该地区水量承载能力减小,增大了成灾的可能性.     

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。     

变化环境下渭河流域农业干旱形成与发展过程的时空特征研究

本研究采用3个月尺度的标准化降水指数(SPI3)表征农业干旱,对渭河流域的农业干旱发展过程包括干旱发生、结束及其转化期和持续时间的演变特征进行了研究。此外,通过交叉小波探究了太阳黑子和大气环流异常因子与SPI3指数之间的相关性。结果表明:(1)渭河流域农业干旱发生和结束的偏好季节均为夏季;(2)渭河流域干旱持续时间、发生和结束的转化期的趋势变化并不明显;渭河流域平均干旱持续时间约为3. 6个月,明显长于渭河流域的干旱发生转化期和结束转化期;(3)太阳黑子对于渭河流域农业干旱发展过程的影响最为强烈,厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)和北极涛动(AO)次之,太平洋10年涛动(PDO)最弱。研究结果有助于揭示农业干旱的形成机理,为建立可靠的农业干旱早期预警系统提供一定的科学依据。     

城市地表径流内涝关系与排洪道优化设计研究——以兰州市为例

为探究暴雨后地表径流与城市内涝关系,以兰州市为例,利用ArcGIS软件对其数字高程模型进行水文分析,获得了兰州市地表径流空间分布。根据地表径流空间分布规律,从城市全局视角分析了兰州市城市内涝问题,并对兰州市现有排洪道进行了优化。结果表明：易涝路段与径流路径具有高度相关性,地表径流流经大部分内涝路段,导致内涝发生,且径流路径的密集程度与内涝的严重程度相关,其中城关区最为严重,七里河区与西固区次之,安宁区相对轻微,符合兰州市现实情况,说明了该模型方法的正确性;内涝点集中分布在建筑用地、裸地(水泥地面等)区域,表明城市下垫面的高不透水率是造成道路积水的原因之一;优化后的排洪道使易涝区域的雨水就近排入洪道,减少了薄弱地区洪水冲入城市街道的可能性,减轻了地下排水设施的排水压力,在一定程度上能够解决城市内涝问题;将山地原始沟渠巩固、加宽、延长为新建排洪道,减少了发生山洪的风险。因该研究区域黄河穿城而过,地表径流最终通过排洪道汇入黄河,故该方法可为我国后续整个黄河流域、长江流域“一河一盘棋”的整体防洪研究提供参考。     

山体滑坡对公路山岭隧道影响的数值分析

依托川藏公路102隧道工程,在收集整理102隧道勘察设计资料、总结国内外已有隧道—滑坡体系相互作用机理的基础上,根据2#滑坡与隧道的相对位置关系,采用了FLAC3D三维数值模拟分析方法,对于运营期间滑坡体发生滑动对隧道结构的影响进行了模拟分析。通过对比分析在隧道拱顶距滑动面不同最小距离(1D-4D)条件下,由于降雨导致滑坡发生滑动时,隧道的二次衬砌受力特征及其安全性,为今后类似条件下隧道工程建设提供借鉴经验和工程依据。     

基于希尔伯特-黄变换的非一致性洪水频率计算方法——以西江大湟江口站为例

西江流域由于大量兴建堤防工程而导致天然河道洪水槽蓄关系发生了改变,进而使得洪水序列失去了一致性。针对西江洪水归槽问题,提出基于希尔伯特-黄变换的非一致性洪水频率计算方法,该方法假设非一致性年最大流量序列由非一致的确定性成分和相对一致的随机性成分两部分组成。将该方法应用于西江大湟江口站,结果表明:(1)1953-2008年最大流量序列经Hurst系数变异分析方法诊断为中变异,说明该序列不满足一致性的要求;(2)同频率同重现期情况下,过去、现状和未来三个时期的最大流量呈增长趋势;(3)Cv在过去(1953年)、现状(2008年)和未来(2015年)三个时期的评价结果为:0.334、0.257、0.25,呈减小趋势,说明年最大流量在多年情况下变化浮动减弱,洪峰流量趋于稳定波动。(4)浔江堤防大湟江口站现有堤坝的防洪标准在过去能达到10年一遇的防洪标准,但现状和未来达不到10 a一遇的要求;(5)典型洪水重现期呈逐年缩短的趋势;(6)相同区间范围内的洪水,过去、现状和未来条件下的洪水发生的概率呈增加趋势。     

