极端暴雨下小流域洪峰对植被和梯田的响应——以山东临朐台风“利奇马”暴雨为例

全球气候变化背景下,极端暴雨事件出现频率增加,研究小流域洪峰形成机理对暴雨洪水预测与防灾减灾具有重要意义。基于2019年9号台风"利奇马"在山东省潍坊市临朐县造成的特大暴雨事件,选取暴雨中心附近的17个小流域,综合应用野外调查、遥感解译等方法,研究了小流域洪峰强度和敏感性对植被和梯田的响应特征。结果表明:该暴雨事件中,小流域洪峰流量为2.36～56.50 m~3/s,洪峰模数为8.00～48.89 m~3/(s·km~2),洪水指数介于3.61～4.55。在相似降雨条件下,洪峰模数、洪水指数与坡耕地比例呈显著的正相关关系(p0.05),洪峰模数与林草地和梯田比例呈显著的负相关关系(p0.05),洪水指数与林草地和梯田比例呈一定的负相关关系。植被和梯田对洪峰影响的有效性随着次降雨量的增大,呈现先增加后降低的非线性特征;在极端暴雨条件下,调查流域对洪水的敏感性属于"Average"水平;增加林草地、梯田等土地类型的面积可提高小流域对极端暴雨的应对能力。     

黄龙山区不同类型小流域的产流过程及其特征

 在黄龙山区选择自然条件基本相似的森林小流域、森林采伐小流域和荒坡草灌小流域,利用量水堰,于1999—2003年对流域的产流及其过程进行了系统的研究。结果表明:不同类型小流域径流的年际和年内变化不同。森林小流域全年产流,产流量主要与降水量有关;荒坡草灌小流域则仅在暴雨季节产流,产流量主要与雨强有关。除发生特大暴雨年份外,森林小流域的产流量均超过荒坡草灌小流域,5年内平均前者比后者多3倍。不同类型小流域对降水的调节作用不同,5年平均森林小流域比荒坡草灌小流域减少洪水径流94.9%,达5.2mm,增加枯水期径流0.5mm,占年径流量的8.7%,从而使流域径流保持相对均匀和稳定。采伐森林可以改变小流域的径流分布,常年径流被暴雨径流所代替,但其量比荒坡草灌小流域少。不同类型小流域产流过程不同,森林小流域产流过程平缓,洪水起伏程度小;而荒坡草灌小流域产流曲线陡峭,洪峰形成迅速,回落也较快。     

流域土地利用/覆盖与植被变化的水文响应模拟研究

以鄱阳湖的主要水源区梅江流域作为研究区,利用分布式机理性环境水文模型SWAT,探讨人类活动背景下植被变化对流域水文特征的影响.以遥感获取的叶面积指数(LAD表征流域的植被状态数据,并通过控制性模拟来研究流域土地利用/覆盖、植被状态的改变导致的流域水文特征响应.模拟结果表明:在1987-2001年的15 a中,虽然流域的土地利用/覆盖变化很小,但由于植被叶面积指数的变化,导致了流域年径流总量5.4%的增加,其中枯水期的增量为10.2%,丰水期则为2.6%;土地利用/覆盖和植被变化对流域水文过程的影响主要表现在暴雨强度相同的情况下,植被变化对流域流量的影响呈非线性变化趋势,其中对中等程度的暴雨影响最大;植被增加具有明显的使暴雨洪峰出现时间滞后的效应,同时也使洪水之后的"退水"过程变得平缓.     

基于HEC-HMS的青狮潭水库入库洪水预报研究

[目的]构建青狮潭水库入库洪水预报模型,为实际预报业务提供参考,也可以为桂林市上游地区无资料地区水文气象规律研究提供支撑。[方法]HEC-HMS是一个包含多个产汇流模型的水文模型系统,适用于不同地区的水文问题分析和计算,广泛运用于洪水预报、防灾减灾等方面。利用该模型对桂林市青狮潭水库上游流域进行水文建模,模拟流域发生暴雨时青狮潭水库的入库洪水过程,以此作为研究洪水预报依据。[结果]通过研究发现HEC-HMS模型模拟的结果平均确定性系数达到0.88,洪峰流量和峰现时间误差均达到乙级预报标准。[结论]HEC-HMS模型在青狮潭流域适用性较好,可以用于青狮潭水库入库洪水预报。     

