基于WHMLUCC水文模型的非一致性干旱频率计算方法(Ⅱ):作物缺水干旱指标在无定河流域的应用

干旱作为一种常见的气象灾害,已经成为制约社会经济发展和农业生产的瓶颈之一。结合考虑土地利用/覆被变化的流域水文模型(WHMLUCC)和作物缺水指标(CWSI)模拟干旱的发展过程,从成因途径提出基于WHMLUCC的非一致性干旱频率计算方法,并以无定河流域为例,推求不同时期(或情景)的干旱频率分布规律,进一步结合干旱等级标准推求不同等级(无旱、轻旱、中旱、重旱、特旱)干旱事件出现的概率,为该流域干旱预测和干旱规划提供科学依据。研究结果表明:1通过作物缺水指标分析可知,过去气候条件下的情景2(过去近期)与情景1(过去远期)相比,CWSI增加了0.045;不同气候条件下情景3(现状时期)与情景2(过去近期)相比,CWSI增加了0.018。2通过干旱频率计算分析可知,同频率、同重现期下,过去远期、过去近期和现状时期的作物缺水指标呈增加趋势,中旱等级以上干旱事件的概率也有所增加,说明无定河农业干旱程度逐渐加重。3通过成因分析发现,无定河流域农业干旱与气候变化和当地水土保持工作密不可分。     

环境变化条件下大清河流域非一致性洪水频率分析及设计洪水研究

为了推求变化环境下大清河流域设计洪水,采用大清河流域8个子流域实测非一致性洪水资料,利用传统还原方法进行了设计洪水推求,同时,构建了概率分布参数随时间变化的非一致性洪水频率分析模型,计算了环境变化条件下的各子流域设计洪水。结果表明:安各庄与横山岭2个子流域的最优分布参数为常数,阜平、龙门、王快、西大洋、张坊和紫荆关6个子流域洪水序列最优分布的分布参数μ都与时间呈反比;按照非一致性序列分析方法推求的设计洪峰流量和一致性条件下推求的设计洪峰流量相比均有明显的下降,且较大重现期的设计洪峰流量比一致条件下减小更为明显。这说明在环境变化条件下对设计洪水计算成果进行修订是非常必要的。     

西江归槽洪水研究展望

西江流域由于大量兴建堤防工程导致洪水归槽,改变了原天然河道的洪水槽蓄关系,使得用于防洪规划和洪水灾害风险评估的洪水序列失去了一致性。目前洪水归槽问题研究主要集中在出槽洪水的归槽还原计算方面,对于干支流洪水与区间洪水的遭遇考虑不足,对洪水发生变异的成因及非一致性洪水的频率计算方法也缺乏系统性的研究。建议采用水文变异诊断系统对西江流域的水文要素进行变异分析,以识别其时空变异规律;研制西江中下游干支流洪水及区间暴雨洪水的多输入单输出概念性水文模型,以模拟其洪水形成过程;提出基于MISOCHM模型的非一致性洪水频率计算方法、基于HHT变换的非一致性洪水频率计算方法,以推求变化环境下河道断面的洪水频率分布,并结合西江流域防洪规划评价西江堤防现状和未来的防洪能力。其研究成果不仅对变化环境下的水循环和水安全研究具有重要的理论意义,而且对于流域防洪规划和洪水灾害风险评估具有重要的实际应用价值。     

变化环境下洞庭湖洪水变异规律及防洪安全评价研究展望

在全球气候变化和高强度的人类活动影响下,许多流域和地区的天然水文序列的一致性遭到破坏。对于洞庭湖流域,其洪水要素序列发生了明显变异,使得基于一致性的洪水频率计算方法不再满足实际需求,也无法作为防洪安全评价的主要依据。研究适用于变化环境的非一致性洪水的防洪安全评价方法变得尤为重要。围绕变化环境下的水文变异问题,首先梳理总结了相关研究成果和主要方法,然后综述了非一致性洪水频率计算的研究进展和区域水安全评价的基本方法,并重点对目前研究中存在的不足进行了说明。在此基础上,围绕如何探索变化环境下洞庭湖洪水规律识别和科学防洪安全评价问题,指出了未来研究需要重点关注和解决的科学问题。     

非一致性年径流分析计算初探

环境变化下的年径流序列常是非一致性的,可假定由确定性成分和随机性成分组成.针对确定成分中的非一致性(趋势、跳跃等),探讨了非一致性年径流序列分析计算方法.首先提取年径流序列中的非一致性成分,再对剩余成分进行频率分析计算,推求设计年径流年内分配.实例分析表明,经过非一致性处理后计算成果与未经非一致性处理的计算成果有显著差异,非一致性年径流序列的频率分析计算必须进行非一致性数据处理.     

