基于中长期降雨预测的北京市城区洪涝风险分析

受城市雨岛、热岛效应影响,北京城区极端降雨持续增多,城区流域遭受河道洪水、区域内涝双重考验,防御难度极高。以杨洼闸以上北运河流域为研究对象,基于气象、水文中长期降雨预测结果,结合历史典型暴雨洪水变化规律及可能性,基于底线思维开展洪涝情景构建与模拟,量化了暴雨洪涝风险。研究结果表明:2021年汛期降雨比气象常年同期略偏多,属正常偏旱年份,北京城区下垫面不透水面积比例大,导致降雨洪峰高度相关,因此发生极端暴雨时,城区积水频发。从最不利情景考虑,预计北关闸上洪峰将超过20年一遇,城区六环内可能出现149处积水内涝点。应加强北运河预泄、控泄及错峰调度措施,并在北京城区东部、东南部严重积水点和北部连片积水点提前布控抢险单元,研究结果可为2021年城市洪涝灾害防御提供借鉴。     

流域超标准洪水特点回顾性研究

流域超标准洪水是一种极端稀遇事件,现有研究严重不足。为认识其规律,以长江流域荆江河段、淮河沂沭泗流域和嫩江流域为主要研究对象,从暴雨、洪水和洪灾3个维度,回顾了历史上发生过的1153,1227,1560,1788,1860,1870年长江流域超标准洪水,1730,1957,1974年沂沭泗流域超标准洪水和1794,1998年嫩江流域超标准洪水,并分述了其特点。研究表明流域超标准洪水具有:(1)雨区广而稳、暴雨强度大、降雨历时长、累计雨量大等雨情特点;(2)空间遭遇恶劣、洪水峰高量大、高水位历时长等水情特点;(3)受灾范围广、灾害损失大、工程水毁重等灾情特点。研究成果对揭示流域超标准洪水内涵、指导超标准洪水"黑天鹅"事件应对、确保江河安澜具有重要的指导价值。     

琴江流域“13.8”暴雨洪水分析

2013年8月14日～18日,梅江上游琴江流域发生大暴雨、局部特大暴雨的降水过程,产生了较为严重的洪涝灾害。通过对本场暴雨洪水过程的分析,短历时降雨有量大、集中的特点,是较为稀遇的暴雨,暴雨中心还有从上游往下游转移的过程,使洪水更加集中,造成峰高量大的洪水特征,尖山水文站洪峰流量达到3260 m3/s,超50年一遇标准,洪水急涨,破坏力大,洪灾损失严重。     

降雨时空分布量化及其在洪水过程分类中的应用

洪水过程是水利工程运行管理、防洪调度决策的重要依据,降雨的空间分布和降雨雨型是影响洪水过程形成的主要驱动因素。本文旨在采用描述降雨时空分布的量化指标,分析降雨时空分布特征与洪水过程的联系,探索量化指标在洪水过程分类中的应用。基于大清河流域北支紫荆关和南支阜平流域68场降雨洪水资料,计算了降雨一、二阶空间矩和一、二阶时间矩,分析了降雨时空分布特征对洪水过程线形状的影响,依据降雨时空特征信息采用K-medoids聚类分析法对洪水分类。结果表明：采用的降雨时空分布量化指标能够准确刻画两个流域的降雨中心空间分布和降雨雨峰时间分布。基于降雨时空特征指标的洪水聚类分析得到的不同洪水类型特征显著,两个流域的洪水主要有3种代表性类型,即尖瘦型、多洪峰长历时型和矮胖型洪水过程。研究结果验证了仅将降雨时空分布特征作为洪水分类依据的可行性,展示了其应用于流域洪水过程分类的潜力,降低了传统洪水过程分类方法对洪水数据的依赖性。本研究可为分析流域洪水形成过程的驱动因素、预测无资料流域洪水类型及揭示流域产汇流机理等提供科学依据。     

沂沭泗流域2006年防汛形势分析及对策

一、防汛形势分析 据国家气象部门预测，2006年极端天气气候事件较常年同期偏多，主要多雨带可能出现在华北南部至长江下游之间。沂沭泗流域地处黄淮东北部，地理位置特殊，发生洪涝灾害可能性很大。沂沭泗河上游洪水源短流急，峰高量大，水势迅猛；下游河道平坦，入海不畅，流域洪水来骤去缓，一次大的暴雨过程就有可能造成严重的洪涝灾害。     

