干旱半干旱地区流域水文模型的适用性

以干旱半干旱地区的辽宁省东白城子和叶柏寿流域为研究实例,通过建立新安江模型、辽宁西部非饱和产流模型和时变增益模型,利用场次洪水观测资料进行模型的率定与验证,比较分析场次洪水在率定期与验证期的模拟预报效果,最后讨论分析了3种水文模型在干旱半干旱地区洪水预报的适用性.结果表明,以蓄满产流为核心的新安江模型不适用于干旱半干旱地区,适用性最差;辽宁西部非饱和产流模型较新安江模型模拟效果有所提高,但仍无法满足洪水预报的精度要求;考虑降雨强度的时变增益模型模拟效果最优,在干旱半干旱地区的适用性最强,具有良好的发展潜力.     

以地形为基础的HSC产流模型在辽西半干旱丘陵流域的适用性

采用以地形为基础的HSC产流模型(HAND-based storage capacity curve),以典型半干旱丘陵区的辽宁省叶柏寿流域为研究区,检验模拟效果。在只改变产流模块的情况下,把HSC线型同HBV(hydrologiska byrans vattenbalansavedlning)模型的beta函数、新安江模型的蓄水容量曲线、基于雨强阈值的超渗模型进行比较后发现,在进行长时间序列模拟时,极端高洪峰流量过程对径流的模拟结果有很强的影响。传统模型依赖参数率定,普遍存在参数过拟合现象,即为了提高洪峰流量模拟精度,导致优化的产流参数严重背离物理意义和假设。研究提出的产流模型基于HSC线型并耦合根系区蓄水容量反演的MCT方法,参数物理意义明确且无需率定,可避免传统模型存在的为提高对少数洪峰流量的模拟精度而产生的参数过拟合现象,因此在率定期和验证期其洪水模拟精度表现更为可靠和稳定。     

典型LID措施对城市降雨径流过程影响

为探讨海绵城市建设中低影响开发(low impact development,LID)措施对城市降雨径流的影响,以深圳市光明区某居民小区为研究对象,通过建立区域SWMM模型,分析不同LID措施及其组合对城市雨洪过程的影响。利用研究区几场典型的降雨径流数据对模型校核验证,结果表明：构建的SWMM模型可以较好地模拟研究区降雨径流过程,纳什效率系数为0.868,峰值流量相对误差0.186,模型模拟效果较好;LID对径流峰值和总量都有削减作用,并在一定程度上延缓峰现时间,且LID布设面积越大,LID对径流的削减效果越明显;组合布设方案对径流的调控效果优于单独布设方案,单独布设方案中径流量削减效果最好的是透水铺装,峰值流量调控效果最好的是绿色屋顶,下沉式绿地的径流调控效果在三者中最差。因此,LID布设结构以及布设面积均对城市降雨径流产生影响,合理布设LID在一定程度上可以有效缓解城市内涝。     

变化环境下设计洪水计算方法研究——以辽宁省为例

针对气候变化及人类活动影响下流域水循环及其伴生过程发生改变、水文非一致性增强以及原有设计洪水计算方法已不能满足水利工程规划设计及防洪减灾的突出问题,以辽宁省为例,开展了变化环境下设计洪水计算方法研究。采用皮尔逊Ⅲ型、波尔Ⅻ型等10种频率分布曲线进行配线,确定了适合辽宁干旱半干旱地区的波尔Ⅻ最优线型,且辽西22站拟合度均在0.95以上;基于GAMLSS模型,建立了考虑气候变化的辽宁省设计洪水计算非一致性模型,该模型能够反映变化环境对设计洪水的影响;基于近20 a数据,完善了辽宁省无(缺)资料地区设计洪水计算方法,完善后的计算方法的计算成果精度更高。研究成果已在辽宁省水利工程规划设计中得到了应用,并在松辽流域部分地区得以推广,对其他地区设计洪水的计算也有参考价值。     

