山洪灾害临界雨量分析计算方法研究

一个流域或区域某一时段内降雨量达到或超过某一量级和强度时，该流域或区域将发生山溪洪水、泥石流、滑坡等山洪灾害，把这时的降雨量或降雨强度，称为该流域或区域的临界雨量(强)。临界雨量(强)是一项指标，对于山洪灾害防治有着重要意义。针对水文部门现有雨量站网的雨量资料，并利用气象站网雨量资料作为补充，提出了临界雨量的分析计算方法，可在先分析计算单站临界雨量的基础上，然后分析计算山洪灾害区域的临界雨量，也可直接分析计算典型区域的临界雨量：同时给出了资料缺乏和无资料区域或流域临界雨量的估算方法。通过对典型区域的实例分析，表明提出的方法是可行的。     

河北省诱发山洪灾害的临界雨量分析

河北省山洪灾害发生频繁,暴雨是诱发山洪灾害的主要因素。通过分析境内发生的山洪灾害及相应降雨资料,计算出不同区域诱发山洪灾害的临界雨量。以期通过实测降雨量或预报降雨量,来判别或预测山洪灾害的发生,为今后防灾减灾提供依据。     

洮河流域纳纳河山洪灾害临界雨量分析计算

临界雨量是指典型流域山洪、泥石流、滑坡等自然灾害“恰好”能够发生所对应的时段最小降雨量值。在《山洪灾害临界雨量分析计算细则》规定的基础上,经过实践摸索提出了综合分析临界雨量初值的几种方法,并以黄河支流洮河流域纳纳河为例,进行了临界雨量的分析计算。计算结果表明,所采用的分析计算方法对类似流域山洪泥石流临界雨量的分析计算具有借鉴意义。     

洮河流域纳纳河山洪灾害临界雨量分析计算

临界雨量是指典型流域山洪、泥石流、滑坡等自然灾害"恰好"能够发生所对应的时段最小降雨量值。在《山洪灾害临界雨量分析计算细则》规定的基础上,经过实践摸索提出了综合分析临界雨量初值的几种方法,并以黄河支流洮河流域纳纳河为例,进行了临界雨量的分析计算。计算结果表明,所采用的分析计算方法对类似流域山洪泥石流临界雨量的分析计算具有借鉴意义。     

山洪灾害评价方法研究

山洪灾害评价是实施山洪灾害防治的重要理论基础。以山西省兴县张家坪村为例进行山洪灾害评价方法研究。主要改进了山洪灾害评价的计算方法,其中河道纵横断面资料由实测而得,设计洪水分别采用流域模型法、推理公式法、经验公式法3种方法计算,并优选出流域模型法,采用洪峰流量反推临界雨量进行雨量预警。推算出的临界雨量与实际降雨量进行比较,证实了研究方法的合理性。研究成果对于无历史资料地区山洪灾害评价具有一定的指导意义。     

小流域临界雨量计算方法研究

引发山洪灾害的外动力因素是降雨,而降雨需要达到一定的量级或强度时才能激发山洪灾害。临界雨量是山洪灾害预测预报的重要依据之一。本文提出了临界雨量的计算方法,同时通过对典型区域的实例分析,表明提出的方法是可行的。     

不同土壤含水量的动态临界雨量拟定方法研究

由于资料缺乏和对临界雨量分析不足等问题,部分山洪防治地区山洪预警效果不佳。基于流域降雨径流关系,结合流域土壤含水量和前期实测降雨量,计算了河道洪峰流量达到安全泄量所需的下一时段降雨量（临界雨量）;并以最小二乘法准则拟合前期实测降雨与临界雨量之间的函数关系,建立了不同土壤含水量等级下的动态临界雨量计算函数。依据试验流域隽水1964～2014年共38场具有代表性的典型洪水过程资料,对所建立的动态临界雨量计算函数进行检验,并开展山洪预警试验,合格率达到94.7%。表明该方法用于山洪预警在技术上是可行的。     