从“城市看海”到“城市看江”：极端暴雨情景下福州市洪涝过程模拟与风险分析

受气候变化、快速城市化以及基础设施建设滞后的多重影响,我国城市面临的洪涝形势十分严峻。2021年7月17日开始,河南省遭遇持续性极端强降雨,特别是郑州市"2021.7.20"特大暴雨洪涝灾害,使得"城市看海"问题又一次出现在公众视野中,而且由于汹涌奔腾的洪水,城市街道变成了一条条水流湍急的江河,"城市看江"又成为城市洪涝灾害中新的威胁,大量的城市基础设施遭到毁灭性破坏,数千车辆化为废铁,经济损失惨重,"城市看江"的危害远远超过"城市看海"。对近年来我国城市极端暴雨洪涝事件进行了较为系统的梳理,并以沿海城市福州市江北城区为例,参考本次郑州市遭遇1000年一遇特大暴雨降雨过程,模拟计算了福州市城区管网、河道、地面在遭遇类似郑州市"2021.7.20"特大暴雨的500年一遇乃至1000年一遇强降雨下的洪涝过程。然后,基于最大淹没水深与最大流速评估城市洪涝风险。结果表明,在极端暴雨工况下,福州市江北城区淹没十分严重,"城市看江"不容小觑,应当未雨绸缪,提前做好应急防汛预案,工程措施与非工程措施并举,减少洪涝灾害对城市经济的影响,保障城市居民生命财产安全。本研究可以为城市遭遇极端暴雨时的防洪决策工作提供一定的参考。     

人类活动干扰对灞河流域设计洪水的影响研究

我国干旱半干旱地区,强烈的人类活动干扰引起城市河流洪水过程的显著变化,影响防洪与水资源规划设计结果。基于改进的网格化分布式降雨径流模型MCDRM(Modified Cell Distributed Rainfall Run-off Model),定量研究土地利用变化、水库建设运行对不同重现期暴雨洪水过程变化的影响。以秦岭北麓城市型河流灞河为例,结合流域典型人类活动干扰产汇流下垫面条件的实际情况,构建暴雨洪水模型,并依据推理公式法计算结果率定模型参数。研究结果表明:2000年后,西安市城镇加速扩张,并启动"八水润长安"工程建设,使得流域内城市用地及水域面积增加、水资源开发利用强度增加明显。强烈的人类活动改变了流域降雨产流、汇流的下垫面条件,引起流域洪水过程变化;秦岭北麓灞河流域1980-2015年设计洪水洪峰、洪水总量均减少。与1985年相比,2015年流域内重现期为10、20、50、100年一遇的设计洪峰流量平均减少22. 98%,设计洪水径流总量平均减少约21. 4%。其中,100年一遇标准设计洪峰径流减少23. 88%,20年一遇标准设计洪水径流总量减少21. 51%。基于改进的网格化分布式降雨径流模型,开展城市河流人类活动干扰的暴雨洪水模拟与响应变化研究,结果可为干旱半干旱区中小流域设计洪水复核与计算提供新的参考。     

矿渣堆积对小流域行洪能力影响的数值模拟研究

矿山开采过程中废弃矿渣堆积对流域水文过程有着一定的影响作用。建立了基于水动力方法的二维雨洪过程数值模型,分析5种不同重现期暴雨下矿渣堆积引起的地形改变对于大西岔流域行洪能力的影响。研究发现:矿渣堆积对于流域出口断面具有一定滞洪效果;5种不同降雨重现期中,10年一遇降雨时洪峰削减效果最为显著,当降雨重现期小于10年一遇时,地形对洪峰大小、到达时间起主要影响作用,反之,降雨成为主要影响因素;洪峰削减率随着断面向下游移动而逐渐增大。研究成果对于降低矿渣堆积流域下游洪水风险具有一定积极意义。     

寻乌水流域“2008·7”暴雨洪水调查分析

2008年7月末,寻乌水流域发生稀遇暴雨洪水,造成重大洪涝灾害。灾后暴雨洪水的调查分析表明,本次暴雨洪水全流域总体上为10～20年一遇,中心地区则达到100年一遇的特大暴雨洪水。本文根据这次暴雨洪水调查情况,对“2008·7”暴雨洪水特性进行了分析,以便为该流域防汛减灾、洪水预测预报等提供依据。     