长江模拟器的理论方法与实践探索

长江大保护是新时期国家重大战略之一。以水为纽带的长江经济带绿色发展面临诸多难题，如流域上、中、下游、左岸和右岸以及陆海统筹的系统治理，长江保护法实施的监管，变化环境下流域综合规划管理等。2019年提出了“长江模拟器”的构想，本文在此基础上系统总结了其概念和内涵，构建了长江模拟器的系统框架，即本质是以长江流域为对象，以流域水循环为纽带，将自然过程与人文过程相耦合而研发的流域模拟系统及科学装置。在明晰长江模拟器功能和应用、关键科学问题及学科需求等基础上，阐述了长江模拟器的理论体系，包括地球系统科学理论、经济社会科学理论、信息科学理论3大类；构架了长江模拟器的方法体系，包括5大类关键技术(智能感知技术、数据融合技术、计算支撑技术、应急处理技术和服务构建技术)、4大类主要方法(计算资源调配方法、数值模拟计算方法、人工智能模拟方法和优化决策调控方法);总结了长江模拟器面向6大方面的服务体系，即科技创新服务、综合治理服务、政府决策服务、应急管理服务、公众文化服务和数据应用服务。最后介绍了目前已开发的“长江模拟器1.0”应用实例。通过长江模拟器的建设，可为大江大河流域综合协调管理，也可为水利、环境保...     

九江市中心城区下垫面变化及其径流响应

在快速城市化的大背景下,城市地区下垫面变化是影响径流过程的重要因素。以江西省九江市中心城区为例,解译并分析1987—2018年土地利用/覆被变化(land use and cover change, LUCC)特征,利用城市时变增益非线性模型研究不同下垫面条件下的径流特征。结果表明:1987—2018年九江市中心城区(浔阳区、濂溪区、柴桑区)不透水面比例从0.49%上升为10.58%;典型年降雨条件下径流系数从0.31增长到0.38;场次洪峰流量增加了10%。不透水面比例是研究区流量变化的主导因素,其他下垫面类型及降雨条件的变化加剧了产汇流过程的时变性和复杂性,而绿地和水体的调蓄作用将抵消一部分由不透水面扩张引起的径流增大效应。     

气候变化对防洪安全影响研究面临的机遇与挑战

全球气候变化背景下的防洪安全影响是国际国内关注的热点问题。随着气候变暖、城镇化快速发展对地区强降水、洪涝等极端事件的影响,未来我国防洪安全保障将面临新的挑战。本文针对中国面临的严重洪涝灾害问题,阐述了全球到中国气候变化对洪涝灾害影响的事实,综述了国际国内最新的研究进展与前沿问题。最后提出了为应对气候变化减少洪涝灾害的若干对策与建议,为未来中国开展气候变化影响下防洪安全研究提供借鉴。     

南水北调中线工程水源区与海河受水区干旱遭遇研究

基于Copula理论,以标准化降水蒸散指数(SPEI)为干旱指标,建立了南水北调中线工程水源区与海河受水区汛期、非汛期及全年SPEI的联合分布,并结合未来气候模式数据,研究了变化情景下南水北调中线工程水源区与海河受水区各时期干旱遭遇概率变化及其对工程运行风险的影响。研究结果表明:过去几十年,南水北调中线工程水源区与海河受水区总体呈现变旱趋势;在RCP4.5和RCP8.5两种未来气候变化情景下,水源区与海河受水区汛期、非汛期及全年同旱事件发生概率较现状有不同程度的增加,尤其汛期遭遇同旱和非汛期遭遇同重旱的概率明显增大,增加的幅度分别达到2.99%~6.1%和2.67%~3.63%。在未来变化情景下,水源区与海河受水区干旱遭遇变化可能会对工程运行带来风险,因此,有必要研究相应的适应性对策以保证工程的正常安全运行。     

基于马尔科夫链模型的湖北省干旱短期预测

针对干旱预警预测十分困难的问题,基于湖北省16个气象站点1960~2009年的逐月降水资料,计算了各站点的标准化降水指数(SPI),并利用马尔科夫链模型预测了湖北省未来干旱的发生概率,得出了各个干旱等级的发生概率、预计持续时间、初次转移到无旱状态的时间、重现时间以及预见期为1~3个月的短期概率。与实际统计频率对比发现,马尔科夫链模型能很好地估算各个干旱等级的发生概率,且大多数站点未来干旱等级预测概率的误差都控制在20%以内,说明该模型对于未来干旱情况具有一定的预测能力,可以为早期干旱预警提供依据。     

气候变化条件下山东省未来水资源情势预估

利用山东省实测降水资料、政府水资源公报数据,采用小波分析、数理统计等方法,预估了山东省未来水资源情势。结果表明:从目前到2030年左右,山东省降水将处于相对枯水期,受降水量减少和极端降水强度增大的影响,当地水资源量将减少、水资源开发利用难度将增大;黄河水和长江水等客水资源受到干流上游来水量减少、脆弱性增强、调蓄工程不完善、水价成本高等因素限制,未来情势不容乐观;目前山东省非常规水资源利用潜力较大,应在增大非常规水资源利用力度的同时,做好建设节水型社会、完善现代水网工程、提高水利工程调蓄能力等工作。