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。     

2022年黄土高原典型暴雨侵蚀及洪水灾害调查分析

[目的] 开展黄土高原不同地区典型暴雨事件土壤侵蚀现状调查，分析暴雨条件下流域土壤侵蚀特点及下游洪水淹没灾害程度，以期为该区暴雨侵蚀灾害的预防和治理提供参考。 [方法] 以2022年7月到9月黄土高原不同地区发生的4场典型大暴雨为背景，通过野外实地调查，并基于无人机航摄获取暴雨过后小流域的高清影像，对不同地区暴雨条件下小流域内不同土地利用类型的侵蚀特征和洪水淹没灾害进行了分析。 [结果] 在大暴雨情况下，坡耕地易发生侵蚀，且主要以细沟侵蚀为主，侵蚀模数为22 588～46 244 t/(km²·a)；草地无明显沟蚀现象。重力侵蚀在流域中所占比例较大，易发生在道路和沟道两侧。生产道路增大了流域水文连通性，导致道路侵蚀和损毁严重。有排水设施的道路侵蚀明显小于未设置排水设施的道路。梯田田坎易发生崩塌损毁，损毁长、宽、深分别为10～30 m，0.35～2.3 m和0.1～1.9 m，新修梯田侵蚀损毁显著大于老梯田，当年雨季前修的梯田侵蚀损毁也显著大于上年雨季后修的梯田。流域内各淤地坝拦沙作用明显，但在暴雨情况下仍存在较多的损毁和漫坝现象，且大部分淤地坝淤积已达到库容上限。不合理的占用河道、工程建设、小流域蓄排措施缺乏，部分水保设施管护不到位均会加剧流域侵蚀及洪水灾害。 [结论] 在一般暴雨条件下，小流域内现有的水保措施能较好地抵御暴雨侵蚀，但在大暴雨乃至特大暴雨条件下，流域内侵蚀灾害依然严重，且容易对下游造成严重的淤积和洪涝灾害，优化设计并布局流域内整体的“蓄排协调”设施是当前黄土高原地区水土保持工作高质量发展亟需解决的问题。     

基于FloodArea模型的新疆尼勒克县暴雨山洪临界雨量的确定

[目的]对尼勒克县科蒙乡吉林台苏河流域2016年6月17日发生的特大山洪过程进行模拟并结合实地考察淹没水深对模拟结果进行验证,进而确定其山洪致灾临界雨量。[方法]以新疆尼勒克县典型山洪沟为研究对象,基于FloodArea淹没模型,利用流域内气象站降水资料、高程数据及相关基础地理信息数据,选取山洪预警点并分析预警点处不同累计时效的面雨量与模拟洪水过程线的相关关系。[结果]该流域洪水的淹没水深与对应累计9h面雨量相关性最高,确定了预警点处累计9h的4级风险等级对应的致灾临界值分别为12.80mm(4级),25.78mm(3级),45.24mm(2级),64.71mm(1级)。[结论]淹没模型FloodArea能够较为准确地模拟出研究区暴雨山洪个例淹没过程,根据其模拟结果能够反演出不同风险等级条件下该流域的山洪致灾临界面雨量。     

HBV模型在富春江水库流域临界致灾面雨量确定中的应用

[目的]研究分析HBV模型对于富春江流域径流序列模拟的适用性,并通过水位与径流量的关系,得到该流域各级水位的临界致灾面雨量,为暴雨灾害风险预警和评估业务提供服务产品,也为富春江水库的生产调度提供重要依据。[方法]以富春江水力发电站为研究区,应用研究区气象资料和HBV水文模型开展研究。[结果](1)应用HBV水文模型模拟富春江流域径流量,在序列的率定期和验证期,模拟与实测的径流过程分布一致,模拟径流峰值区与大降水的实况分布比较一致,模拟与实测洪峰的平均相对误差小于5%,经率定后的HBV模型在富春江流域的模拟效果较好。(2)通过建立降水、径流、水位三者的响应关系,可以确定水库在警戒水位、设计洪水位时不同前期水位的临界面雨量。[结论]HBV水文模型在研究区具有一定的适用性。当预报有临界面雨量时,水库可以根据雨量、径流的预报信息做出对水位的科学调控。     