长江流域极端降雨事件时空分布特征

近年来,许多学者对中国的极端降水进行了研究,但对长江流域极端降水的研究多集中在日时间尺度强降水事件,从不同子流域极端降水事件入手的研究较少。利用1961～2017年长江流域各子流域面雨量资料,根据面雨量的分布曲线确定长江流域各子流域极端降雨事件判断的阈值,得到各子流域极端降雨年份,分析极端降雨事件的时间变化特征,以及不同子流域间极端事件的相关关系。研究表明:①20世纪60年代长江上游极端多雨事件频发,70年代以全流域极端少雨为主,80年代极端多雨事件中心转移至长江中下游,90年代长江上游变为极端少雨事件中心,2000年以来,长江流域处在由少雨向多雨转变的年代际背景中。②当子流域发生极端少雨事件时,流域其他流域大部也是以降雨偏少为主,空间的一致性较好。但是子流域发生极端多雨事件时,存在大部分地区少雨的情况,会出现旱涝并存的情况。     

三川河流域近30年水土保持蓄水拦沙效益分析

根据黄河中游三川河流域至2000年的水文气象和水土保持措施量资料，分析了流域近30年降水、水沙变化特点和治理进展情况；通过水沙量还原计算，并在地表径流量推求和降水指标计算优选的基础上，建立汛期天然水沙量计算公式，进而计算分析出70年代以来各年代的蓄水拦沙效益。结果表明，该流域水土保持措施的蓄水拦沙效益十分显著，尤其是80年代蓄水、拦沙效益和90年代的拦沙效益分别较70年代提高了22．7％、18．4％和23．5％。     

清涧河"2002.7"暴雨水沙变化状况分析

2002年7月4～5日，清涧河流域发生了一次突发性高强度特大暴雨，水利水保措施受到了不同程度的破坏，为弄清情况、研究问题、分析原因，对此次暴雨的水沙变化状况进行了调查分析，认为“2002．7”暴雨条件下，水利水保措施暴露出了不少问题，但是其减洪减沙作用是不可否认的；随着淤地坝蓄水拦沙作用逐步衰减，需及时加高加固。     

黄土丘陵沟壑区坡面水保措施及植被对流域尺度水沙关系的影响

根据黄土高原高含沙水流的特点，认为次暴雨的产沙模数和径流深可用线性正比关系式来表示，关系式中比例系数表示流域单位径流深的输沙能力、次暴雨过程中流量超过临界值后的稳定含沙量以及流域历次洪水的平均含沙量。在此模型基础上，以黄土丘陵沟壑区的王家沟的两个毗邻地貌相似的两条沟为研究区，其中一条沟为经治理而另一条则未治理。探讨各种坡面水土保持措施及植被对流域水沙关系的影响。结果表明，治理流域和非治理流域具有相同的水沙关系，被治理沟的植被等坡面措施在流域尺度上仅通过减水来减沙。这主要是因为植被等坡面措施不能显著改变沟道的输沙能力，且由于植被不能很好地控制沟谷侵蚀和重力侵蚀，使得水流进入沟道后又会获取充足的泥沙补充，达到和治理前相同的径流输沙能力。因此可以认为，在仅有植被和其它坡面治理措施的情况下，治理流域的减沙率可用减水率来估计。本文的实际计算表明，在多年平均尺度、年际尺度和次暴雨尺度这一方法都有较好的精度。     

大暴雨作用下黄土高原典型流域水土保持措施减沙效益研究

正确评估大暴雨条件下流域水土保持措施的减沙作用,可为科学揭示流域侵蚀产沙变化的驱动机理提供理论支撑。综合采用改进的水土保持成因分析法、林草植被减沙模型和分布式土壤侵蚀模型,对近10年大暴雨作用下4个典型流域的水土保持措施减沙作用进行了系统分析和研究。结果表明:佳芦河流域水土保持措施在"2012.7.27"大暴雨中减沙效益为65.4%;杏子河流域在"2013.7.12""2013.7.25"和"2013.7.27"三场连续降雨中,水土保持措施减沙效益分别为56.5%、40.7%和36.5%;西柳沟流域上游在"2016.8.17"大暴雨中,林草植被措施减沙效益达84.2%;岔巴沟流域在"2017.7.26"大暴雨中,水土保持措施减沙效益为79%。大暴雨作用下水土保持措施减沙效益明显,但遭遇连续极端降雨情况,水土保持减沙效益会降低。     

北洛河流域近期水沙变化原因水文分析

在分析北洛河流域自然环境特征和水土保持情况的基础上,利用降雨径流泥沙资料,建立降雨产流产沙统计模型,分析了北洛河流域近期水沙变化原因.结果表明:北洛河流域的减沙主要是刘家河以上的减沙,人类活动影响约占60%,降雨影响约占40%;径流量的大量减少主要发生在刘家河以下,就人类活动与降雨影响来看,降雨影响约占60%～70%,人类活动影响约占30%～40%.     