考虑雨强时间分配的山洪灾害临界雨量的计算

临界雨量的确定是山洪灾害预警系统的关键。由于没有考虑或没有正确考虑降雨强度的时间分配,因此现有方法计算出的临界雨量普遍偏大,致使山洪灾害预警时漏报率很高。本文提出了一种考虑降雨强度时间分配的临界雨量计算方法,以裴河为例,分别计算了降雨强度均匀、线性递增和线性递减3种时间分配模式下的临界雨量,结果表明最适用的降雨强度时间分配模式为线性递增。裴河流域8场洪水的应用结果显示,利用该方法得到的临界雨量,山洪灾害预警的成功率和漏报率均为50%,而利用原假定雨强均匀分配方法得到的临界雨量,山洪灾害预警的成功率和漏报率分别为12%和88%,表明该方法可以显著提高山洪灾害预警的成功率,降低漏报率。     

基于降雨观测资料的山洪预警标准

本文从河道安全泄洪流量出发,提出了最小临界雨量和临界雨力的新概念和计算方法,并在此基础上构建了暴雨临界曲线作为山洪灾害预警标准。根据暴雨临界曲线以次降雨的累计降雨量和前1h的降雨量在曲线图上所处的位置,可判别是否引发山洪灾害。通过浙江省淳安县闻家小流域三场暴雨洪水资料的验证,证明本文提出的方法是合理可靠的。     

降雨量空间分布对山洪临界雨量的影响

山洪临界雨量是山洪灾害预报预警的重要基础,受降雨、土壤含水量以及下垫面的影响,其中降雨量空间分布是重要的影响因素之一。以湖北省崇阳县高堤河流域为例,采用HEC-HMS分布式水文模型计算设计洪水,试算法计算临界雨量,提出了降雨量空间分布系数,分析了降雨量空间分布系数与临界雨量的关系,探讨了降雨空间分布对临界雨量的影响。结果表明:当降雨从上游到下游逐渐减少时,达到相同成灾流量对应的临界雨量最大,暴雨中心在下游时临界雨量最小,说明降雨量空间分布对临界雨量影响显著。由分析可知,在山洪灾害预警实践中应根据实际的降雨空间分布对预警指标适当修正,对山洪进行动态雨量预警。     

基于Budyko假设的黄河流域水热耦合平衡规律研究

本文通过对黄河流域内63个子流域的年降水、径流深及实际蒸散发和蒸发能力的分析，证实了基于Budyko假设的流域水热耦合平衡关系是成立的。根据各子流域的长期水量平衡结果拟合并检验了水热耦合平衡模型中的唯一参数，结果显示，该参数具有显著的区域分布规律，黄土高原区平均为3.22，青藏高原区平均为2.27。 同时，研究结果表明，模型参数综合反映了流域的下垫面条件，并提出了根据流域相对入渗能力、相对植被-土壤有效蓄水能力和流域平均坡度估算模型参数的经验公式。     

珠江流域非平稳性降雨极值时空变化特征及其成因

受全球气候变化和人类活动影响,珠江流域极端降雨事件发生的频次和强度均发生变化,变化环境导致极端降雨样本存在非平稳性。本文以珠江流域43个站点1960—2012年的日降雨数据为基础资料,通过分析广义帕累托分布(GPD)的参数时变特性及其空间分布规律,探索珠江流域非平稳性极端降雨的时空变化特征及其成因。结果表明:珠江流域极端降雨序列的极值指数呈从东到西逐渐减小特点,表征强降雨之间的相关性由东向西减弱;极端降雨变化程度大的区域其变化程度呈减弱趋势,而变化程度小的区域其变化程度呈加强趋势;珠江三角洲和东江流域南部、柳江流域东北部地区50/100年一遇的日降雨量级较大,而南盘江西部地区则较小。7个影响因子中,厄尔尼诺指标(SMEI)对流域的极端降雨影响最明显。非平稳时变超定量(POT)模型与平稳POT模型的结果比较表明,本文提出的时变POT模型较好地处理了珠江流域部分区域降雨存在的非平稳性特征。     