关于花岗岩地区泥石流发生规律的研究

岩盘地下水的运动是诱发山体滑坡及泥石流的主要原因。日本京都大学宫本秀介等人通过测试岩盘涌水对洪水的流出特性及花岗岩地区在250 mm以上暴雨时,岩盘地下水对洪水的影响,研究岩盘地下水对花岗岩地区泥石流的发生规律。研究的结论是:岩盘涌水可分为浅层、深层两个类型。在降雨100 mm时,土壤——岩盘界面泉水的流出,对洪水的发生有较大的支配作用。在250 mm以上的暴雨时,岩盘地下水对洪峰有增大作用,洪峰滞后于暴雨峰期12 h。且两种岩盘涌水对洪水的发生都具有很强的助长作用。土壤——岩盘界面的泉水流出,各流域间差异较小。此项研究对我国研究花岗岩地区泥石流的发生、发展规律有一定的借鉴作用。     

降水时空变异性对洪水模拟精度影响定量评价

结合水文模型定量分析不同时间尺度和不同空间尺度降水数据对辽宁东部流域洪水模拟精度的影响,结果表明:在静态参数下(水文模型参数固定),降水输入时间越短,洪峰和洪量误差越大,而在动态参数下(水文模型参数动态变化),降水输入时间越短,洪水模拟精度越高。降水空间分辨率的大小对于流域洪量和洪峰有所影响,但对洪峰出现时间影响程度较小。研究成果对于流域洪水预报预见期的选择具有参考价值。     

城镇化背景下中小流域洪水风险研究——以厦门市东西溪流域为例

[目的]以厦门市东西溪流域为例,对城镇化背景下中小流域洪水风险进行评价和研究,为该区有效实施防洪减灾措施提供参考依据。[方法]以GIS空间分析作支持,将暴雨洪水频率分析与平原区洪水淹没模拟计算相结合,基于MIKE21平面二维水动力学模型进行洪水风险分析,对研究区洪水风险程度以及淹没状况进行模拟计算。[结果]绘制出厦门市东西溪流域动态洪水风险图,并根据洪水淹没区内的土地利用等因素的变化等实际情况,调整不同频率洪水淹没范围,实现东西溪流域洪水风险图的实时动态更新。[结论]研究区洪灾风险主要分布在东溪、西溪、汀溪等主干流河段,总体上呈现随着洪水重现期增大,灾害风险由上游向下游,由近岸向远岸不断扩大的趋势。     

长治市暴雨洪水分析研究

在收集长治市自然地理特征及与流域产流、汇流有关的河道特征等资料的基础上,分析了市域的暴雨洪水特性,绘制了全市6 h暴雨等值线图、Cv等值线图及100 a一遇6 h设计暴雨分布图和设计暴雨等值线图;根据各县洪水发生频率与设计洪水情况,绘制了各主要河段100 a一遇设计洪水分布图和洪峰模数分布图;同时,研究了重点防治区的现状防洪能力。通过分析长治市的山洪特性、洪灾及其防治措施建设情况,提出了针对性的措施与建议,可为市域山洪灾害预警、群测群防体系建设提供必要的技术支撑。     

场次暴雨条件下濂水流域水沙关系探究

为探究场次暴雨条件下流域的水沙关系,该研究以赣南濂水流域为对象,基于1965—2020年的水文气象数据和土地利用数据,运用聚类分析、判别分析和Spearman相关分析等,在场次暴雨条件下,分析不同洪水类型、不同时段下的水沙特征及水沙关系,并对水沙滞回关系进行探究。结果表明：流域120场暴雨洪水划分为3种类型,发生频率由高到低依次为：Ⅲ型（短历时、小径流、低洪峰）、Ⅰ型（长历时、中径流、中洪峰）、Ⅱ型（中历时、大径流、高洪峰）。整个研究期划分的5个时段中,1996-2005年、2006-2020年的输沙特征值增幅较大,且单位径流的输沙能力大幅上升。不同洪水类型下的各水沙环路曲线比例差异较大;在不同时段下,逆时针型、“8”字型曲线分别在1996-2005年、2006-2020年的比例最高分别为4.30%、55.6%,这与流域内果园大面积开发导致的沙源位置及数量的改变有着密切关系。研究成果可为流域的水沙管理及调控提供科学依据。     

流域洪水模拟的分布式时变汇流方法及应用

在考虑流域降雨时空变化和流域地形对流域产、汇流影响的基础上,提出了一种流域洪水模拟的新方法——分布式时变汇流方法。该方法在分布式产、汇流模拟过程中,增加了时变因子,克服了传统方法中忽略降雨在时间上变化的影响。此外,该方法还充分利用了GIS和遥感技术,使得模型中的大多数参数均可从DEM、土壤类型图或遥感影像中获取,只需要率定少数敏感参数。尽管模型结构简单,却能反映降雨径流过程的物理机制。因此,它可用于无资料地区的水文预报,便于应用与推广。将该方法用于浙江省皎口水库流域的洪水模拟,结果显示该模型效率高,模拟的流量曲线与实测曲线吻合较好,并且模拟结果不受降雨强度大小的限制。对双峰型或多峰型洪水,该方法不仅能很好地模拟出各峰的形状,而且主次洪峰分明。     

