不同降雨情况对武汉市主城区典型区域积水过程影响分析

以武汉市港西片区为研究对象,构建了暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)和Newflood模型的城市地表水文水动力耦合模型,模拟不同重现期设计暴雨情景下研究区内涝积水变化情况,分析了城市内涝对不同强度降雨条件的响应特征。结果表明：构建的耦合模型可较好地模拟研究区内涝积水变化情况,SWMM模型的纳什效率系数在率定和验证环节中均高于0.8,Newflood模型模拟的积水点位置及对应的最大积水深与实际情况较为吻合,模型模拟效果较好;随着设计降雨重现期的增大,研究区的淹没面积、淹没水量及平均水深也随之不断增加,研究区总淹没面积由1.55 km²增加至2.65 km²;在5 a一遇～100 a一遇的所有设计降雨情景下,研究区域的积水情况主要以轻微积水为主,积水深度大于0.15 m的区域占淹没面积的比例随着重现期的增大而增加,重现期为100 a一遇时该比例达到最大。研究成果可为城市内涝防治和管理提供技术支撑和参考。     

基于RS和GIS的松辽平原黑土流失研究

基于RS和GIS技术,利用1986年TM数据和2001年ETM数据,对松辽平原黑土分布现状与动态变化进行监测研究,分析了黑土流失特点及其时空分布规律,并引入冲沟线密度概念量化黑土流失趋势。结果表明:松辽平原典型黑土面积54989.92km²,沿京哈铁路线呈弧形条带状展布;1986～2001年间,黑土区水土流失面积达3765.21km²,减少速度为251.01km²/a,集中在河流两岸、较大建筑用地附近和与盐碱土接壤的地区;仅考虑冲沟的有效作用域,预计到2016年黑土面积平均会有1411.0km²/a转变为冲沟,黑土流失状况不容乐观。     

宁夏六盘山地区一次局地暴雨天气过程诊断分析

利用宁夏区域自动站逐小时降水量资料、NCEP 2.5°×2.5°间隔6 h再分析资料、探空资料、多普勒雷达资料及FY-2G静止卫星逐小时红外亮温(TBB)资料,对2015年6月22日白天到夜间出现在宁夏六盘山地区的一次区域性暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明:(1)北槽南涡是本次局地暴雨过程的大尺度环流背景。(2)正涡度使气旋式环流加强,加大了暴雨区辐合上升运动。低层辐合高层辐散,有利于强降水的发生、发展和维持。暴雨区上空整层相对湿度在80%以上,700 hPa比湿超过9.8 g/kg,500 hPa比湿大于4.4 g/kg,并长时间维持可作为此次暴雨过程的水汽条件指标。(3)垂直速度形成的南北经向次级环流增强了泾源南侧中低层暖湿空气的辐合抬升,同时加大了其北侧高层大气下沉运动产生的抽吸作用,形成正反馈,造成降水强度增强,最终形成暴雨。700 hPa垂直速度小于-0.157 Pa/s是此次暴雨过程动力抬升条件的重要指标。(4)本次暴雨过程以混合性降水为主,对流发展不旺盛。最大降水时段不是出现在TBB最低的时间而是出现在TBB增幅最大的时间,且TBB增幅越大降水量越大。TBB在-50℃以下,且TBB梯度达15℃以上区域与暴雨区有较好对应关系。     

基于面向对象分类方法的查干湖地区生态环境变化遥感分析

利用遥感技术结合高精度GPS野外定位技术,应用面向对象分类方法,利用1988年和2004年两期遥感数据对生态敏感区域——查干湖自然保护区的生态环境进行了土地利用类型遥感提取、GPS野外验证,结果表明,查干湖地区16年来水体面积减少了139.36km²,盐碱地增加了106.83km²,碱斑面积增加了107.21km²,环境恶化现象严重。初步分析了环境变化的原因并提出了治理建议,探讨了基于多特征的面向对象分类方法的具体应用。     

