基于分形和R/S分析的渭河干流径流变化特征研究

变化环境下日益突出的水资源供需矛盾对流域水资源管理提出更高要求。通过分析流域径流量变化特征，揭示流域水资源演变趋势，为流域水资源合理开发利用提供依据。以渭河流域为研究区域，采用Mann-Kendall非参数检验、分形理论和R/S等方法分析渭河干流6个典型水文站1956—2015年径流时空变化特征、持续性及两者之间的关系。结果表明:渭河干流各站点的月径流量均呈减少趋势，从上游到下游，月径流量减少趋势的显著性越来越弱，呈显著性减少趋势的月份越来越少。渭河干流各站点的月径流深Hurst指数均大于0.5，即未来与历史变化情况呈正相关性，各站点未来月径流量将呈持续减少趋势。汛期分维数大于非汛期，上游月径流分维数小于下游，中游月径流分维数最大。分维数越大，径流过程变化越复杂，河流调节能力越差，表明渭河干流在汛期和中游径流量调节能力相对较差。Hurst指数与分形维数之间有着显著负相关性，即径流量越复杂，分维数越大，Hurst指数越小。研究结果可为流域水资源科学调度提供依据，有利于促进流域内水资源严格管理。     

渭河干流径流变化趋势及突变分析

流域水资源量的减少对区域水资源的利用、人类生存环境和经济社会发展等存在着重大影响，通过分析渭河干流径流量变化趋势和突变情况，为渭河流域水量调度和水资源管理提供科学支撑。采用Mann-Kendall非参数检验、累积距平、有序聚类、滑动t检验和R/S等方法分析渭河干流6个典型水文站1956—2015年径流量的历史演变规律、突变点和未来变化趋势。结果表明:渭河干流各站点的年和季节径流量均呈减少趋势。各站点的春、夏季节减少趋势的幅度大于秋、冬季节；从上游到下游，减少趋势的幅度越来越小。上游各站点呈现增加-平稳-减小的变化过程，且存在1970和1993年2个突变点，中游和下游各站点呈现增加-波动-平稳-减小的变化过程，且存在1968和1993年2个突变点。渭河干流各站点年和季节径流量Hurst指数均大于0.5，即未来变化趋势与历史演变规律呈正相关性，表明渭河干流各站点径流量具有持续下降的趋势，相应部门应高度重视这一现象，制定合理的流域水资源管理对策。     

水利数字地球基础平台构建及其应用

以3S集成技术为基础,面向水利应用服务给出1个水利数字地球基础平台的构建方法,解决GIS信息融合、影像金字塔构建等问题,构造1个具有互操作能力的一体化应用服务环境,完成对水利业务数据的进一步直观展示,并在调水移民工程的信息管理系统中加以应用,为水利信息化中数字地球技术的应用及虚拟现实平台建设提供一定的可借鉴经验。     

汉江上游径流变化趋势及特征分析

南水北调中线工程从汉江中上游的丹江口水库引水,作为调水工程水源区,研究汉江上游的径流变化趋势及特征具有重要意义。采用累积距平法和Mann-Kendall趋势分析法分析典型测站的长系列年径流量变化趋势,采用滑动t检验和有序聚类法分析年径流量突变情况。以汉江上游典型水文站武侯站、洋县站、汉中站和石泉站为例。结果表明:20世纪50年代以来,汉江上游径流量总体呈减少趋势,尤其在20世纪90年代以后减少趋势显著。各站年径流量的变化趋势相似,年代平均径流量存在高低交替的现象。突变分析表明4个水文站径流的突变年份均为1990年。汉江上游径流量减少主要受降水量的减少、社会经济用水的增加及水资源开发利用等方面的影响。     

基于系统动力学的城市内涝灾害应急管理模型

采用系统动力学(SD)方法建立城市内涝灾害应急管理SD模型。在确定模型变量权重的基础上,通过构建模型方程式并绘制内涝灾害因果回路图和存量流量图实现对事件动态模拟仿真和敏感性分析。将构建的SD模型用于西安市一场典型内涝灾害事件的仿真分析,结果表明:随着时间增长,通过模拟仿真增加对技术因素、社会因素、管理因素和自然因素的管控,城市内涝灾害应急管理效果趋于变好；SD模型中不同变量对城市内涝灾害应急管理影响存在差异,需要不断完善应急预案,加强城市排水管网建设,提高应急决策时效性。     