极端降雨对晋西黄土区农地流域泥沙连通性的影响

[目的]研究极端降雨事件对小流域坡沟系统泥沙连通性的影响,进而为流域综合治理与灾后重建提供理论依据。[方法]以地处黄土残塬区的晋西吉县蔡家川农地小流域为研究区,采用无人机与遥感影像对2021年10月山西极端降雨事件前后坡沟系统进行航测与实地调查,分析极端降雨前后的景观格局变化,量化坡沟系统泥沙连通性,识别滑坡点位空间分布与地形特征,评价流域内典型工程措施对极端降雨的响应。[结果]农地流域此次降雨历时84 h,累计降雨量160.4 mm,降雨强度1.9 mm/h,降雨频率0.16%,为百年一遇的极端暴雨。暴雨后流域斑块数量增加,景观形状指数增大,蔓延度指数减小,香农多样性指数减小。暴雨前流域内泥沙连通性分布不均,暴雨后泥沙连通性增大。暴雨后滑坡位点泥沙连通性减小,滑坡多发生在0°～10°和40°～50°的条件下,所占比例分别为29.11%和17.74%。[结论]极端暴雨事件诱发的滑坡影响了泥沙连通性,根据泥沙连通性空间变化可识别水土流失位点,能够用于评估典型水土保持工程措施对极端降雨的响应,研究结果可为流域综合治理及极端降雨事件发生后开展生态恢复提供支撑。     

漓江流域洪涝灾害风险评价

[目的]探讨漓江流域发生洪涝灾害的可能及其空间分布范围,以期从流域生态水文功能的角度为区域洪涝灾害风险评价研究提供理论基础。[方法]通过基于表层土壤(0—10cm)最大、最小持水量和流域多年平均降雨量,采用地统计学和空间叠加分析的方法分析漓江流域地表土壤排水能力和年降雨量空间变异格局。[结果]漓江流域表层土壤排水能力的变异系数相比流域多年平均降雨量大,受外界随机性因素影响大,空间结构比降低。桂林市城区、临桂新区与灵川县城区3区交界范围为极易发生洪涝区域,而漓江流域中上游的3个保护区(猫儿山国家级自然保护区、海洋山和青狮潭水源林保护区)为不易发生洪涝灾害区域。[结论]考虑流域下垫面生态水文过程和气候(降雨)变化相结合的方法,能够预测和划分流域洪涝发生风险可能及其空间分布格局。其中,桂林市区与灵川县城交界范围为极易发生洪涝区域。     

基于生态需水的水资源分析——以贵州省盐津河流域为例

[目的]探究中国西南湿润地区流域生态需水量计算方法,为流域水资源配置提供科学的数据参考。[方法]选择贵州省盐津河流域为研究对象,采用彭曼法、Kristensen-Jensen模型、MIKE SHE分布式水文模型(DHI)、环境功能设定法等方法从农田系统、林草系统、水生态系统计算流域最小及满意需水量,并结合水资源状况对盐津河水资源配置提出建议。[结果]盐津河总生态需水量为1.39×10~7~2.04×10~7m~3,流域内农田用水较多的是4,7和8月,林草系统不存在缺水现象,河道内枯水期及丰水期水量差距较大,可利用水量为3.84×10~7~9.17×10~7 m~3,在保证枯水期生态水量同时,取水时间主要在5—8月。[结论]河道取水应注意考虑农田作物用水规律,在预留农业用水时需要考虑作物类型及种植面积,严格遵循降雨及生态用水规律,建立蓄水设施,保证全年的生产生态用水。     

黑河水库非点源污染时空分布研究

[目的]对黑河水库上游流域进行非点源污染模拟与分析,为水库水环境质量改善提供科学支撑。[方法]采用非点源污染—SWAT模型对流域内水文站2002—2008年的实测降雨、逐月径流以及泥沙及水质数据进行率定与验证,并对流域的非点源污染进行分析。[结果](1)非点源污染的产出主要集中在汛期(6—10月)且与降雨成正相关关系;(2)流域内降雨量分布从南向北、从山区向平原递减,径流深与降雨量成正相关,泥沙、非点源负荷的空间分布与降雨量相反;(3)不同土地利用类型单位面积的非点源污染产出不同,耕地最大,草地次之,林地最小;(4)面积耕地减少,污染负荷显著减少,耕地转换为林地的效果优于耕地转换为灌木林,退耕还林还草可有效减少流域内非点源污染负荷。[结论]黑河水库非点源污染主要发生在下游汛期6—10月,退耕还林、减少施肥可有效控制区域非点源污染。     