松花江流域极端气象水文要素分析

利用松花江流域1961-2018年逐日降水及逐日径流数据资料,基于11个极端降水指标和5个极端径流指标,采用趋势分析法、Mann-kendall非参数检验方法、Mann-kendall突变检验法、克里金插值法、皮尔逊相关系数等方法分析了松花江流域极端降水及极端径流事件的变化特征、地区性差异和规律,同时分析了极端降水和极端径流事件间的关联性。结果表明：除持续干期指数（Consecutive dry days,CDD）和降水强度指数（Simple daily intensity index,SDII）外,其余指数多年平均值均呈现出第二松花江流域为高值区,松花江干流流域次之,嫩江流域为低值区,各极端降水指数的空间趋势分布和突变年份也体现出区域差异性;各极端径流指数的变化趋势和突变年份分别相近,且都呈微弱变化趋势;在不同时间尺度下,极端降水与极端径流事件的相关系数均通过99%显著性检验,由于松花江流域汇流速度较慢,当时间尺度为30天时极端降水与极端径流事件表现出最为显著的关联性。     

极端水文事件对气候变化的热力学响应研究进展与评价

全球变暖影响了气圈、水圈、地圈与生物圈的生物地球化学循环过程,改变了气候系统的热力和动力环境,对降水、蒸散、大气湿度、土壤墒情、陆地水储量等气象水文要素产生显著影响,热浪、暴雨、洪水、干旱等极端气候灾害频发,严重威胁人类社会和生态系统的可持续发展。近年来,部分学者尝试从大气热力学角度探讨极端水文事件演变的物理成因,为阐明全球和区域水循环变化机理提供了新途径。本文综述极端降水、洪水和干旱对气候变化热力学响应的基础理论与技术方法,重点回顾国内外近年来取得的研究进展,并展望未来的研究重点和方向,为应对气候变化和防灾减灾提供理论支撑。     

基于SWMM模型的城市小区暴雨径流过程模拟

随着城市的快速发展,城区不透水面积比日益增大。下垫面条件的变化使得降雨径流过程也发生了明显改变。文中以SWMM模型为基础,选取邯郸市城区育德花园小区为实验小区,根据下垫面情况划分成多个子流域,分别按地表产汇流和管网汇流模拟了暴雨在小区的产汇流过程。人工实测出流过程与模型模拟过程的对比分析结果表明,SWMM模型对城市小区的暴雨径流过程模拟效果较好,可以在其他城区推广应用。     

岩溶地区地下空间开发适宜性评价——以桂林市规划中心城区为例

以桂林市规划中心城区为例,选取了12 个影响岩溶地区地下空间开发利用的地质环境因素( 地貌类型、地下水富水性、地下水位埋深、地下河对地下空间开发的影响程度、土体厚度、土体地基适宜性、岩体结构、岩溶塌陷易发程度、岩溶发育程度、断裂构造、特殊性土发育程度、人类工程活动强度) ,利用地质环境要素通过专家－ 层次分析法建立了岩溶地区地下空间开发适宜性评价指标体系和评价方法,并通过MapGIS 软件实现可视化。依据预测分区指标计算,将研究区浅层地下空间资源开发利用适宜性划分为: 适宜性好( Ⅰ) 区的面积为34. 43 km² ; 较好( Ⅱ) 区412. 34 km² ; 较差( Ⅲ) 区397. 71 km² ; 差( Ⅳ) 区35. 52 km²。     

基于“源-汇”理论和生态阻力面(UEER)模型的新疆和田地区沙源扩散路径

厘清沙源扩散路径是荒漠化防治的重要方面。基于“源-汇”景观生态学理论,以新疆和田地区为研究对象,应用生态阻力面(UEER)模型提取沙源地、构建沙源扩散生态阻力面,共提取了和田地区128条沙源潜在扩散路径,并通过重力模型筛选出71条沙源扩散重要路径,识别出48个沙源扩散节点,其中Ⅰ类沙源扩散节点31个,Ⅱ类沙源扩散节点17个。结果表明:新疆和田地区沙源高度扩散风险区域面积为11 267.8 km²,占研究区总面积的5.54%,主要分布于和田县中部、墨玉县北部、民丰县中部及南部,其中一级源地面积为8 290.18 km²,二级源地面积为1 955.76 km²,三级源地面积为1 021.93 km²; 沙源扩散路径密度较高的区域集中分布于和田地区西北部,该区域沙源扩散作用最强,东南部沙源扩散作用较集中,中部沙源扩散路径较少,沙源扩散作用最弱; Ⅰ类沙源扩散节点位于绿洲、荒漠交错区域,是防沙治沙的关键节点。上述研究结果可为新疆和田地区荒漠化防治决策提供依据,同时作为对“源-汇”理论应用于沙源扩散路径的探索,为今后类似研究提供参考。     

