低排放情景下未来极端降水特征分析——以嘉陵江流域为例

一场极端降水事件所造成的灾难性后果除与总量、峰值有关外，还与其时间分布模式有关。本文基于实测和全球气候模式降水数据，改进了三分段偏差校正方法，分析了嘉陵江流域基于时间分布模式的极端降水事件（包括日极端降水与其前后降水两部分）频次、降水量、持续时间及集中度的历史分布特征及未来演变规律。结果表明：改进的三分段偏差校正法比传统的三分段偏差校正法校正效果明显，能更有效地减小实测值与模拟值间的误差；与历史期相比，未来情景下两种主要降水类型降水量增加，持续时间延长，集中度下降；未来预估期内，两种主要降水类型的频次、降水量、持续时间和集中度总体呈现先增长后减少的趋势。     

南方典型城市化流域降雨极值及概率特征研究

选取南方典型城市化流域（秦淮河流域）为研究区，应用极端降雨指标进行极端降雨时空演变和非一致性频率分布研究。结果表明1979—2015年秦淮河流域年降雨量呈小幅增加趋势，夏冬降雨量增大，春秋降雨量减少。极端降雨强度和频次显著上升，突变点和高值区与城市化格局演变的时间点和地区相吻合。皮尔逊III型分布是一致性修正后极端降雨序列的最优分布，最大1 d降雨量R1d和特强降雨量R99p具有较大的非平稳性，若仅采用修正前的R1d计算会导致工程设计值偏低；最大3 d、7 d降雨量R3d、R7d和极端降雨量R95p相对平稳，R3d和R95p不同重现期的设计值高值区均分布在流域下游和上游溧水区，R7d高值区分布在上游句容市，上下游极端降雨易产生叠加效应，为下游带来高洪水风险。     

澄碧河流域降水及旱涝变化特征分析

为了解西南岩溶区流域的降水及旱涝变化特征,选用澄碧河流域1979—2019年12个地面站点实测逐月降水资料,采用Sen斜率估计法、小波周期分析、经验正交函数（EOF）分析及标准化降水指数（SPI）等方法进行分析。结果表明,41 a间澄碧河流域年降水量呈现不显著增加趋势,以30 a为主周期;降水主要分布在夏季,并且呈不显著变化;降水量整体上呈现出由东南向西北递增的格局。EOF分析发现流域呈现出三种降水模式,其主要以全流域降水变化一致为主,其余两种模式均呈现出相反的降水变化。澄碧河流域干旱事件向洪涝事件转变发生在1994年,流域洪涝发生频率大于干旱发生频率,旱涝事件变化在空间上的分布特征具有一定差异性。研究结果对流域防范旱涝灾害具有参考意义。     

嫩江流域水文干旱归因分析及未来演变规律

在气候变化和人类活动的影响下,嫩江流域水旱灾害频繁发生。基于嫩江流域1980—2013年石灰窑、同盟、江桥和大赉水文站实测径流数据,构建流域分布式水文模型和多时间尺度下标准径流干旱指数（SRI）,采用Budyko假设耦合水文模拟法对尼尔基水库建成前后流域径流变化和水文干旱特征归因分析,并基于第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）探究流域未来情景下水文干旱演变规律。结果表明：年尺度下,人类活动为径流演变的主导因素,影响贡献率高达80%,上游至下游水文干旱特征整体呈加剧趋势,且水库上游主要受到气候变化影响,下游主要受到人类活动影响;未来情景下,SRI序列波动性增大且呈现干湿交替特征,干旱历时呈增加趋势,流域未来干旱风险增大。     