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。     

1998年长江流域洪水灾害成因分析

通过实测气象,水文数据分析和洪水期雷达卫星影像判读,论述了１９９８年长江流域洪水的雨情,水情和灾情的主要特征,并与１９９４年的相关数据进行了比较,可以认为,１９９８年长江流域洪水是由异常降水引起的,其洪水灾害的主要物征为高水位,长历时,大洪量,１９９８年长江干流洪水总量与１９５４年规模相当。     

流域水文干旱等级预测问题的研究

采用滦河潘家口水库控制流域9个水文站1958-2009年的逐月流量数据,通过计算各站12个月时间尺度的标准化径流指数(SRI),得到了实测水文干旱等级序列。根据干旱等级转换的观测频数,提出了基于三维列联表的对数线性干旱预测模型,并计算了干旱等级转换间的优势及其置信区间,以估算干旱等级转换的概率,实现了滦河潘家口水库控制流域预见期为1个月和2个月的水文干旱等级预测。选取2000-2009年的水文干旱演变过程对预测模型进行了验证。结果表明:干旱等级转换的三维列联表呈现一种强对角线趋势,各站三维对数线性模型的检验显著性水平p均大于检验水准α(0.05),观测频数与期望频数吻合程度高,且预见期为1个月的水文干旱等级预测精度较高,可用于滦河潘家口水库控制流域短期水文干旱预警。但预见期为2个月的水文干旱等级的预测误差较大,需根据流域的气候特征及下垫面的物理状态对模型进行进一步的改进。因此,如何综合应用气象和水文干旱监测信息,并采用对数线性预测法建立新的模型对水文干旱进行提前预警是需要解决的重要问题。     

高泥沙含量洪水的MODIS遥感识别

2003年9月,渭河流域发生了严重的洪涝灾害,洪水泥沙含量高达486kg/m 3.准确地对泥沙含量极高的洪水及其淹没区进行快速识别是利用MODIS遥感资料成功进行渭河洪涝灾害监测的关键.通过对洪水及其淹没区MODIS图像的剖面光谱分析认为,在MODIS的1～7通道中,进行洪水识别的最佳通道依此是2、5和6通道;植被指数法和假彩色合成是提取高泥沙含量洪水及其淹没区域的有效方法.     

嘉陵江上游暴雨洪水特性分析

介绍了流域气候和地理特征,分析了流域降水、径流特性和泥沙特点;通过对历年暴雨洪水资料的统计,分析了流域内暴雨洪水形成的规律;对干流段灾害性洪水的重现期及大洪水发生的周期和季节规律进行了分析,并提出了防洪减灾对策.     

基于SPI的渭河流域干旱特征演变研究

基于渭河流域21个气象站的1961-2010年的标准降水指数(SPI),采用Mann-Kendall趋势检验法研究了各个站点12个月份的SPI、干旱严重程度以及干旱历时的变化趋势,最后运用Copula函数计算了渭河流域两种典型干旱情景下的联合重现期。得到主要结论如下:(1)整个渭河流域干旱趋势明显,其中干旱化显著的月份主要有11、12以及1月,而有湿润化趋势的月份主要集中在7、8月份,此外,干旱严重程度与干旱历时的变化趋势均不显著;总的来说,该流域干旱季节越干旱而湿润季节越湿润的趋势进一步加大了水资源管理的难度,渭河流域存在较大的旱涝风险;(2)就"且"重现期而言,渭河流域发生典型中度干旱和典型重度干旱的联合重现分别为28.9年和53.1年一遇;整个渭河流域发生中度干旱的可能性大,流域西北部发生旱灾的概率要大于东南部。因此,相关部门应该加大渭河流域西北部干旱监测力度,提前做好防灾减灾的准备。     

2021年6月大兴安岭地区暴雨洪涝灾害成因分析

2021年6月黑龙江上游大兴安岭地区发生特大洪水,出现历史上罕见的洪涝灾害。利用大兴安岭地区国家地面气象观测站、区域气象自动站、水文和水位站资料,采用统计方法,分析降水变化和主要江河洪水的特征。同时,通过欧亚500 hPa高度和距平场、EC模式500 hPa高度和850 hPa风场、物理量场,采用天气学原理及诊断分析方法,分析了暴雨形成的机制,对2021年洪水与历史洪水年进行了对比。结果表明：(1)大兴安岭地区秋、冬、春季降水量均偏多,使黑龙江上游江段水位偏高,土壤底墒含水率多,增加黑龙江上游河槽蓄水量,使黑龙江上游江河底水高,超警戒水位;(2)汛期雨季来临早,受东北冷涡影响,6月中旬两次暴雨叠加,低层高温高湿的不稳定能量与中高层向南渗透的冷空气结合,导致中低层位势不稳定的建立,为暴雨过程提供动力、热力和水汽条件;(3)强降水集中,加之上游来水比重大,形成暴雨洪水,导致洪峰水位高,超警幅度大,造成2021年6月大兴安岭地区发生暴雨洪涝灾害。     