International Environmental Conflict Management in Transboundary River Basins

Despite signing a bilateral water treaty in 1973, water utilization in the Hirmand River Basin (HRB) has been a source of dispute between Iran and Afghanistan for many decades. While Iran accuses Afghanistan of depriving it of the Hirmand water due to dam construction in the upper basin, Afghanistan assures that it enforces the treaty. An evident reduction of the Hirmand River flow to Iran in recent years is fully attributed by Afghanistan to a reduction in precipitation in the basin. Although Iran disagrees and remains unconvinced by this line of reasoning. A fundamental lack of trust in collected and shared hydrological data has hindered dialog between the two neighbors. To address this issue, this study investigates the use of remote sensing information, as an independent source of data, for fact-finding in a highly disputed transboundary river basin. For this purpose, historical data (34 years) from two satellite precipitation products, PERSIANN-CDR and CHIRPS, were used to understand if precipitation characteristics and, subsequently, rainfall-runoff regimes have changed in the HRB. Results reveal that the frequency and amount of heavy precipitation have been increasing over the mountainous areas. The total amount of precipitation has been increasing significantly. The intensity of heavy precipitation, however, has been decreasing over the basin. In the upper basin, the duration of the wet period has increased, although the share of wet months in annual precipitation has been decreasing. In the lower basin, trends in seasonal and annual precipitation and most of the indices are insignificant, indicating water availability issues cannot be attributed to the changes in precipitation in the downstream area itself. These results can be used as an integral part of mutual fact-finding and trust-building exercise that supports water diplomacy to promote environmental cooperation between Iran and Afghanistan.

     

流域生态环境需水与缺水的快速评估（I）：理论

为识别生态环境缺水严重的区域和合理评价生态环境用水的配置效果，本文提出了一种新的流域生态环境需水与生态环境缺水快速评估方法。将流域的生态环境需水满足程度定义为，流域“实际生态环境用水”与流域在未受或少受人类活动干扰时的“自然状态条件下的生态环境用水”的接近程度。以土地利用资料为基础，运用层次分析法构建流域生态环境需水特征指标来表征流域生态环境用水的相对大小；借鉴水体生物快速评估法的思想，通过流域单元划分、参照单元选择、参照组构建、参照组匹配、观测值与期望值的比较计算等步骤，可以对不同级别流域的生态环境缺水问题进行深入分析，从而快速识别生态缺水严重区域、预测其生态缺水动态变化，并对生态环境用水配置效果进行评价。     

流域生态环境需水与缺水的快速评估(Ⅰ)：理论

为识别生态环境缺水严重的区域,合理评价生态环境用水的配置效果,本文提出了一种新的流域生态环境需水与生态环境缺水快速评估方法。将流域的生态环境需水满足程度定义为,流域"实际生态环境用水"与流域在未受或少受人类活动干扰时的"自然状态条件下的生态环境用水"的接近程度。以土地利用资料为基础,运用层次分析法构建流域生态环境需水特征指标来表征流域生态环境用水的相对大小;借鉴水体生物快速评估法的思想,通过流域单元划分、参照单元选择、参照组构建、参照组匹配、观测值与期望值的比较计算等步骤,可以对不同级别流域的生态环境缺水问题进行深入分析,从而快速识别生态环境缺水严重区域、预测其生态环境缺水动态变化,并对生态环境用水配置效果进行评价。     

TRMM卫星降水产品在尼洋河流域的适用性定量分析

作为地面雨量站资料的重要补充,卫星降水产品对资料短缺或无资料地区尤为重要。位于我国高寒山区的尼洋河流域属于典型的资料短缺地区,根据5个气象站点2001-2016年的月降水数据和中国地面降水日值格点数据集2001-2013年的日降水资料,利用反距离权重插值法对其进行处理,在尼洋河流域分别对月、日尺度数据用相关系数(R)和相对误差(BIAS)检验TRMM降水数据的精度。结果表明:在时间尺度上,TRMM月降水数据与实测数据在流域整体上一致性良好(R=0. 90),而日降水数据的一致性较差(R=0. 29),且BIAS较大;在单一站点上,TRMM月降水数据的精度较高(R 0. 9),而日尺度R 0. 50,精度较低。在空间尺度上,通过克里金插值法得到TRMM降水精度的空间分布,月降水精度由西向东逐渐减小,而日降水的精度与之相反。整体上,TRMM月降水数据精度高,具有较好的适用性,根据TRMM月降水数据分析尼洋河降水时空分布特征。结果显示尼洋河流域降水大都集中在5月至9月,而11月至次年2月,降水量很少;年降雨量呈现由西北向东部逐渐递增的趋势,不同区域降水量差异较大。     