基于百分位法确定流域极端事件阈值北大核心CSCD

为了解决物理量具有区域性而引起全局分析的不准确性问题,本研究提出一种基于百分位法确定全流域极端事件阈值的新方法。使用该方法对洞庭湖流域的极端降水事件进行分析研究,确定了洞庭湖全流域极端降水阈值,并利用该阈值统计了洞庭湖全流域1961-2009年极端降水频数,对洞庭湖流域极端事件研究具有重要意义。49年来,洞庭湖流域降水频数呈不明显的增加趋势,但1998、1999、2002年极端降水事件发生次数明显增多,而在这几年洞庭湖流域均遭遇了严重的洪涝灾害,这与洞庭湖流域最近几年由于暴雨或大暴雨发生频率增加,导致洞庭湖流域洪涝灾害严重的事实相符。     

基于Z指数和SPI指数的钱塘江流域干旱时空分析

在分析钱塘江流域11个气象站1951～2008年的月降水资料基础上,提出了多时间尺度Z指数和标准化降水指数（SPI）,并通过普通Kriging方法对干旱指数进行插值,重点分析了钱塘江流域三次重大干旱的空间分布情况。研究表明,多时间尺度Z指数和SPI在计算钱塘江流域干旱情况结果大体一致,极端干旱情况Z指数更符合实际情况,而SPI计算稳定性强。该文中首次提出了多时间尺度Z指数在钱塘江流域的应用,与多时间尺度SPI进行对比分析,为以钱塘江流域为例的中国南方湿润区域的水资源评估和干旱监测提供了一定的参考价值。     

电力系统极端事件的风险评估与防范

传统电力系统风险评估方法以普通风险为研究对象,无法体现极端事件对系统运行带来的破坏性影响。基于金融领域风险价值理论,提出一种电力系统极端风险评估与量化方法,对传统风险评估方法进行补充和完善。采用极值风险评估方法,着重考察极端事件对系统稳定运行造成的影响,体现了小概率极端事件对系统稳定造成的严重后果。基于电力系统网络攻击事件和极端灾害事件进行极端风险评估,对比常规风险与极值风险评估结果,验证了所提的极端风险评估方法的合理性。同时,基于电力系统脆弱性与反脆弱性特征,提出极端风险防范的关键难点在于如何协调普通风险与极端风险。     

干旱多属性风险动态评估与驱动力分析

目前干旱评估主要局限于静态风险,全面揭示变化环境下干旱多属性风险的动态演变特征对流域防旱抗旱工作具有重要意义。本文以渭河流域为研究对象,采用Copula函数计算了中度、严重干旱下的联合重现期,基于31年滑动窗口研究了干旱多属性风险的动态特征,并运用交叉小波变换对干旱动态演变的驱动力进行了探究。研究结果表明：（1）泾河流域在全流域中发生干旱的风险最大,两种干旱情景下其静态“且”联合重现期分别为11.4和21.6年;（2）流域干旱多属性风险在20世纪80年代后普遍较高;（3）太阳黑子与流域干旱风险关系密切,且太阳黑子与干旱指数序列的关联在20世纪80年代发生明显的相位变化,这可能是造成干旱风险变大的重要原因之一。     

基于GRACE重力卫星的珠江流域大尺度洪水监测

洪水监测对流域洪水预报预警,防洪工程调度及洪水风险管理至关重要。以珠江流域为研究区,基于重力恢复与气候实验卫星（Gravity Recovery and Climate Experiment,GRACE）数据研究2002年4月—2017年6月陆地水储量异常（terrestrial water storage anomaly,TWSA）的变化情况,并结合全球陆地数据同化系统模拟的TWSA/气温、卫星降雨数据构建广义回归神经网络（general regression neural network,GRNN）模型延长TWSA序列（2000年1月—2018年12月）,通过计算洪水潜力指数（flood potential index,FPI）监测大尺度洪水事件。结果表明：①五套官方GRACE产品的相关性较强,且GRACE监测的TWSA相对基于水量平衡的估算结果存在1 ~ 2个月提前期;②基于GRNN模型延长的TWSA与全球陆地数据同化系统模拟值高度相关,说明GRNN模型预测能力较强;③使用GRNN模型预测的TWSA数据计算FPI,发现其对流域2008年4—12月发生的大尺度洪水事件起到了较好的监测作用。     