极端降水事件概率分布识别方法对比研究

识别极端降水的概率分布对于区域水旱灾害的预测防治具有重要意义。研究针对广泛采用的L-矩分析、KS检验和卡方检验3种方法,基于四川盆地24个气象站1951—2011年的日数据,对最大日降水量、连续最长无雨天数的概率分布分别进行了识别和误差分析。结果表明:KS检验结果的相对误差最小且大都小于0.05,并且与基于卡方检验的结果接近;基于L-矩分析识别结果的误差较大,尤其是连续最长无雨天数的平均误差在多个回归水平下超过10%;此外,具有相同概率分布的站点,基于KS和卡方检验结果的空间连续性更好。上述结果和一些研究优先推荐L-矩分析识别水文序列概率分布的结论不一致,原因是这些研究主要针对径流而非最极端的降水情况,且降水序列的空间异质性大。     

长江中游降雨径流演变与水旱灾害

为了解长江中游近年来水旱灾害新特征并有针对性地提出建议。基于1960—2020年长江中游降雨径流实测数据,对降雨径流演变趋势进行了分析,探讨了长江中游水旱灾害成因及特征。结果表明：长江中游年降雨量增加,春秋季降雨量年内占比减少,夏冬季降雨量占比增加;长江中游径流深在1988年和2003年发生突变,降雨量变化对径流深改变的贡献占30%左右,人类活动贡献程度约占70%;2003年后长江中游径流深的水文改变度排序为中游出口最大(36%),鄱阳湖出口(33%)和洞庭湖出口(31%)次之,汉江出口最小(21%)。长江中游水旱灾害具体表现为：2000—2020年长江中游异常降雨占据60多年来异常降雨总数的43%,且主要发生在两湖流域,极端降雨造成中游区域型洪水和春季秋季干旱;2003年后,两湖秋季水位持续下降,近10 a来,由于长江上游秋季来水持续减少,洞庭湖南咀站和鄱阳湖都昌站9月份水位分别下降了0.7 m和1.7 m。建议未来研究中注重研发大尺度多时空尺度水文水动力模型,提升极端水文事件成因识别能力及未来变化趋势预测能力。     

渭河流域"05.10"洪涝灾害特征分析

利用2005年9~10月渭河流域内各气象站和水文站的资料,对2005年渭河流域致洪暴雨的雨情、水情及灾情进行分析。对洪水的特征,水情、河道的概况,特大洪灾的降水特点进行总结,得出“05.10”洪水具有降水范围广、水位高、洪水倒灌、灾害重等特征,造成的经济损失严重。揭示了洪灾形成的主要原因,从而对减少洪灾的形成和流域的治理提出有关建议,达到防灾减灾的目的。     

渭河流域洪水灾害特征分析

分析了新中国成立以来渭河流域45次洪水灾害过程的年际变化、渭河不同河段及干支流洪水灾害特征；同时通过对致洪暴雨的时空分布、类型及灾害的分析，总结了导致渭河流域洪水灾害的降水特征。     

中国内陆自然环境的干旱化与未来趋势

根据中国内陆陕西、甘肃部分地区５０９ａ旱涝资料和主要测站气象、水文实测数据,应用Ｗｏｒｄ９７图形处理系统,证明在５２６ａ序列中目前处在１１ａ、５０ａ滑动的干旱期。近４６ａ气温上升了０．３℃,年降水减少了８０ｍｍ,径流量减少了０．７８％,出现了明显的干旱化,环境变化趋势不容乐观。     

2005年渭河、汉江流域一次致洪暴雨过程浅析

采用了高空、地面常规气象观测资料、水文资料和NCEP格点资料,对2005年出现在渭河、汉江流域一次秋季连阴雨中的致洪暴雨过程进行了分析。结果表明:这次强降水持续时间长,降水总量大,地域集中,洪水汇流快,造成的灾害重;分别是渭河下游、汉江干流1981年和1983年以来的最大洪水过程。渭河洪水有7大特点,汉江洪水有3个明显特点;次致洪暴雨过程的主要影响系统是500 hPa的西风槽、副高、700 hPa及以下的低涡切变;暴雨的水汽主要来自孟加拉湾和南海;动力场上的高层辐散、中低层强辐合,使垂直上升运动强烈发展,为致洪暴雨的形成提供了非常有利的动力条件。