嫩江流域农业面源污染管理及水质模型系统集成及应用

利用MIKE 11软件,构建了包含降雨径流模型、水动力模型、对流扩散模型和生态模型的嫩江流域农业面源污染管理及水质模型系统,并以此为基础对2020年嫩江流域农业面源污染排放量及水质状况进行预测,结果表明:2020年COD和NH+4-N比2012年削减30%和40%之后,嫩江流域各控制单元水质有明显改善,均能达到控制单元的水质目标要求。     

山地农业小流域非点源氮磷输出特征及来源

[目的]分析非点源污染物输出特征及来源,为相似农业小流域水质研究以及非点源污染控制提供参照基础。[方法]通过ArcGIS软件对集水流域划分,监测2014年断面及降雨水质,结合平均浓度法及输出系数法,建立考虑降雨携带输出的流域非点源负荷输出系数法计算模型,并进一步采用最优化数学方法对流域内污染物的来源进行分析。[结果]核算得到耕地、林地、城镇村及工矿用地、农村生活和畜禽养殖的总氮输出系数分别为15.87,6.33,6.27kg/(hm~2·a),0.20kg/(人·a),0.83kg/(头·a),总磷输出系数分别为0.46,0.39,0.67kg/(hm~2·a),0.10kg/(人·a),0.16kg/(头·a)。该研究区域径流中NO_3~--N是氮流失的主要形式,降雨高峰期径流中颗粒态磷流失严重,NH_4~+-N及溶解态磷是该流域雨水中氮磷的主要存在形态。[结论]该流域非点源污染输出以降雨、林地、农村生活输出为主。     

MIKE耦合模型模拟淤地坝对小流域暴雨洪水过程的影响

为科学认识淤地坝建设对黄土高原小流域暴雨洪水过程的影响,该文通过分布式水文模型MIKE SHE和一维水动力模型MIKE 11耦合模拟了不同坝型组合和坝系级联方式下的小流域暴雨洪水过程,研究表明:1)淤地坝系建成后会使小流域洪水的洪峰和洪水总量明显减少,其中骨干坝减幅最小,中型坝次之,小型坝减幅最大;串联、并联、混联3种坝系级联方式均使洪峰流量和洪水总量明显减小,其中混联坝系减幅最大,并联坝系次之,串联坝系最小。2)淤地坝建设改变了洪水历时,其中骨干坝和中型坝增加了洪水历时,而小型坝缩短洪水历时。3)沟道连通性指数与洪峰流量、洪水总量均有很好的相关关系,淤地坝建设明显降低了沟道连通性,通过改变沟道连通性调控了小流域的暴雨洪水过程。可为黄土高原淤地坝安全运行提供科学依据。     

特大暴雨条件下小流域沟道的泥沙连通性及其影响因素——以陕西省子洲县为例

[目的]研究特大暴雨条件下小流域沟道泥沙输移路径、泥沙连通程度及其影响因素,旨在探讨水库溃坝的原因,为沟道防洪措施的布设提供依据。[方法]以陕西省子洲县"7·26"暴雨条件下小流域沟道泥沙连通情况为例,选取面积相近、形状相异的清水沟和蛇家沟小流域,对沟道泥沙淤积情况进行现场调查,同时将沟道分为坝地沟段和自然沟段,选取流域面积与形状系数、沟道比降,以及淤地坝的类型与分布进行对比分析两个小流域沟道泥沙连通性的差异。[结果]在此次特大暴雨条件下,清水沟和蛇家沟的淤地坝大都呈现打开状态,由上游到下游清水沟泥沙连通性呈现较强的增长趋势,蛇家沟泥沙连通性则呈现先增长后减弱的趋势。整体上清水沟的泥沙连通性比蛇家沟的强,且清水沟流域的土壤侵蚀也较为严重。串联和混联坝系以及修建有卧管、竖井和排水渠的淤地坝防洪能力更强。[结论]流域面积、流域形状和沟道比降均影响着沟道泥沙的连通性,而淤地坝类型及分布是影响沟道泥沙连通性的主导因子。     

