新疆天山北坡四棵树河冰洪分析

四棵树河是新疆天山北坡的一条灾害性较大的河流,除了夏季洪水致灾外,另一种更引人注目的是冬季冰洪突发成灾.从该河流的自然地理条件分析入手,阐述了该河独特的冰洪特征,结合气温、地形等影响因素分析了四棵树河的冰洪成因.冰洪形成往往与当时当地的气温和地形变化有关.因气温逐渐或突然升高,冰骨架结合力下降,当虚冰坝阻水形成的水压力超出了冰骨架支撑力时,上游某一虚冰坝破裂垮塌,冰水则迅猛下泄,致使下游虚冰坝连续垮溃形成河流冰洪.此外,对冰洪沿程变化、冰洪量差异显著、冰洪年际变化不均、稳定封冻期及解冻期不出现冰洪的原因也进行了分析.     

近50 a来新疆区域与天山典型流域极端洪水变化特征及其对气候变化的响应

以年极端洪水超标率来反映区域极端洪水, 分析了新疆区域极端洪水变化; 以年最大洪峰记录分析了天山山区主要河流极端洪水变化规律, 并用14站资料分析了天山山区气候变化特征, 讨论了天山主要河流极端洪水变化对区域气候变化的响应. 结果表明: 受气候变暖影响, 1957-2006年全疆极端洪水呈区域性加重趋势, 尤其南疆区域极端洪水明显加剧, 北疆区域也有加重趋势, 但相对较缓. 全疆及北疆、 南疆在20世纪90年代中期以来都处于洪水高发阶段. 近50 a来, 在新疆区域洪水呈加重趋势的变化背景下, 发源于天山南坡的托什干河和库玛拉克河年最大洪峰流量呈显著增加趋势, 发源于天山北坡的玛纳斯河与乌鲁木齐河年最大洪峰流量虽有增加, 但是变化趋势较缓. 以年最大洪峰流量发生转折年为界, 天山典型流域托什干河、 库玛拉克河、 玛纳斯河和乌鲁木齐河在20世纪90年代(或80年代)以来与前期相比, 呈现出相似的变化特征: 年最大洪峰流量明显增大, 年际间变化更加剧烈, 洪水年更频繁. 以年最大洪峰流量发生转折年份为界, 玛纳斯河、 托什干河和乌鲁木齐河后期的年最大洪峰集中日期较前期推迟2~9 d, 库玛拉克河却提前5 d. 玛纳斯河、 乌鲁木齐河和库玛拉克河后期的集中度较前期增加0.8%~8.3%, 托什干河减小1.1%. 1961-2010年, 新疆天山山区气温明显上升, 升温率为0.34 ℃·(10a)^-1, 1997年以后明显增暖; 天山山区降水显著增加, 增加速率15.6 mm·(10a)^-1, 同时极端降水强度增大、 频数增多. 近50 a来天山主要河流极端洪水变化与区域增温以及天山山区极端降水事件增多等有密切关系.     

天山北坡三工河流域暴雨洪水及其对自然环境的影响

天山北坡的三工河孕育着新疆著名风景区天山"天池", 当来自西方路径的水汽在沿天山东移过程中遇"博峰"西北侧迎风坡阻挡, 使气流强迫抬升, 并通过山口气流绕流效应、山谷峡管效应、气流爬坡上升运动等造成的水汽垂直输送, 在天山南北坡形成暴雨, 三工河上游是暴雨活动中心频繁的地区.观测了天池上游96.7暴雨洪水, 调查了天池下游三工河05.8特大暴雨洪水的过程. 近百年来三工河曾在1915年、 1946年、 2003年和2005年发生过4次较大洪水;其中2005年洪水是1946年以来第1位的洪水, 洪水重现期定为61 a一遇. 三工河流域属于冰雪融水、降水补给为主的河流, 自20世纪80年代中后期以来, 年均气温呈上升趋势,降水则表现为明显增大的趋势, 洪旱灾害的发生频率加大. 这些气候和环境变化导致上游山区水土流失加剧, 暴雨洪水及洪旱灾害交替发生, 引起该区域水文环境、地表径流、流域水资源功能的恶性循环, 进而引发暴雨洪水灾害对风景区自然生态环境造成破坏并产生深远影响.     

百年来天山阿克苏河流域麦茨巴赫冰湖演化与冰川洪水灾害

阿克苏河源区的冰川融水和冰湖溃决洪水, 对我国境内阿克苏河乃至整个塔里木河的径流补给及下游的防洪安全都有着举足轻重的作用. 萨雷扎兹-库玛拉克河的麦茨巴赫冰川湖(Merzbacher Lake)为众多冰川湖中最大的一个, 同时又是频繁发生突发性溃决洪水的冰湖, 在1932-2008年的67 a内发生溃决突发性洪水62次, 其频率高达92.5 %以上. 随着气温的变暖, 冰川减薄后退, 冰川融水增多、 冰湖库容增加, 洪水总量在不断增大. 冰川洪水的总量已经由1960-1970年代的1×10~8m~3左右, 增加到1990年以来的3×10~8～4×1~8m~3 , 最高达5×1~8m~3 多; 年最大流量1990年代较1950年代增多37%, 洪水频率也在不断增加. 库玛拉克河流域冰川物质平衡变化也对冰湖溃决洪水影响很大, 冰川消融的越多, 产生的冰川洪水洪峰也越大. 随着全球气候进一步变暖, 将会加大下游的防洪压力. 所以, 要加强冰川消融观测及冰湖水位的监测, 建立预警系统, 进行冰湖溃决洪水预报, 为下游的防洪安全和水电安全运行提供科技支持.     