城市森林减少的暴雨径流效益定量与分析--以西安市二环内建城区为例

利用美国林业局的ArcViewGIS Citygreen 5．0模型中的“Stormwater Analysis”分析模块,以西安市2003年遥感影像图为基础,对二环内6个不同功能区（公园、道路、文化区、商业区、工业区、居住区）土地覆盖情况进行数字化,并结合西安市降雨统计资料和土壤水文特征,定量研究了西安市城市森林减少的暴雨径流效益。结果表明,以32mm作为夏季一次24h典型降雨事件的降雨量,城市森林减少暴雨径流的总量为150682．06m^3。不同功能区的净截流量依次是居住区〉道路〉公园〉文化区〉工业区〉商业区。不同功能区单位面积截流效益与森林覆盖率和硬铺装率有密切的联系,表现为公园〉道路〉文化区〉居住区〉工业区〉商业区。     

太阳活动与ENSO事件对云南省旱涝灾害的影响

根据云南省29个气象站点1958-2011年的逐月降水资料,运用Z指数法界定旱涝等级和年份,采用频次分析和Morlet小波技术分析了太阳活动与ENSO(厄尔尼诺和拉尼娜)事件对云南省旱涝灾害的影响。结果表明:(1) 近54 a云南省年均降水量总体呈下降趋势,下降速率为4.505 mm/10 a;旱涝灾害的发生呈增加趋势,进入21世纪之后旱灾发生频率明显高于涝灾发生频率。(2) 除了1967-1972年,20世纪60-90年代太阳黑子数和云南省旱涝指数呈明显的负相关关系。90年代中后期至今,二者则呈正相关关系。太阳黑子的减少趋势与研究区干旱化趋势相同。(3) ENSO事件与云南省旱涝灾害在14 a左右存在较好的周期对应关系;厄尔尼诺强度增大时研究区旱灾增多,拉尼娜强度增大时涝灾增多。     

开都河流域极端水文事件变化及其对气候的响应

基于开都河流域1972—2012年大山口水文站及巴音布鲁克气象站资料,采用累积频率法定义极端水文事件的阈值,分析了极端水文事件频次的年内年际变化、场次分布特征及其对区域气候变化的响应。结果表明:极端水文事件具有极不稳定的特性。年内分配不均且集中度较高,极端洪水事件主要集中在7月,极端枯水事件主要集中在2月;年际变化极不稳定,且偏离正态分布的程度较高。极端洪水事件总体呈增长趋势,并在1986年发生突变;极端枯水事件则呈减少趋势,突变点为1993年。极端洪水频次与降水量相关性较高,极端枯水频次与气温的负相关性较高。     

四川省汉源县大渡河干热河谷区清代洪涝灾害特征

[目的]分析四川省汉源县清代洪涝灾害特征及成因,为防灾减灾等工作提供科学支持。[方法]通过对大渡河干热河谷区汉源县清代洪灾等资料的搜集整理,运用数理统计分析等方法,探究了该地区清代洪灾的等级、频次、周期以及成因等问题。[结果]清代汉源县洪涝灾害共计发生55次,平均4.87a发生1次。轻度洪灾、中度洪灾、大洪灾和特大洪灾各占洪灾总数的14.55%,60.00%,21.82%和3.64%,以中度洪灾为主。从清代早期到晚期,洪灾呈波动增加的趋势且有明显的阶段性,1644—1739年和1770—1809年是洪灾少发期,1740—1769年和1810—1911年是洪灾高发期,并出现了5次重大洪灾事件。清代汉源县洪灾存在约5a,10a的震荡周期。[结论]在太阳黑子极值年、印度夏季风强盛期及南方涛动(ENSO)事件年前后出现洪灾的机率极大。清代中期以后的人口快速增长、农业垦殖、森林破坏等人为无序开发加剧了洪灾频次和严重程度。     

诺敏河流域土地利用与覆被变化及其对水文过程的影响

流域土地利用/覆被变化及其水文效应是当前全球变化研究的重要内容.为正确认识大兴安岭森林采伐对水文过程的影响,以诺敏河流域为例,在遥感和地理信息系统技术支持下,结合地形图和卫星遥感影像数据,获取1954-2005年诺敏河流域5期土地利用/覆被数据,在GIS空间分析模块下分析诺敏河流域土地利用/覆被变化过程,并探讨土地利用/覆被变化对水文过程的影响.结果表明,近50 a诺敏河流域土地利用方式发生了明显变化,林地和草地分别减少1 940.1 km2和748.99 km2,与林草地的大面积减少相对应,耕地面积增加2 741.7 km2.自1998年实施大兴安岭天然林保护工程以后,林地采伐和耕地开垦速率明显降低;土地利用/覆被变化影响年径流量,林地大规模减少、耕地明显增加的后期土地利用较前期径流量有所增加,且随着降雨的增多,土地利用变化对径流的影响效应随之增强.同一降雨条件下土地利用/覆被变化对径流的影响在生长季具有明显差异.     