变化环境下非一致性年径流序列的水文频率计算原理

由于受频繁人类活动和气候变化的影响,用于水资源评价计算的天然年径流量序列失去了一致性.为了适应变化环境对水文频率计算的要求,提出了基于时间序列分析的非一致性年径流序列的水文频率计算原理,包括假设前提和一般方法.该方法假设非一致性水文序列由相对一致的随机性成分和非一致的确定性成分两部分组成,采用成因分析法与统计分析法分别对确定性成分和随机性成分进行识别与检验,并对确定性成分进行拟合计算,对随机性成分进行频率计算;根据时间序列分析的分解与合成理论,将确定性的预测值和随机性的设计值进行合成,得到过去、现在和未来不同时期合成序列的频率分布.     

流域初始水权分配方法与模型

针对初始水权的分配问题,分析了目前两种主要分配机制———计划与市场的原理和模型及其不足,将拍卖方式引入初始水权配置,建立初始水权的拍卖模型;以玛纳斯河流域为例,分析了流域初始水权配置的现状及存在的问题,最后给出流域初始水权配置新的思路,为干旱内陆河流域初始水权配置提供理论基础.     

基于CMIP5模式和SDSM的抚河流域未来气候要素模拟与预估

为了解变化环境下的流域未来气候要素变化趋势,以抚河流域为研究对象,利用该流域两个气象站的1961—2005年水文逐日气温、降水和NCEP再分析数据等资料,建立了SDSM降尺度模型,并对未来的温度与降水研究。将模型应用于CanESM2模式下3种RCP排放情景,得到了流域未来气温与降水的变化趋势。结果表明SDSM模型对温度的模拟效果好于对降水的模拟效果,3种情景下未来温度总体呈现上升趋势,最低温度上升幅度高于平均温度和最高温度上升幅度;各情景下增温幅度2080s>2050s>2020s,2080s平均增温3.0℃;未来降水总体表现为减少趋势,局部表现为震荡趋势,减少主要集中在夏、秋季,其中5-6月降水减少量普遍较大,在30mm以上,而冬季降水量增幅在50～90mm;总体来说,抚河流域未来气温将持续上升,降水量呈现下降趋势,干旱形势严峻。     

漳河水库流域水文气象要素的R／S分析

依据漳河水库流域1963—2008年水文气象资料,利用R／S法对其未来变化趋势进行了分析,结果表明：（1）流域地区未来气温、蒸发量、降雨量和入库径流量可能呈缓慢减少的变化趋势,但变化趋势的随机性成份可能很大,因此采取相应对策和措施,以应对未来可能出现的干旱或暴雨洪涝等自然灾害;（2）1995年为突变点,前后两个系列的统计特征值均具有明显的差异,已经不符合“一致性”的要求;（3）流域人类活动日趋频繁,使得流域下垫面条件发生了较大的变化,对流域水文气象要素的变化有较大的影响。     

基于改进TOPSIS法的流域初始水权分配模型

针对流域初始水权分配中存在的指标体系多样性、利益主体目标理想点不确知性与权重偏好非一致性等问题,提出用"垂直距离"代替"欧式距离"来衡量方案贴近理想解程度的正交投影法与常规逼近理想解技术(TOP-SIS)相结合的改进TOPSIS方法,并采用博弈论集结模型对主观权重和客观权重进行集化、融合,以消除单一权重法的主观片面性,建立了基于改进TOPSIS法的流域初始水权分配模型.将此模型应用到湖北省府环河流域初始水权分配中,并与其他方法计算结果进行了对比分析,证明该方法可有效解决利益主体理想点不确知性与权重非一致性问题,计算结果更加合理可行.     

高关水库流域洪水实时预报方法及应用研究

考虑到高关水库流域降雨时空变化和地形对流域产汇流的非线性影响 ,建立了流域分散产流、非线性汇流模型以及洪水实时预报校正方法 ,将研制的模型应用于实际洪水预报 ,取得了较为满意的效果     

清水河流域50年来面降水量变化特征分析

清水河流域处在干旱与半干旱地区,降水的变化直接影响到径流的变化.通过分析1956～2005年清水河流域张家口站上游面降水量50年变化特征,可以了解其年际动态变化规律和统计特征,揭示该地区降水径流关系,为水资源开发与利用提供参考.     