变化环境下城市暴雨洪涝研究进展

受气候变化和城市化进程的影响,近年城市暴雨洪涝问题频发、广发,暴雨难以精准预报、城市洪灾危害巨大,该问题受到高度重视和广泛关注,业已成为城市防洪减灾领域研究热点。本文以变化环境下的城市暴雨洪涝问题为研究对象,从城市暴雨洪涝模拟仿真、城市暴雨洪涝特征、城市暴雨洪涝形成机理以及城市暴雨洪涝应对管理4个方面对城市暴雨洪涝国内外研究进展进行综述。在此基础上,分析当前针对城市暴雨洪涝研究中存在的一些问题并对未来的研究进行展望,提出了以变化环境下暴雨洪涝特性和应对机制为重点的研究思路,以此,科学认识变化环境下城市暴雨洪涝,提升城市暴雨洪涝快速应对水平,最大限度降低城市暴雨洪涝灾害。     

渭河上游径流变化特征及归因研究

分析渭河上游降水量、径流量的变化趋势和径流量的突变点,定量计算气候变化和人类活动对径流量变化的贡献,揭示渭河上游径流变化原因,为渭河流域水资源管理及开发利用提供依据。基于1961-2015年降水和径流数据,采用线性回归、Mann-Kendall检验和双累积曲线等方法分析渭河上游降水和径流演变规律。结果表明:渭河上游降水及径流的年际变化趋势均呈下降趋势,径流突变点为1970、1987、1990和1993年,根据突变点确定渭河上游径流基准期为1961-1969年;通过双累积曲线法的定量分析结果表明:人类活动是渭河上游径流减少的主要影响因素。总体上,近年来人类活动对径流的影响呈现增加趋势,2010-2015年间人类活动对径流影响的贡献率高达98. 32%。气候变化对径流变化有一定影响,尤其是,1990-1999年间气候变化对径流量影响占到22.52%。统计资料表明:在这段时间内,渭河流域发生多次极端干旱事件,导致渭河上游降水量骤减,使得气候变化对渭河上游径流变化的贡献增加。     

水利电子沙盘研究与应用

针对水利工程领域中存在的多源数据资源难以有效融合和应用系统可视化效果欠佳等问题,将沙盘引入到水利工程领域,构建水利电子沙盘(Hydro-EST),基于水利电子沙盘开发水利业务应用,为决策服务。首先,提出了水利电子沙盘的概念,设计了Hydro-EST的开发流程和5层体系结构。其次,基于Hydro-EST开发了防汛预警监视、水库移民可视化仿真、突发水污染事件模拟和最严格水资源管理等水利主题服务。结果表明:Hydro-EST在保留传统沙盘较好可视化效果的同时,解决了水利业务应用中多源数据资源融合、业务应用开发复杂等问题,组件化开发避免了系统异构和重复开发的弊端,体现了绿色发展的主旨。     

基于B/S模式的防汛水雨情整合查询系统研究

针对当前防汛工作中存在的数据分散和数据异构问题,本文设计并开发了一套基于B/S模式的防汛水雨情整合查询系统,并应用到陕西省防汛工作中。提出了系统的目标和任务,对系统总体结构、功能及其关键技术进行设计。应用实例表明:基于B/S模式的防汛水雨情整合查询系统较好地实现了水雨情信息的实时监测,雨量信息的多模式查询,河道、水库信息的高效组织、管理与展示。特别是在2010年陕南暴雨、2013年延安特大暴雨期间,防汛指挥部门通过该系统迅速收集汛情信息,提前预警,为人员撤离赢得宝贵时间,最大限度地减轻了损失,发挥了巨大的社会效益。系统整合效果较好,应用可靠,极大地提高了防汛分析与快速应对能力,具有较好的实用价值和应用前景。     

变化环境下城市暴雨洪涝灾害应对机制

遵循以防为主的防灾减灾救灾理念，提出一种集情景预估、预测预报、分级预警、应急预案和防洪预演为一体的城市暴雨洪涝灾害“五预”应对机制。包括：基于气候模式的城市暴雨洪涝灾害情景预估;耦合气象水文的城市暴雨洪涝灾害预测预报;多源信息融合的城市暴雨洪涝灾害分级预警;基于综合集成的城市暴雨洪涝灾害应急预案;基于数字孪生的城市暴雨洪涝灾害防洪预演。其中的关键技术包括：城市洪涝模拟、地球系统模式、滚动气候预测、数值天气预报、三维电子沙盘、综合集成平台和数字孪生城市。构建变化环境下城市暴雨洪涝灾害“五预”应对机制,可为城市防洪减灾决策提供有效支撑。