川滇地区主汛期暴雨洪水灾害风险评价

[目的]对川滇地区主汛期暴雨洪水灾害风险等级分布及特征进行研究,以期为区域暴雨洪水灾害的防御提供理论参考。[方法]采用反距离加权空间插值(IDW),自然灾害风险指数等方法。[结果]暴雨洪水灾害的高、较高风险区主要集中在川东盆地和云南省南部边缘地区;中度风险区主要分布在川西南山地和云南省的大部分地区;较低灾害风险区零星分布在滇东高原、滇西北地区和川西高原东北部等地;低风险区主要位于川西高原地区。[结论]大气环流、降水量、地形地貌、河网水系是影响川滇地区主汛期暴雨洪水灾害的主要因素,人类活动对区域下垫面性质的改变,是加剧暴雨洪水灾害的触动因素。     

基于HBV模型的尼洋曲流域上游洪水致灾临界面雨量研究

[目的]建立工布江达以上尼洋曲流域的降水—径流关系,构建该流域的致洪临界雨量指标,以期为开展山洪气象预警工作提供参考。[方法]根据流域暴雨洪水致灾机制,利用地面气象观测和CMORPH资料,基于HBV水文模型进行计算分析。[结果]利用2007—2011年观测数据对HBV水文模型的参数优化和率定,模拟数据与观测数据的确定性系数为0.91,NASH效率系数为0.89;采用2012—2014年观测数据进行验证,确定性系数为0.86,NASH效率系数为0.85,率定期和验证期的平均相对误差均为3.1%,表明经过率定的HBV模型对尼洋曲上游流域具有较好的适用性。[结论]尼洋曲流域的洪水过程不仅与实时降水的面雨量有关,还与前期基础水位有关,致灾临界面雨量随前期基础水位升高而减小,并且随着前期水位的变化,临界雨量值呈现了非线性响应特征。     

基于MIKE建模的城市生态公园行洪能力分析

[目的]预测并分析工程对河道行洪能力变化的影响,为城市生态公园工程防洪影响评价提供研究技术方法。[方法]基于MIKE 21建立城市生态公园工程河段的平面二维水流数学模型,以渭河宝鸡段为例,选取1954型洪水过程验证模型合理性,模拟3种典型流量下河道流场和水位的变化特征,讨论城市生态公园修建后对河道行洪能力的安全影响。[结果]3种典型流量洪水下沿线水位均低于堤顶高程,对城市行洪安全不构成威胁,因此行洪安全可以保证。但由于河道行洪宽度变窄左岸流速增大,加剧了对岸堤的冲刷,采取岸堤加固措施是极为必要的。[结论]河道形状的改变会影响水的流态,水流速度过大会影响河堤结构稳定性,最终影响河道的行洪能力。     

基于GIS和FloodArea水动力模型的重庆市山洪灾害风险区划

[目的]开展重庆市山洪灾害风险评估与区划,为该地区山洪防灾减灾提供相应参考。[方法]依据自然灾害风险评估理论,从致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性、承灾体暴露性、防灾减灾能力4个方面选取指标,构建重庆市山洪灾害风险评估模型。结合相关气象、生态和社会经济数据,运用GIS空间数据分析完成重庆市山洪灾害风险区划。[结果]重庆市山洪灾害致灾因子危险性在合川和江津大部地区为高风险区,孕灾环境高脆弱区主要位于长江、嘉陵江沿江河谷地带,承灾体暴露性在重庆市主城区、南川、武隆、涪陵、城口为高暴露区,重庆东北部和东南部大部地区为低防灾减灾能力区。[结论]总体评估而言,重庆市山洪灾害风险的高风险区主要位于重庆东北部的巫溪、东南部的酉阳和彭水、西南部的江津和西北部的合川。     

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。