现行水电行业标准隐存的梯级水库大坝群风险分析

基于流域水能资源梯级式开发已成为我国水利水电发展的趋势,但也存在着不容忽视的安全风险问题。在提出风险损失指数目标函数的基础上,以一梯级水库大坝群模型做了溃坝风险分析,研究了基于单库设计的现行水电行业标准应用于梯级水库设计的风险差别,计算分析结果显示梯级水库大坝群的系统风险要与按照单库设计的各大坝的风险总和有差别。提出了梯级水库大坝风险设计比较方法,用以评价流域梯级新建大坝节点的合理性及系统薄弱环节的识别。     

黑河流域主要水文要素变化特征分析

综合应用数理统计分析、差积曲线分析及坎德尔（Kendall）秩次相关检验等方法，结果表明，黑河流域降水量总体上平缓，但最近几年的平均降水量较多年平均值小；蒸发量大于实际降水量，其值相对稳定；径流量年际变化大，受降水和蒸发的影响，呈减小趋势，且趋势显著；气温日较差大，积温有效性高。     

基于多重分形去趋势波动分析的电力负荷风险预警阈值

针对传统电力风险预警研究带有主观性、缺乏动态性以及设定风险阈值缺乏理论依据等问题,基于历史负荷数据,提出了一种基于替代数据法与多重分形去趋势波动分析(multifractal detrended fluctuation analysis,MF-DFA)确定电力负荷风险预警阈值的方法,简称SMF-DFA。该方法首先利用替代数据法对原始数据进行替换和重新排列,消除非线性自相关性,然后根据长程相关性指数的收敛情况,甄别对原始序列整体波动没有影响的异常数值,判定当前序列达到极端事件的临界点,为实时风险预警提供参考阈值。最后,以Lorenz方程与电网历史负荷为样本进行算例分析,结果证明了该算法的有效性。     

极端天气事件对新能源发电和电网运行影响研究

风电和光伏发电极易受极端天气的影响而出现大规模停机和出力损失,严重时可能威胁电网安全稳定运行。针对极端天气事件对新能源发电和电网运行的影响开展研究。首先从新能源发电的角度阐述了极端天气影响新能源的机理。然后基于海量风电机组和光伏发电单元的运行数据,对寒潮、大风、降雪、沙尘等几类极端天气条件下新能源发电和电网运行情况进行深入分析。最后从电网调度运行的角度提出保障极端天气条件下电网安全稳定运行的建议。     

变化环境下东北半干旱地区径流演变规律分析——以洮儿河流域为例

受气候变化和人类活动影响,众多河流的径流量发生了改变,深入解析历史径流变化成因并探究未来径流演变趋势,是流域水资源科学管理的必然需求。本文以洮儿河流域为研究区,基于SWAT模型定量揭示历史径流变化原因,并结合未来气候情景,探究未来径流演变趋势。结果表明：洮儿河流域历史年均气温呈显著上升趋势,降水、径流均呈现一定下降趋势;气候变化和人类活动分别是洮儿河流域上游和下游径流变化的主要成因。在未来BCC-CSM2-MR（CMIP6）气候模式下,三种不同排放情景的未来期年均径流量相比于基准期变化-10.14% ~ 16.86%,未来水资源利用将面临更大挑战。研究成果可为深入理解流域历史径流变化成因及未来水资源演变趋势提供科学依据,为流域水资源规划和管理提供决策支持。     

风机叶片气动脉冲除冰结构脱冰计算模型及试验验证

随着低碳型电力系统建设的发展，风力发电系统的发展速度进一步提升。山地风能资源丰富，然而建设于此的风力发电机在冬季极易覆冰。为减少覆冰造成的风机出力损失，保证风电场电力调度稳定，对风力发电机应用防/除冰技术十分重要。该文提出一种适用于风机叶片的气动脉冲除冰结构，并基于此结构建立相关脱冰计算模型。为了验证该结构的除冰效果和脱冰计算模型的准确性，在人工气候试验室开展了不同温度和冰层厚度下的覆冰与除冰试验。结果表明：随着冰层厚度的增加和覆冰温度的降低，平均除冰气压呈现增加趋势，脱冰面积比出现减小趋势；经验证，该文建立的脱冰计算模型可信度高，基于该模型可知，适当提高变形层的弹性模量和厚度可以增加脱冰面积比。     

