可持续化发展导向下的海湾型城市内涝治理框架

海湾型城市是我国重要的经济建设中心。当前受气候变化和海洋性气候的影响，台风暴雨、极端降雨事件发生频发，导致海湾型城市内涝灾害加剧。为保障城市的安全，亟需提升城市应对内涝灾害的能力。基于可持续化发展的思维导向，构建海湾型城市内涝治理框架。通过多元的技术对区域-市域-地区进行多尺度的内涝灾害识别，根据其风险结果提出了适用于多层级的内涝风险规划，并制定多时序的内涝治理应急响应方案，以期为洪涝灾害的治理提供创新的解决思路。     

海口市极端降雨事件演变趋势分析

城市暴雨内涝与极端降雨事件息息相关。为揭示城市暴雨内涝成因,利用海口站1953-2012年日降雨量资料,采用线性倾向估计法、Mann-Kendall趋势检验法、Mann-Kendall突变检验法和小波分析法等探讨了海口市极端降雨事件演变规律。结果表明:近60年来海口市极端降雨指标均呈现出上升趋势,但极端降雨日数上升趋势较弱,短历时暴雨强度增加,对城市内涝带来较大压力;极端降雨事件的突变年份在2007年附近,暗示海口市在2007年附近对土地的开发利用是一个节点;海口市降雨周期性不是很显著。     

黄河中游典型流域极端降雨条件的水沙过程变化

研究流域极端降雨条件下的水沙动态变化过程是应对气候变化引起的洪涝灾害风险的基础。针对皇甫川、佳芦河和延河流域水土保持治理前后的极端暴雨洪水,对比分析了各流域极端降雨事件中径流泥沙过程的特征变化。研究结果表明,水土保持措施能降低洪涝灾害风险,可将延河流域200年一遇的特大洪水事件降低为风险更小的50年一遇洪水。由于水土保持措施可有效调蓄洪峰、降低含沙量,延河流域洪峰流量和最大含沙量较治理前降低了89.77%和49.25%;同时显著减缓洪水消退过程,各流域洪水过程由陡落均转变为缓落。在气候变化背景下,为应对黄土高原地区局地暴雨灾害,仍需加强水土保持措施监管,开展工程措施的除险加固,提高水土保持措施抵御极端暴雨灾害的能力。     

2011年国内媒体报道城市暴雨事件分析

近年来气候多变使得极端降雨事件以及内涝灾害频发。为及时了解城市暴雨状况及其影响和危害,对2011年我国媒体报道主要城市暴雨事件进行了统计分析。结合不同城市降雨及灾害发生特点,提出了城市防洪排涝的应对措施。     

基于PSR与贝叶斯网络的城市内涝灾害情景分析

气候变化和城市化进程加快双重影响下,城市内涝灾害事件频发广发,灾害损失严重,受到广泛关注.基于贝叶斯网络模型将城市内涝灾害事件划分为压力-状态-响应3个阶段,采用Neti-ca软件对正常和极端状态下城市内涝灾害事件演化过程进行分析,通过揭示内涝灾害事件动态演化过程为城市防洪减灾、应急管理及其科学应对提供理论依据.以西安...     

极端大暴雨对城市防洪的警示和思考

2021年7月20日郑州发生的极端大暴雨造成了严重的洪涝灾害。为总结经验教训、分析灾害原因,将郑州暴雨过程分别移植到深圳市、北京市,利用城市洪涝仿真模型进行模拟推演。模拟分析结果认为,此次极端暴雨无论发生在深圳还是北京,都会产生严重的洪涝灾害,都有河道漫溢、严重积水的情况发生。单一地通过工程措施提高城市防洪标准的做法,可以应对标准内的降雨,但无法应对超标准的极端暴雨事件。因此,建议从流域、区域、城市层面进行城市防洪和内涝治理的联排联调,统筹管理;提前模拟不同降雨条件下尤其是超标准大暴雨的城市内涝风险,预测、评估城市承灾能力;制定、完善预警指标和防汛管理应急响应预案,提高政府综合协调能力。在暴雨到来之前,及时发布预警和提示信息,快速指导各相关部门和市民做出必要的防范措施,保障市民的生命安全,降低财产损失。     

城市暴雨内涝计算中降雨插值算法的选取

城市暴雨内涝计算的精度取决于暴雨数据的准确性。分别采用反距离加权插值、样条函数插值、克里金插值三种方法,对郑州市暴雨数据进行插值精度比较、交叉检验结果精度分析,并在城市暴雨内涝计算中对三种降雨插值结果进行验证。结果表明:克里金插值结果要优于反距离加权插值和样条函数插值结果,能够满足区域暴雨内涝灾害计算的精度要求。     

