城市洪涝模拟中无人机摄影测量技术应用进展

基于我国城市洪涝灾害的严峻形势和目前洪涝过程模拟模型的发展现状,指出精细化城市洪涝过程模拟是未来发展趋势。基于无人机低空摄影测量的数据获取方法能够提供高分辨率的地面信息,为城市洪涝过程模拟提供完备的数据基础。通过总结无人机相关技术指标和应用实例,指出利用低空无人机摄影测量获取的数据具有大比例尺、现势性强以及成本较低的优势,在众多领域得到广泛应用;同时,通过低空无人机摄影测量提供的土地利用、地形和洪涝范围等数据,可以完成精细化的洪涝过程模型建模与率定验证,三维模型与单体建模技术则能服务于数字化和更加精细化的洪涝过程模拟与展示。无人机摄影测量技术应用于城市洪涝过程模拟仍具有诸多问题,在未来的进一步应用中将得到不断完善和发展,具有良好的应用前景。     

基于Copula函数的北京市设计降雨研究

准确描述不同重现期下的设计降雨,能够为水利工程规划设计和防洪减灾提供重要的科学依据。本文以北京市2005—2018年20个站点逐小时的降水数据为基础,采用超定量法提取各分区不同场次强降雨的降雨历时和降雨量,构建了各个分区降雨历时和降雨量的二元分布,并计算了各个分区在不同重现期下的设计雨量。结果表明：北京市城区的强降雨事件明显多于山区,且降雨历时以服从广义极值（GEV）分布和对数正态分布为主,而降雨量则均服从GEV分布;在大多数分区通过Gumbel Copula函数可以更好地表征降雨历时和降雨量二者的联合分布,而在少部分分区运用Frank Copula函数来表征更佳;运用二元Copula函数可以较好地推求不同重现期下的设计雨量。     

“一带一路”沿线国家水电发展状况与潜力

分析“一带一路”沿线水电发展状况及潜力,对推进沿线国家能源合作、共同打造命运共同体具有重要意义。本研究基于大量数据与资料,以六个区域分析和总结了“一带一路”沿线水电资源量与开发程度的时空分布特征。理论蕴藏量和技术可开发量在空间上东多西少,沿线大部分国家水电开发程度低于50%,且东低西高。近五年水电发电量整体呈增加或减少趋势的国家数量相当,东北亚和东南亚水电资源丰富且发电量增加趋势明显,开发潜力大。按照各国未开发量占总未开发量的比值,将沿线国家水电开发潜力划分为五级,其中一级和二级共16个国家,是未来水电开发的重点。最后,对沿线国家水电发展提出相应的建议,指出未来“一带一路”能源建设应适应不同国家的具体情况,加强交流、创新与合作。     

基于年径流序列的五种趋势检测方法性能对比

趋势变化是水循环过程的重要变化特性之一,准确识别水文要素变化趋势是认识变化环境下水循环演变规律的基本内容。由于当前趋势检测方法众多,且受多种因素影响,趋势检测结果存在较大的不确定性,很难判断结果的准确性。为提高对水文要素趋势分析方法的认识,研究基于3组变化特征不同且已知成分的人工生成序列,综合对比分析了5种常用趋势检测方法(累积距平法、线性回归法、MK法、EMD法和DWT法)的准确性和可靠性,并以3组不同实测年径流序列为例,进一步评价了不同方法在水文时间序列趋势检测中的性能差异。实例分析表明,累积距平法可用于水文时间序列趋势的初步分析,不宜作为判断依据。MK法与线性回归法所得结果差异不大,对趋势单调且无明显季节或周期变化的水文时间序列具有较高识别精度,适用于演变特征相对简单且趋势变化明显的年径流序列的趋势检测。EMD和DWT法可以准确地识别并分离出序列自身含有的不同尺度波动成分,从而避免序列周期、非线性变化等特征对趋势检测结果的影响,性能相对更优,对于演变机理及变化特征复杂的年径流序列的趋势分析,应优先考虑DWT法,其次为EMD法。研究成果可为水文要素的趋势分析及其方法选择提供参考。     

小清河流域汛期多年降水变化趋势

以黄台桥水文站为出口断面的小清河流域作为研究区,根据流域内5个雨量站1977-2014年日降水资料,首先采用非参数Mann-Kendall法对流域内各站多年汛期降水变化进行趋势分析,并用Morlet小波分析流域汛期降水的周期变化;其次使用Mann-Kendall检验法并结合滑动t检验、有序聚类法及Yamamoto法进行突变检验;最后使用Hurst指数法对流域各站点降水未来趋势进行预测。研究结果表明:流域内各站点汛期多年降水变化呈现增加趋势,但变化趋势并不显著;流域汛期降水变化存在22a左右的主周期;突变分析表明汛期各站点降水的突变年份并不完全相同,而预计汛期降水量的未来变化将呈现出微弱的上升趋势。     