考虑非一致性的黄土高原区旱涝复合事件的演变特征及其动态变化

受气候变化和人类活动的双重影响,传统水文序列的一致性假设受到破坏,在考虑非一致性的条件下探究相邻季节间旱涝复合事件的动态变化及主导因子,对区域的粮食安全与旱涝灾害防御意义重大。为探究非一致性条件下旱涝复合事件的动态演变特征及其主导因子,该研究以黄土高原为研究对象,基于广义可加模型拟合单季节标准化降水指数的边缘分布,构建二维Copula模型分析旱涝复合事件（中、重和极端情景下）的发生概率,并利用变量投影重要性准则探究复合事件动态变化的主导因子。结果表明：1）1982-2015年间正常转旱、旱转正常、正常转涝和涝转正常事件分布广泛且发生频次较高（高于22次）;2）春-夏内蒙古持续干旱、夏-秋青海持续干旱、秋-冬宁夏持续干旱、冬-春山西持续干旱、夏-秋陕西持续洪涝、夏-秋甘肃持续洪涝事件的发生概率较大;3）春-夏由旱转涝、夏-秋持续洪涝、秋-冬由涝转旱、秋-冬持续干旱和冬-春季持续干旱事件的发生概率显著上升,对该区域社会经济与生态将产生不利影响;4）复合事件发生概率动态变化的主导因素为北极涛动指数和太阳黑子指数。研究成果将为黄土高原地区旱涝复合事件的精准防御提供科技支撑。     

Runoff Trends Driven by Climate and Afforestation in a Pyrenean Basin

The abandonment of traditional rural life in mountain areas has favoured the expansion of forest in the headwaters of Pyrenean rivers. In this paper, we (i) analyse hydro‐climatic trends at the annual and monthly scales in three nested sub‐catchments in a central Pyrenean basin and (ii) quantify the relative contribution of climate change and forest cover on the observed changes in runoff. Land use maps indicate an increase in the forest cover in all sub‐basins for the period 1987–2009. Non‐parametric Mann–Kendall statistic on annual and monthly hydro‐climatic data from 1965 to 2009 was used to identify trends in climate and runoff data. To assess the potential influence of the period length, trends were also examined for the 1941–2009 stretch. Upward trends were detected for temperature and potential evapotranspiration, particularly during summer and winter months. Precipitation trends and their significance depended on the length of the period considered, although overall results indicated a decrease, particularly for February and July. The effects of climate change and land cover change on annual runoff were identified by means of a change point analysis. Results indicated that a change in annual runoff took place in the 1980s, suggesting the non‐linearity in the relationship between precipitation and runoff, and thus the influence of land use factors. The influence of forest cover was confirmed by comparing observed runoff trends with those resulting from a hydro‐climatic model that does not take into account land use changes. Divergence between both trends revealed that forest cover can account for ~40% of the observed decrease in annual runoff. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

唐代陕西黄土高原中南部地区洪涝灾害与气候特征

鉴于洪涝灾害对陕西黄土高原中南部地区的生态建设与经济发展影响重大,基于洪灾历史文献记录,结合数理统计、距平分析、连续小波变换及湿润指数等方法,对唐代(公元618—907年)陕西黄土高原中南部地区洪灾发生规律与气候变化进行了分析。结果表明:洪灾发生频次可分为4个阶段:618—637年与728—847年为洪灾高频期; 638—727年与848—907年为洪灾低频期; 受夏季风影响,洪灾发生频次整体变化趋势呈波动下降趋势; 洪灾等级具有2～5 a,5～9 a,20～30 a及52～80 a的周期,推测洪灾的发生与ENSO及PDO正负相位存在一定联系; 空间上,崂山以南的黄土高原沟壑区为洪灾多发区; 气候干湿特征表现为618—637年气候偏湿,638—837年整体偏干但存在10 a及20 a尺度气候偏湿的时期,838—907年以约10 a尺度进入干湿交替状态。唐代陕西黄土高原中南部地区较大洪灾年份与降水持续时间较长、暴雨这类极端降水事件及气候波动频繁存在联系。