LL-III分布式水文模型在宁蒙灌区水资源研究中的应用

采用由武汉大学李兰教授开发的LL-III全分布式水文模型来研究流域水资源.在模型中,利用了大量的GIS和RS数据及信息研究流域水资源的时空变化,分析气候变化和人类活动带来的影响.模拟结果表明,LL-III分布式水文模型适用于干旱半干旱地区的水资源模拟研究.     

云南干旱时空分布规律初探

本文利用随机系统的理论和方法对云南干旱进行了研究,初步总结出了干旱序列时空上的分布规律,给出了相应的随机模型,并预报了未来三十年干旱的变化情况。统计结果表明模型具有一定的实用性及有效性,预报值能为云南未来的水资源开发利用提供一定的科学依据。     

气候变化和土地利用变化对水文过程影响研究进展

气候变化及强人类活动已经对区域水资源情势造成了一定的影响。变化环境对水文过程的影响是国际水文十年Panta Rhei计划强调的核心主题。环境变化使流域水文过程变得复杂,区域水文循环对变化环境的响应机理和不确定性研究是未来水文科学研究的重要内容。文中系统综述了气候变化、土地利用变化对区域水文过程的影响以及分布式水文模型在中、大尺度流域应用等方面的研究进展;在此基础上,进一步讨论了变化环境下水文科学领域需要强化研究的方向。     

非一致性条件下的年降雨量插补延长方法

为了满足水文水利计算对资料的要求,需要对短系列或不完整的水文资料进行插补延长。然而,在变化环境下,水文系列往往难以满足一致性要求,非一致性条件下采用传统常参数回归方程进行插补延长的适用性面临挑战。针对这一问题,提出采用时变参数回归方程解决非一致性条件下水文资料插补延长问题,并采用梯度下降法求解方程参数。选取纯池站和七步站60 a(1958—2017年)实测年降雨量资料,首先采用Mann-Kendall检验法对资料进行趋势和突变分析,然后分别建立时变参数和常参数线性回归方程,采用梯度下降法求解各方程参数,最后对计算结果进行评价分析。结果表明,在解决非一致性条件下的插补延长问题上,时变参数回归方程明显优于常参数回归方程,且插补延长结果精度较高、合理可靠。     

寒区流域水文模型及其应用研究

从影响寒区水文物理特性各要素入手,分析研究寒区特有的一些水文现象物理成因,在水文物理及冰雪冻土水文的有关理论基础上,参考非寒区流域模型的结构,建立具有物理基础的寒区概念性流域水文模型。利用黑龙江省牡丹江流域3个水文站的多年径流系列资料,对寒区产汇流的各个主要环节进行了模拟计算,得到了令人满意的计算结果,并为进一步研究寒区不同特性的区域流域水文模型奠定了基础。     

LL-Ⅲ分布式水文模型在宁蒙灌区水资源研究中的应用

采用由武汉大学李兰教授开发的LL-Ⅲ全分布式水文模型来研究流域水资源．在模型中，利用了大量的GIS和RS数据及信息研究流域水资源的时空变化，分析气候变化和人类活动带来的影响．模拟结果表明，LL-Ⅲ分布式水文模型适用于干旱半干旱地区的水资源模拟研究．     

典型地表条件下非一致性静校正影响分析

静校正一直是地震资料处理中的一个关键环节。常规的静校正方法是基于地表一致性假设条件,但效果不明显,本文通过对水平层状介质下的理论静校正量的计算公式推导,分析了实际静校正量与近地表速度、厚度及反射界面深度和接收偏移距之间的关系。基于水平层状介质模型和基岩出露的典型山地模型,比较了理论静校正量和常规方法计算的静校正量之间的差异,阐述了进行非地表一致性静校正的必要性。通过对典型地区的实际资料采用地表一致性静校正方法和非地表一致性静校正方法进行处理后的叠加效果进行分析,结果表明采用非地表一致性静校正方法才能够更好地成像。     

基于SPEI的潮白河流域气象干旱时空特征分析

在全球变暖加剧的背景下,区域干旱情况愈发严重.潮白河流域作为密云水库的重要集水区,对其干旱特征研究具有重要的现实意义.基于中国区域地面气象要素驱动数据集,提取潮白河流域1979—2018年的气象数据,计算不同时间尺度的标准化蒸散发指数(SPEI)值,分析潮白河流域气象干旱时间和空间上的变化特征.结果表明:①1979—2...