湖南慈利县滑坡灾害的临界降雨量阈值研究

科学合理地确定降雨诱发滑坡的预警阈值是区域防灾减灾的关键。以降雨型滑坡灾害高发的武陵山区为例,选取湖南慈利县1987—2011年逐年的历史滑坡灾害及降雨数据进行统计研究。首先,利用SPSS软件分析降雨与滑坡事件的相关性,发现该地区降雨型滑坡灾害主要受前3 d累积降雨量影响,且前期降雨有效系数仅为0.6;进而基于经验阈值分析模型,建立该地区分级预警的宏观平均有效降雨强度-降雨持续天数(I-D)降雨阈值曲线,并通过已知降雨滑坡事件进行空间验证;最后,考虑区内降雨型滑坡规模、滑体厚度及坡度的差异,分类建立了不同地质条件特性的I-D阈值曲线,发现临界降雨量阈值与滑坡规模及厚度呈显著正相关关系,而滑坡坡度则存在明显的最易发区间(25°~35°),此时临界降雨量阈值最小。研究结果可为武陵山区及相关地区降雨型滑坡的预测预报提供依据和借鉴。     

2021年全球典型极端降雨灾害事件对比及综合防御

气候变化导致极端降雨过程频繁出现，严重危害生命、财产及生态环境安全，影响社会经济健康发展。对比分析不同区域极端降雨及其致灾过程案例，对于提高综合风险防御与应对能力具有一定意义。以2021年7月份发生在中国、欧洲、日本、印度等地的典型极端降雨事件为基础，通过情景复盘、归因分析、比较分析，探究极端降雨致灾特点。结果表明：极端降雨具有过程骤然性、落区局地性和雨强极值性等特征，极端降雨灾害具有隐患零存整现、破坏性能量集聚爆发、邻近空间链式致灾等特点。建议从基于自然水流系统的国土空间规划优化、提高防御工程标准和规范预警响应行动等方面提升综合防御能力。研究成果可为科学高效防御城市极端降雨灾害提供参考。     

基于日降雨量的城市内涝灾害风险评价——以长春市南关区为例

目前,对于城市内涝灾害风险评价一般是以极端降水作为指标,这样往往会导致城市内涝灾害发生的程度被低估,中等或较弱降水也可能是城市内涝灾害致灾因子之一。为精确地评估城市内涝灾害风险,以长春市南关区为例,以1985～2015年逐日降雨强度的分布分析为基础,将逐日降雨强度转换为降雨超越概率(PEP)指数,将逐日的降雨强度与年最大日降雨量超越概率进行比较,得到城市内涝灾害发生概率,并构建了城市内涝灾害风险评价指数,对2019年南关区内涝灾害风险进行评价。结果表明：2019年南关区内涝灾害风险评价指数为0.597,为重大风险中的显著风险。研究成果可为精确评估城市内涝灾害风险提供参考,为城市内涝灾害防范提供决策依据。     

城市暴雨强度公式复核 −以杭州主城区为例

在气候变化与快速城镇化共同影响下,很多城市暴雨特性发生变化,现行的暴雨强度计算公式可能不再适用,需要复核和更新。以杭州市主城区为例,根据钱塘江江畔闸口站1982—2022年降雨极值资料,分别选用皮尔逊Ⅲ型分布和耿贝尔分布曲线进行线型拟合,采用粒子群优化算法推求暴雨强度公式参数,与现行规范给出的暴雨强度公式进行复核分析。结果表明：在重现期为2~20 a时,根据皮尔逊Ⅲ型分布和耿贝尔分布推求得到暴雨强度新公式的平均绝对均方差均小于0.05mm/min,平均相对均方差均小于5%,符合精度要求;仅当降雨历时为10min时,2个新公式的暴雨强度要小于现行公式的暴雨强度,其他历时下2个新公式的暴雨强度都明显大于现行公式的暴雨强度;经合理性分析,本研究根据最新暴雨资料推求的暴雨强度公式可为杭州市主城区排水防涝工程设计和相关设施建设提供参考。     

Semi-parametric Estimation Based on Second Order Parameter for Selecting Optimal Threshold of Extreme Rainfall Events

Analysis of extreme rainfall events can be performed using two main approaches; fitting Generalized Extreme Value distribution to the yearly peaks of events in the observation period or the annual maximum series, and fitting Generalized Pareto distribution to the peaks of events that exceed a given threshold or the partial duration series. Even though partial duration series are able to reduce sampling uncertainty and are useful for analyzing extreme values and tail asymmetries, the series require an optimal threshold. The objective of this study is to compare and determine the best method for selecting the optimal threshold of partial duration series using hourly, 12-hour and 24-hour data of rainfall time series in Peninsular Malaysia. Nine semi-parametric second order reduced-bias estimators are applied to estimate extreme value index and six estimators are used for the external estimation of the second order parameter. A semi-parametric bootstrap is used to estimate mean square error of the estimator at each threshold and the optimal threshold is then selected based on the smallest mean square error. Based on the plots of extreme value index and mean square error, several second order reduced-bias estimators behave reasonably well compared to Hill estimator, as indicated by their stable sample paths and flatter mean square errors.     