Study on the Change of Extreme Events of High-temperature and Heavy-Precipitation in Shanxi Province in Recent 48 Years

利用山西68个台站逐日最高气温、降水等资料,采用百分位值极端事件定义方法和Mann-Kendall突变检验、小波分析等方法,研究山西1961-2008年极端高温和极端强降水事件的变化特征。结果表明：1961年以来,山西极端高温日数呈显著增加趋势,趋势为5.9 d/10 a,20世纪90年代中期以前变化趋势不明显,1997年以来增多趋势显著。与此同时,极端强降水事件趋于减少。极端高温事件在2001年发生了突变,2001年以后极端高温事件显著增多。极端高温日数有3～4 a,8～12 a及30 a的周期,极端强降水日数有准3 a,6～10 a及准16 a的周期。极端高温事件的增加与气候变暖有密切联系,Nino_3区海温、欧亚地区的纬向环流及西太平洋副热带高压（下称西太副高）对极端高温事件有很大影响,当Nino_3区海温偏高、纬向环流偏强、副高面积偏大、位置偏西时,容易导致极端高温日数偏多。极端强降水的发生则与东亚季风和Nino_3区海温有密切联系,当季风强盛、Nino_3区海温偏低时,往往引起极端强降水事件增多。     

华北地区夏季降水变化特征和极端降水多、少年环流异常特征分析

根据1961—2004年6—8月的逐日降水资料,用Morlet小波分析和滑动平均等方法,分析了近44 a来华北地区夏季降水的年际和年代际变化特征,不同量级降水事件的发生频率和强度,极端降水时间多年和少年的大气环流差异.结果表明,华北夏季降水量总体呈下降趋势,但极端降水天气发生的次数并没有减少,强度也呈增加趋势.华北地区夏季极端降水多年,印度季风强度较强且能够伸展到我国东北地区,副热带高压强度也较强且位置偏北,在我国内蒙古北部和贝加尔湖南部有气旋性环流存在,造成极端降水量偏多;极端降水少年,印度季风强度较弱,水汽仅输送到较低纬度,从而导致北纬30°以北地区水汽大量减少,副热带高压强度较极端降水多年弱且位置偏南,造成极端降水量偏少.     

基于GIS评价活动断裂对公路的影响——以宁夏地区为例

为了查清活动断裂对公路的影响,总结了宁夏地区9条全新世活动断裂的基本特征和活动性,确定了评价和预测活动断裂对公路工程影响的指标体系,并建立了分级标准。采用优先排序法对指标进行筛选和优化,运用主成分分析法确定权重,选用多级模糊综合评判法建立了评价模型。以ARCGIS9为平台,建立了宁夏地区活动断裂空间数据库,运用矢量叠加运算实现了宁夏地区活动断裂对公路影响的现状评价,运用栅格叠加运算实现了宁夏地区海原活动断裂带对公路影响的预测评价。预测结果表明,宁夏地区对公路影响大的海原活动断裂面积为12.34km²,占全区总面积的1.0%;影响较大的为271.28km²,占总面积的21.4%;影响中等的为400.05km²,占总面积的31.6%;影响小的为585.04km²,占总面积的46.0%。     