晋城市片区洪涝过程响应分析与马路行洪模拟

以晋城市金村区为例,利用SWMM与ICM-2D模型进行多情景洪涝过程模拟,分析降雨雨型与下垫面对晋城市片区内涝的影响;构建双层SWMM模拟马路行洪,分析金村大道和珏山路的淹没特征,并与ICM-2D模型模拟结果进行对比验证。结果表明:随着雨峰系数与降雨重现期的增大,地表洪水总量、淹没范围与水深增大,危险性等级提高;同一降雨重现期下的雨峰与洪峰间的时间间隔随雨峰系数的增大而减小;当52.53%的下垫面转化为不透水面时,同一降雨重现期下的综合径流系数约增加0.5;金村大道市委党校路段与珏山路水西村路段是主要易涝区,淹没面积分别为0.50hm²和1.31hm²;双层SWMM在识别易涝点与推求洪水淹没要素方面具有较好的适用性。     

变化环境下青藏高原陆地水储量演变格局及归因

基于1981—2015年全球陆面数据同化系统GLDAS和归一化植被指数GIMMS NDVI3g等多源数据,采用Theil-Sen Median斜率估计和Mann-Kendall趋势检验法探究青藏高原多年陆地水储量(TWS)及其各组分时空演变特征,采用水量平衡法、相关分析法和Hurst指数法识别水循环过程对TWS变化的影响机制。结果表明：受气候变化影响,1981—2015年青藏高原降水及冰川积雪消融增加,TWS以0.7 mm/a的速率增加,青藏高原北部TWS增加趋势极其显著,南部呈减少特征;青藏高原绝大部分地区TWS以0～200 cm的土壤含水量为主,不同深度土壤含水量具有显著空间异质性;青藏高原北部及东部降水主要通过蒸散发过程损失,南部地区径流系数较大。     

城市化对济南小清河流域产汇流的影响研究

快速城市化背景下，流域产汇流特性发生改变，城市洪涝灾害问题日趋严重。为揭示城市化引起的土地利用变化对城市产汇流的影响，本文以济南市小清河流域为研区，分析了该流域2000—2017年土地利用变化，并构建不同城市化条件下的暴雨洪水管理（SWMM）模型，通过设置多种暴雨重现期情景，模拟不同城市化条件下的洪水过程并定量分析其变化特征。研究结果13表明：2017年地表径流量和下渗量分别是2000年的1.42倍和1/2，径流系数从2000年的0.56提高到2017年的0.79，洪峰流量从285.7 m3/s提高到311.7 m3/s，城市化对暴雨洪涝过程有明显的放大作用；常遇暴雨下2017年峰现时间比2000年提前，稀遇暴雨下相近。     

深圳河流域内陆侧洪涝风险分析

基于致灾因子、孕灾环境、承灾体与防灾减灾能力四大风险要素对深圳河流域内陆侧的洪涝风险进行分析,构建以雨、洪、潮叠加的复杂致灾因子危险性和高度城市化带来的高易损性为特征的沿海城市洪涝灾害风险评价指标体系,用层次分析法修正熵权法以确定评价指标的权重,得到洪涝的危险性风险、易损性风险和综合风险区划。结果表明：福田区西南部至罗湖区西南部是极高危险性与极高易损性的统一体,在防洪减灾中应予以较全方位的重点防护,其他低易损性且高危险性地区只需根据主导的危险性因子给予有所侧重的防护措施;构建的沿海城市洪涝灾害风险评价指标体系可为政府防灾减灾规划与防洪应急响应提供必要的参考依据,亦可为防灾资源分配和灾后恢复重建提供有效信息。     

太湖流域某养殖池塘水平衡分析和水生态模拟

为解决传统池塘养殖产生的环境污染问题，应用水生态模型对养殖池塘水生态环境进行模拟。以太湖流域 某养殖池塘为例，通过水量平衡分析得到具体补排水时间序列，输入 AQUATOX 水生态模型软件进行建模，经过 率定验证后进行控制模拟，针对投饵率对水质与养殖品之间的相互影响规律进行探讨。结果表明：基于降雨-水位 的补排水识别方法能弥补具体补排水量的测量空白；饵料对研究池塘水质影响较大，在 1%~7% 的投饵率梯度中， 随着投饵率的增加，TP、TN 和氨氮质量浓度整体上大幅增加；以养殖品安全质量浓度为界，在 1%~7% 的投饵率 梯度内养殖品产量随氨氮质量浓度的增加呈现先增后减的趋势。该研究建立的水生态系统模型模拟效果较好， 综合考虑保持良好的水生态环境与经济成本，该池塘养殖中的建议投饵率为 2.5%~3.0%。