自动冲洗式雨洪资源利用新装置

为了实现既解决城市道路积水,又收集利用雨洪资源的目的,不同于以往单一的建筑物雨水收集利用系统,基于现有的雨水排水管道铺设标准,以水力学为理论依据,利用自动控制、渗水砖、立式入水口等细节设计,研发出了集排沙、过滤、蓄水于一体的自动冲洗式雨洪资源利用新装置。结果表明:将装置加装在原有总雨水排水管处,可对排水管泥沙进行自动过滤冲排,缓解了雨洪期城市道路积水,兼利用雨洪资源作旱期植被喷灌,以新思路响应了目前的海绵城市建设热潮。     

外洪溃堤一、二维耦合模型与内涝模型叠加在防洪保护区内的应用探讨

针对防洪保护区河道洪水的漫滩、溃堤及其与内涝叠加耦合预测的难题,以模拟溃堤洪水遭遇区域内涝情况下洪水演进过程为目标,采用基于非结构网格的Roe格式离散控制方程,利用Mike-flood提供的标准连接、侧向连接实现一维与二维模型间的耦联,将溃口口门概化为宽顶堰并添加控制策略实现堤防溃决模拟。采用二维水动力模型耦合降雨径流关系计算净雨过程,建立与区域内涝模型叠加联用的一、二维水动力耦合模型。以中运河南片防洪保护区内洪水演进为例进行分析,结果表明:中运河右堤胡家险工溃决后,洪水向下游演进至房亭河与中运河交汇处的运西洼地内,最大淹没水深位于房亭河与中运河交汇处。模型能够较合理的反映区域内涝分布、地形及主要道路和涵洞对洪水演进的影响,可为区域内防洪抢险工作提供可靠依据。     

Regional estimation of short duration rainfall extremes

The present study proposes a method for estimating the distribution of short-duration (e.g., 1 hour) extreme rainfalls at sites where data for the time interval of interest do not exist, but rainfall data for longer-duration (e.g., I day) are available (partially-gaged sites). The proposed method is based on the recently developed “scale-invariance” (or “scaling”) theory. In this study, the scaling concept implies that statistical properties of the extreme rainfall processes for different temporal scales are related to each other by a scale-changing operator involving only the scale ratio. Further, it is assumed that these hydrologic series possess a simple scaling behaviour. The suggested methodology has been applied to extreme rainfall data from a network of 14 recording raingages in Quebec (Canada). The Generalised Extreme Value (GEV) distribution was used to estimate the rainfall quantiles. Results of the numerical application have indicated that for partially-gaged sites the proposed scaling method is able to provide extreme rainfall estimates which are comparable with those based on available at-site rainfall data.     

近53年长三角地区极端降水时空变化分析

近年来,全球气候变暖趋势越来越明显,极端降水加剧了长江流域的旱涝灾害风险。利用长三角地区34个气象站1960—2012年逐日降水资料,以百分位定义极端降水事件阈值,采用趋势分析、Mann-Kendall检验、GIS空间分析等方法,在资料均一性检验和资料质量控制后,对长三角地区近53 a的极端降水的时空演变特征进行了详细分析,结果表明①长三角极端降水阈值分布在30.7~46.7之间且都在大雨范围内,部分站点接近暴雨级别,分布呈现带状分布,苏北、浙西南和浙东南沿海部分站点极端降水阈值较大,而苏南、浙北以及上海一带较小;②极端降水频次和强度存在明显的年代际差异,表现为前期明显下降而后期缓慢上升的趋势,长三角降水变得更为异常,极端降水突变主要发生在1987年;③浙江西南部和东南沿海岛屿的极端降水频次和总量均较高, R_95T大值区主要分布在苏北以及浙江东南沿海;④极端降水频次的四季变化体现了一年中雨带的南北移动,同时也体现了沿海与内陆的降水差异;苏北赣榆站、浙江东部沿海及岛屿站点的降水变得较为极端,未来易发生暴雨和洪涝,而射阳及周围地区发生干旱的几率增大。     

Semi-parametric Estimation for Selecting Optimal Threshold of Extreme Rainfall Events