黄河流域降水演变规律研究

基于黄河流域及其周边地区1000多个水文气象站近50年的月降水资料所生成的整个流域及其29个三级区的面雨量过程，采用多种时间序列分析方法，研究了黄河流域降水的随机性、趋势性和周期性。结果表明：黄河流域各三级区降水量Hurst系数的分布范围在0.449～0．644之间，说明其具有长期弱相关性；Kendall秩次相关检验结果表明黄河流域降水减少的趋势性不明显，从三级区看，大通河享堂以上等7个三级区降水有一定的减少趋势；黄河流域降水的短周期为准3年周期，中长周期一般表现为l1年和22年左右的周期。     

Precipitation Analysis and the Influence of the El Niño Phenomenon on the Transboundary Basin of the Madeira River

The current paper aims at analyzing the behavior of monthly precipitation in the Brazilian and Bolivian parts of the basin of the Madeira river, one of the most important sub-basins of the Amazon basin. Both parts account for 93 % of its total, and studies on this topic are lacking. The research was based on data from 41 rainfall stations considering a historic series from 1978 to 1998, which encompasses two of the largest El Niño events (1982–1983 and 1997–1998), hence its influence on the precipitation of the region was assessed as well. To study precipitation behavior, rainfall was regionalized using data clustering methods (Ward and K-means), with the basin being divided into five regions of homogeneous rainfall. Both methods were applied to the regions and showed similar results, providing a higher reliability for the clusters obtained. The results of the analysis show the homogeneous regions of the basin, the spatial variability of precipitation, seasonality and the influence of the phenomenon on the region.     

TRMM 数据在区域同期降水趋势特征分析中的应用

TRMM卫星降水数据较地面站点数据具有空间连续分布的技术优势。当前,利用TRMM时间序列数据开展区域同期降水趋势特征分析的研究还相对较少。本文以TRMM 3B43月降水时间序列数据为数据源,选取洞庭湖流域为实验区,采用气候倾向率的方法,对流域1998—2010年间10月份降水量的变化趋势进行分析。结果显示:在过去的10余年间,洞庭湖流域10月份降水总体呈现出一定程度的下降趋势,气候倾向率主要介于-101.09~32.67mm/10a之间,除岳阳、南县、常德一带降水表现为增加趋势外,其它地区则沿岳阳—常德—吉首—铜仁一线向两侧呈现出递减的趋势,其中流域东南部地区减少最为突出。经F检验,流域内大部分地区10月份的降水趋势显著性不高,并未通过显著性检验;只是在中南部地区,分别有0.22%、9.64%和16.59%的流域面积通过了α=0.01、0.05和0.1水平下的显著性检验。总体上,洞庭湖流域的实例应用表明,TRMM数据结合气候倾向率法可以对区域的同期降水变化趋势特征进行刻画,具有广泛的应用前景。     

卫星与地面观测融合降雨产品精度与径流模拟评估

虽然近年来卫星反演降雨产品逐渐成熟,但精度仍较差,不能满足现代水文气象业务和科研的需求,因此需要地面观测资料对其进行订正。文中采用的卫星与地面站融合数据是基于中国3万多个自动站降雨观测数据和CMORPH卫星反演降雨资料,采用PDF(probability density function)和OI(optimal interpolation)两步融合方法生成的中国区域高时空分辨率(0.1°/1h)的降雨量融合产品。通过在汉江丹江口水库以上流域建立分布式水文模型,对2008～2012年的融合降雨数据进行水文模拟适用性分析。结果表明:在日尺度上,CMORPH卫星降雨与地面站点融合数据具有较好的相关性,但存在一定的系统偏差;该降雨产品能较好地捕捉到强度小于25 mm的中小降雨,其模拟的径流与流域下部高峰流量的观测结果有较好的一致性,但总水量比实测值低15.7%,NSE达0.723。研究成果为基于高时空分辨率的卫星雨量计融合降雨产品在分布式水文模型的水文适用性提供了新的见解和经验,并为该数据在流域洪水模拟的水文预报应用提供参考与借鉴。