田纳西流域水利水保工程减沙及对我国长江流域水保的启示

根据田纳西干流四个主要测站有1935～1942年的水沙资料分析得出泥沙呈减少趋势，其原因为气候、水利和水保工程影响。根据支流典型测站有1935～1938和1963～1965年水沙资料情况对9条支流进行了平均对比分析，得出泥沙减少是流域内水保工程所致；对有1935～1938，1939～1942和1963～1965年三个时段的支流测站VALLEY河进行了深入的分析，得出在排除降雨条件影响下水土保持措施的减沙效果。另外结合田纳西流域的治理，对我国长江流域的水保提出了商榷性意见。     

1956-2009年延河水沙变化特征及其驱动力研究

分析降雨、人类活动等因子驱动下的流域水沙效应是流域管理的基础。本文采用移动平均法、累计距平法,线性回归统计等,分析了1956-2009年期间延河流域的降雨、径流和输沙量变化及其驱动因素。结果表明:延河流域降雨量与径流量、输沙量变化趋势基本一致,均可分为1956-1969年的基准期和1970年以后的3个时段的治理期等4个阶段。基准期三者均达到最大,治理期以输沙变化的时段性最为显著;且三者基本符合先大幅度下降(1970-1983年),然后明显上升(1984-1993年),再迅速下降(1994-2009年)的时段性。径流泥沙的时段性既是降雨量出现阶段性变化的结果,更是阶段性人类活动的水沙效应结果。整个治理期降雨和人类活动对减少径流的贡献比是60∶40,对减少泥沙的贡献比为30∶70;治理时段引起水沙变化的主要人类活动包括:1970-1983年的淤地坝、水库等水利设施建设大大减少水沙;1984-1993年的农业包产到户政策使得减水减沙幅度逐渐减少;1994年以来延河治理和退耕还林战略等极大地减少了流域径流泥沙。研究结果对延河流域管理实践有指导意义。     

水土保持对清涧河流域洪水径流的影响

采用时间序列对比分析方法，分析了黄土高原清涧河流域水土保持对流域暴雨洪水过程及径流量的影响，结果表明了水土保持使该流域产洪次数减少、地表径流模数和径流系数减小、流域产流起始时间滞后，径流持续时间缩短，洪峰流量降低．     

鲁中南低出区小流域水土保持措施效益研究

以6条小流域的水土保持工程措施为研究对象,对蓄水保土效益进行了分析,同时对减弱地表径流、削减洪峰流量的效果等进行了探讨.研究表明,经综合治理的小流域与未经综合治理的小流域相比,其平均土壤流失量比未经综合治理的小流域平均土壤流失量少13.73%,其平均径流系数较未经综合治理的小流域低31%.此外,其完善的水保措施在减弱地表径流、削减洪峰等方面发挥的作用也大于未经综合治理的小流域.     

论黄河水沙变化趋势预测研究的若干问题

1980年代中期以来黄河水沙情势发生了巨大变化,明晰其过程、特征及水沙变化研究的关键所在,有助于聚焦核心科学问题,重点攻关,为黄河流域生态文明建设提供科技支撑。本文系统分析了黄河流域1950—2016年水沙变化过程,梳理了不同阶段各家水沙变化趋势预测成果,辨析了趋势预测结果差异显著的原因。研究表明:黄河水沙锐减,时空减幅不同步,年内利于输沙的流量持续时间和水量、沙量都在减少,含沙量则与水利水保工程建设呈现协同的阶段变化,黄河水沙异源的空间分布格局仍然持续;黄河水沙变化趋势多借助于"水保法"、"水文法"和"物理过程模型法"等开展预测,不同时期的预测成果差异显著,其中机理和机制等的认识不足、评价技术等的缺失及预测条件变化的不确定性等是导致差异显著的主要原因。今后需加强黄河水沙变化机理、措施的群体效应、预测结果可信度评估和治黄策略等关键科学问题研究,为准确预测新情势下黄河水沙变化趋势提供理论基础。