The two primary approaches of extreme events analysis are annual maximum series (AMS), which fits Generalized Extreme Value (GEV) distribution to the yearly peaks of events in the observation period, and partial duration series (PDS), which fits Generalized Pareto (GP) distribution to the peaks of events that exceed a given threshold. The PDS is able to reduce sampling uncertainty and is more useful in dealing with extreme values and asymmetries in the tails, but the optimal threshold is required. The objective of this study is to compare and determine the best method for selecting the optimal threshold of PDS using the hourly, 12-h and 24-h aggregated data of rainfall time series in Peninsular Malaysia. The choice of the threshold, or the number of largest order statistics, can be estimated by the parameters of extreme events. In this study, thirteen semi-parametric estimators are considered and applied to estimate the shape parameter or extreme value index (EVI). A semi-parametric bootstrap is then used to estimate the mean square error (MSE) of the estimator at each threshold and the optimal threshold is selected based on the smallest MSE. Based on the smallest MSE, the majority of stations and data durations favor the Adapted Hill estimator, followed by the QQ, Hill and Moment Ratio 1 estimators. Therefore, this study proves that the application of different estimators on real data may result in different optimal values of threshold and the choice of the best method is very much data-dependent.     

深圳市降水变化特征及其未来变化情况预测

基于1998—2018年深圳市日降水资料,采用降水相对变率、集中度及集中期分析了月尺度、年尺度降水稳定性及其年内分配特征,运用Mann-Kendall非参数法和相关函数法对深圳市年降水量、降水稳定性和分配特征参数的变化趋势、突变特征及其未来降水变化特征进行分析与预估。结果表明:深圳市汛期降水稳定性比非汛期更好,年际降水分布稳定性较差,降水集中期为每年6—8月份,降水集中度处于0.23~0.72;降水量和降水分布特征参数均在2011—2013年发生突变,在发生突变后降水相对变率和集中度呈下降趋势,而年降水量和集中期呈上升趋势;深圳市未来降水序列变化趋势受过去变化特征的影响,其中未来年降水量有减少的趋势,降水集中程度逐渐增强,降水稳定性逐渐变差,年内降水分配均匀性变差,降水集中期持续向后推迟。研究成果为深圳市合理蓄水和用水提供科学依据,对水资源调度、利用以及防汛抗旱具有实际指导意义和重要的学术价值。     

1960—2013年昭通市极端降雨时空演变规律研究

气候变化引起的极端降雨量级和频次变化已经引起了广泛的关注,极端降雨演变规律的研究对于区域防洪减灾和水资源管理具有重要意义。基于昭通市及其周边的16个气象站点1960—2013年共54 a的降雨数据,选取世界气象组织推荐的6个极端降雨指数,采用线性趋势分析、Mann-Kendll法和滑动T检验等方法分析了昭通市的极端降雨时间演变规律,并基于ArcGIS10.2采用反距离插值法(IDW)分析了昭通市极端降雨指数的空间分布格局。结果表明:在趋势演变方面,昭通市的总降雨量PRCPTOT有下降趋势;而反映极端降雨量级的3项指数SDII,RX5day,R95p均呈上升趋势,其中RX5day上升趋势显著;而R10mm和CWD这2项反映极端降雨频率的指数均呈下降趋势,其中R10mm下降趋势显著。在空间分布方面,昭通市6项极端降雨指数具有较高的空间异质性,东北部降雨量级和频率较高,中部趋缓,而西南部总体上相对较低。相关分析的结果表明昭通地区极端降雨指数与高程呈现负相关关系,极端降雨主要发生在低海拔地区。研究成果有助于加深对该区域极端降雨发生规律的认识,为区域防洪减灾和水资源管理提供参考。     

Spatio-temporal analysis of extreme precipitation regimes across South Korea and its application to regionalization

Assessing spatio-temporal variability of extreme rainfall is required to establish future plans and policies for water resource management. One of the main objectives of this study is to introduce an effective approach based on circular statistics for assessing the seasonality of the extreme precipitation. Circular statistics explicitly reflect the seasonal pattern of precipitation with maximum frequency of the timing of daily and monthly maximums. In southern Korea, a dominant frequency was identified in early July. The timing of the monthly maximum has been delayed in northern Korea. In the case of the daily maximum, the end of June is the period of most intense rainfall, with the exception of the east coast near Gangrung. A long-term temporal variation of timed monthly and daily maximums was investigated by a 30-year moving average for main stations. Monthly peak times of Seoul and Gangrung continuously moved backward while monthly peak times of Mokpo and Busan has moved forward since the 1960’s. These features could be influenced by inherent variations in the East Asian monsoon system. Given the identified spatio-temporal pattern, this study was extended to characterize regional patterns of extreme rainfall over Korea. A new concept in regionalization procedures was developed on the basis of existing approaches that mainly utilize simple moments of data. In this study, the K-means method was incorporated with the temporal pattern of the extreme rainfalls in order to better characterize hydrologic patterns for regional frequency analysis. The results showed that the proposed approach is promising for the region in term improving the physical understanding of extreme rainfall.