1970—2017年西江流域降水特性分析

基于西江流域37个气象站点1970—2017年逐日降水数据,采用滑动平均、Mann-Kendall趋势检验、Sen’s坡度、小波变换及经验正交分解等方法分析了流域降水时空演变特性。结果表明,西江流域年降水量呈不显著的减少趋势,以29年为主周期,空间分布呈现由东向西、由北向南递减的趋势。年内降水主要集中在夏季,冬季占比最小;春、秋降水量呈减少趋势,夏、冬呈增加趋势,只有春季降水量减少趋势较显著;6月降水量最大,12月—翌年2月各月降水量相近且较小。降水集中程度较高,降水集中度（PCD）与降水集中期（PCP）空间分布均呈由西向东递减的趋势,PCD与PCP第一、二模态空间分布均不具有一致性和方向分异性,可能与流域降水成因多样性有关。     

基于改进深度信念网络模型的中长期径流预测

为提高流域中长期径流预测效果,提出径流综合指数构建、因子筛选和改进深度信念网络模型相结合的预测方法。首先研究不同水文站点（细粒度）月平均径流的一致性,构造流域径流综合指数（粗粒度）,在较宏观层面研究流域水情丰枯变化;接着采用基于信息熵的因子筛选方法,获得影响流域水情丰枯变化的关键因子集,形成深度学习的输入;然后利用改进的深度信念网络（IDBN）模型进行预测。以雅砻江流域为例,将所建模型与多元线性回归、自回归移动平均、反向传播（BP）神经网络、支持向量机和传统深度信念网络等预测模型进行对比分析。结果表明：所提方法具有较好的实用性,且IDBN模型具有更好的预测速度和精度。研究结果可为流域中长期径流变化趋势预测提供参考。     

水电站溢洪道泄槽温度场和温度应力有限元分析

通过3种方案：无寒潮、有寒潮无保护、有寒潮有保护情况,对某水电站溢洪道泄槽施工期温度场及温度应力进行了三维有限元仿真计算, 研究了寒潮对溢洪道泄槽的影响范围及寒潮引起的温度场和温度应力的分布规律,对比了无保护和有保护情况下典型点的温度应力及不同厚度泡沫板的保温效果,提出了避免产生表面裂缝的保护措施,为泄槽的工程施工提供参考依据。     

水热同步性对流域水热耦合平衡的影响

本文基于水热耦合平衡方法,对我国北方108个流域的水文气象数据分析发现,流域实际蒸发量不仅取决于降雨量和潜在蒸发量的大小,还与二者的同步性密切相关。本文引入气候季节性指数（S）来定量描述水（降雨）热（潜在蒸发量）的同步性。相关性分析表明S是水热耦合平衡的重要影响因素,将其引入估算水热耦合平衡方程参数的经验公式中,可以显著提高流域年蒸发量的模拟精度。在过去40年,部分流域气候季节性指数发生了趋势性变化,引起的流域蒸发的变化在20%的流域超过总变化量的20%。     

寒潮冷击作用下堆石坝混凝土面板温度应力研究

本文结合公伯峡混凝土面板堆石坝,针对施工期可能发生的最不利寒潮情况,进行了寒潮期间面板温度场和温度应力的全过程有限元仿真分析。结果表明,在寒潮冷击作用下,面板表面及中心的温度将随着寒潮的发生而持续降低,其中面板表面温度降幅最大此时面板表面和中心均出现拉应力,面板表面的最大主应力大于面板中心的最大主应力;面板表面和中心的最大主应力均发生在面板中部,即高程约为坝高一半的位置;采取保护措施可以明显削减寒潮始末的降温幅度及最大主应力增幅,保护措施越强其削减效果越好。