1951—2017年丽江极端气温和降水事件的变化特征

为系统弄清丽江极端气温和降水事件的变化特征,基于丽江气象站1951—2017年逐日最高气温、最低气温和降水量资料,采用线性倾向估计、Mann-Kendall突变检验、滑动t检验和Morlet复小波的方法对16个极端气温指数和11个极端降水指数的变化趋势、突变和周期特征进行了分析.1)变化趋势分析表明:月最低气温极大值、月最低气温极小值、夏季日数、暖夜日数、暖昼日数、热日持续指数呈显著增加趋势,霜冻日数、冷夜日数、冷日持续指数、月平均日较差呈明显减少趋势,月最高气温极大值、热夜日数、作物生长期呈不显著增加趋势,月最高气温极小值、冷昼日数呈不显著减少趋势,冰封日数在研究期内均为0 d;极端降水指数日降水≥1 mm的降水日数呈显著减少趋势,特强降水量呈显著增加趋势,中雨日数、持续湿期、年总降水量、5日最大降水量均呈不显著减少趋势,大雨日数、强降水量、持续干期、1日最大降水量、降水强度均呈不显著增加趋势.2)突变检验分析表明:部分极端气温指数和降水指数的突变年份显著,大部分指数的显著突变年份集中在20世纪80年代至21世纪初,其余指数的显著突变年份在20世纪50至70年代,并且极端冷事件指数霜冻日数、冷夜日数和冷昼日数在显著突变年份后呈现减少趋势,而极端暖事件指数夏季日数、暖夜日数和暖昼日数在显著突变年份后呈现增加趋势,热夜日数在研究期内只有2015年为1 d,其余年份均为0 d.3)周期分析表明:极端气温指数除冰封日数外的15个指数存在2~6个准周期,介于3~56 a之间,存在1~3个主周期,介于10~56 a之间;11个极端降水指数存在4~6个准周期,介于4~56 a之间,存在1~3个主周期,介于12~56 a之间;部分极端气温指数或降水指数具有相同或相近的主周期.     

低涡尾流系统对宁夏偏东地区短时暴雨的影响分析

利用宁夏加密自动站观测资料、银川站探空资料、FNL 1°×1°逐6 h格点再分析资料以及卫星、多普勒雷达等气象探测资料,对2016-07-03傍晚前后发生在宁夏偏东地区强对流性过程的天气形势、水汽、动力、不稳定能量等物理量条件进行分析。结果表明,发生短时暴雨的区域在降水开始前为上干冷、下暖湿的不稳定层结,低涡尾流底部冷空气的侵入触发了这种不稳定机制;在暴雨开始前对流有效位能等能量参数增大,短时暴雨结束后能量参数减小,即能量参数与短时暴雨的发生、发展有较好的对应关系。     

华南丘陵区马贵河小流域暴雨山洪灾害强降水特征

降水强度及持续时间是引发山洪灾害的重要气象因素,短时间内高强度的降水极易诱发山洪灾害,研究降水因子时空变化是防范及预警山洪灾害的关键环节。为了探索不同时间尺度的降水与局地山洪灾害之间的潜在联系,本文利用2010—2018年稠密的气象自动站逐小时降水观测数据,统计分析了以马贵河小流域为中心的华南丘陵区多尺度降水特征,重点从短时强降水（小时降水量≥20 mm/h）的角度揭示了诱发该流域山洪灾害的可能降水成因,并分类建立了该区域典型短时强降水事件的天气学概念模型。研究表明：马贵河小流域并非华南丘陵区的年降水、年暴雨高频中心,但短时强降水发生频次较高、强度较大;山洪灾害频发与时间尺度更短的短时强降水关系更为密切,而非普遍关注的暴雨天气过程;该流域的短时强降水具有双峰型分布特征,华南前汛期（4~6月）短时强降水频次与强度略高于后汛期（7~9月）,但后汛期午后的峰值频次更为集中;典型短时强降水过程可分为冷式切变型、低空低涡型、偏南急流型和热带气旋型等四种基本类型,不同环流类型的系统配置与环境条件具有明显差异。该成果一方面加深了对华南丘陵区短时强降水与山洪灾害内在联系的科学认识,另一方面可为当地短时强降水及山洪灾害预报预警提供技术支持。     

基于TVGM-SWMM模型的城市雨洪模拟

通过耦合城市时变增益非线性模型（time variant gain model-urban, TVGM-urban）和暴雨洪水管理模型（storm water management model, SWMM）,模拟并分析了不同类型的城市下垫面产流非线性变化过程。以深圳市光明新区海绵城市建设示范区为研究对象,基于耦合的TVGM-SWMM模型,模拟了该地区的降雨-径流响应过程,并进一步分析了不同低影响开发（low impact development, LID）模式布设面积对径流调蓄的影响。结果表明：1）在大多数情况下,TVGM-SWMM模型的模拟效果优于SWMM模型,其原因在于前者考虑了城市地区降雨径流的非线性响应关系,并且强调了降雨强度对产流的影响;同时,TVGM-SWMM模型需要的产流参数较少,减少了对城市地区基础数据资料的需求;2）在不同设计暴雨重现期下,TVGM-SWMM模型模拟的径流过程更加符合降雨变化情况,对应的洪峰流量与最大雨强相关性更高;3）研究区LID设施的径流调蓄能力与其布设面积成正相关,其效果随暴雨重现期的增长相对减弱;相同布设面积情景下,下沉式绿地的调蓄效果优于绿色...     

1961—2015年赣江流域极端降水时空变化特征分析

以1961—2015年赣江流域22个站点逐日降水量数据为研究对象,采用线性趋势、pettitt突变检验、Mann-Kendall显著性检验、累积距平法、反距离加权法等方法,分析了赣江流域8个极端降水指数时间和空间变化特征及其影响因素。结果表明:(1)P95、P99指数整体呈下降趋势,I95、I99指数整个流域(除寻乌站的P99)呈上升趋势,其余指数在整个流域同样呈上升趋势,但变化不显著。(2)极端降水指数上游和中游的I95指数和中游的I99指数,在0.05显著性水平下,显著上升。突变年份主要集中在90s和2000s,是极端降水事件多和强度较大的年代,发生突变次数最多的在1991年。(3)R50、RX1day、RX5day三个指数都呈现出有东北向西南方向递减的趋势,P95、P99、I95、I99指数的最高值都在井冈山一带,流域的东北部和中游西部存在较高的极端降水可能性,易发生泥石流、洪水等自然灾害。本研究可为当地的防灾减灾及水土保持提供科学依据。     

太湖五里湖非点源污染的时空变化分析

从非点源污染的产生过程入手,研究了五里湖非点源污染随降雨类型、下垫面特征和季节的变化特征。研究发现:(1)连续型降雨径流中污染物浓度具有先快速升至最高值、再随降雨历时逐渐减小的特征,降水初期雨滴的溅蚀力是径流中污染物浓度升高的限制因子,降水中后期限制因子转变为下垫面残存的非点源污染物数量;(2)间歇型降雨污染物浓度随整个降雨历时呈现锯齿状变化的特征,原因是间歇型降雨持续时间较长,降雨期间某些集水区污染源将新的污染物质输送到地表,污染物积累效应被凸现显出来;(3)非点源污染物浓度的月份变化曲线呈锯齿状,是污染物累积作用、消减作用、前次降雨的影响、雨强等因素综合作用的结果;(4)非点源污染物的空间变化特征主要是由下垫面性质的差异、污染物来源的不同、污染程度和管理方式的差异造成的。     

水利水保措施对流域洪水的影响

随着大规模的水利建设和水土保持工作的实施,流域下垫面条件发生了明显的改变,其暴雨产生的洪水也相应发生了变化。如何评估水利水保措施对洪水的影响及其程度是一个重要的研究工作。以黄河流域窟野河为例,构建暴雨洪水相关统计模型———最近邻抽样回归模型,在此基础上探讨了水利水保措施对洪水的影响。研究结果表明：水利水保措施影响后洪峰...     

改进的径流系数法在城市小流域设计洪水中的应用研究

为了探究城市化带来的下垫面不透水面变化导致的径流系数取值差异问题,根据城市不透水面水文效应实验,建立了径流系数（runoff coefficient, RC）-总不透水面积比（total impervious area, TIA）关系,提出了改进的径流系数确定方法,并与常用的面积加权法和SCS(soil conservation service)模型的径流曲线数模型进行比较。以深圳新和润小区为研究对象建立了产汇流模型,对不同方法在降雨径流模拟及设计洪水中的应用效果进行了比较研究。结果表明,构建的产汇流模型可以比较好地应用到汇水区较大雨量降雨事件的径流模拟中;改进的径流系数对于城市设计洪水的计算来说是适用的,并且较SCS模型更符合城市流域暴雨洪水的特点。