新疆天山北坡中段河流洪水规律探讨

大降水一般持续时间长,降雨强度大,影响面积广,有可能导致多条河流先后发生洪水,因此分析天山北坡中段降水、河流洪水成因及类型具有重要意义。依据新疆天山北坡中段河流实测洪水资料,通过对典型河流自然地理特征、河流水文特性、实测洪水过程的分析,分析天山北坡中段河流洪水成因及类型、变差系数、洪水过程线的相似性。     

乌鲁木齐河源1号冰川不同时期雪层剖面及成冰带对比研究

对20世纪60年代、80年代和21世纪初天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)雪层剖面特征、成冰带的对比分析研究,发现自20世纪60年代以来,1号冰川雪层剖面厚度明显减薄,结构变得简单,各层界限变得模糊.成冰带类型及其分布发生了明显变化,60年代存在于冷气候条件下的冷渗浸带,80年代被渗浸带所替代.21世纪初,1号冰川成冰带变化更为显著,尤其是东支,顶部已具有消融带特征.研究表明,20世纪80年代以来河源区气候变暖是导致上述变化的主要原因.     

近40a来新疆河流洪水变化

随着全球变暖,水循环加快,降水量、冰川消融量和径流量连续多年增加,导致20世纪90年代以来新疆河流各类洪水频繁发生,且呈现出峰高量大的特征.近40a来洪水灾害的频次呈逐年增加趋势,尤其是1987年以来,洪灾发生的频次增高,灾害损失成10倍增加.其原因主要是由于天山中西部为主的地区气候由暖干向暖湿转型所致.     

新疆阿尔泰山区克兰河上游水文过程对气候变暖的响应

额尔齐斯河支流克兰河上游发源于西风带水汽影响的阿尔泰山南坡,主要由融雪径流补给,年内积雪融水可占年径流量的45%.年最大月径流一般出现在6月份,融雪季节4~6月径流量占65%.流域自20世纪60年代开始明显升温,年平均温度从50年代的1.4℃上升到90年代的5.2℃;年降水总量也呈增加趋势,尤其是冬季和初春增加最多.随着气候变暖,河流年内水文过程发生了很大的变化,主要表现在最大月径流由6月提前到5月,月径流总量增加约15%,4~6月融雪径流量也由占年流量的60%增加到近70%.在多年变化趋势上,气温上升主要发生在冬季,降水也以冬季增加明显,而夏季降水呈下降趋势;水文过程主要表现在5月径流呈增加趋势,而6月径流为下降趋势;夏季径流减少而春季径流增加明显.冬春季积雪增加和气温上升,导致融雪洪水增多且洪峰流量增大,使洪水灾害破坏性加大.近些年来气候变暖引起的年内水文过程变化,已经对河流下游的城市供水和农牧业生产产生了影响.     

新疆阿尔泰山地区极端水文事件对气候变化的响应

新疆北部阿尔泰山地区受西风带气流影响, 降水丰沛, 尤其冬季积雪厚而稳定, 山区产流发育了额尔齐斯河与乌伦古河, 从西到东形成主要支流十余条. 在全球气候变化下, 山区气温上升明显, 极端降水增多, 气候变暖带来的水循环加快, 极端水文事件也趋于增多. 由于冬季气温升高, 春季积雪消融提前, 春季融雪洪水提前, 洪峰流量增强; 夏季极端降水增加, 使得暴雨洪水增多. 由于冬、 春季积雪增多, 雪灾发生频率增加, 春季的融雪洪水灾害危害增强. 极端水文事件引起的自然灾害已经威胁到阿勒泰地区的牧业生产、 交通安全和水资源供给, 应加强水文水资源安全对气候变化的应对措施, 提高水资源安全保障, 减缓气候变化的危害.     

新疆河流洪水与洪灾的变化趋势

在西北气候由暖干转向暖湿的过程中,新疆河流的洪水和洪灾反映明显.对新疆29条河流选取年最大洪水,统计出超标准洪水、20a一遇、50a一遇洪水的出现频次进行分析,结果显示1987年后洪水量级、洪水频次呈增加的变化趋势.通过20世纪90年代以来灾害性洪水出现的频次、灾害损失的变化比较分析,90年代以来灾害性洪水尤其是灾害性暴雨洪水和突发性洪水呈现增加的态势,1987—2000年的灾害损失与1950—1986年相比增加了30倍.     

Forecast of water level and ice jam thickness using the back propagation neural network and support vector machine methods

Ice jams can sometimes occur in high latitude rivers during winter and the resulting water level rise may generate costly and dangerous flooding such as the recent ice jam flooding in the Nechako River in downtown Prince George in Canada. Thus, the forecast of water level and ice jam thickness is of great importance. This study compares three methods to simulate and forecast water level and ice jam thickness based on field observations of river ice jams in the Quyu Reach of the Yellow River in China. More specifically, simulation results generated by the traditional multi-variant regressional method are compared to those of the back propagation neural network and the support vector machine methods. The forecast of ice jam thickness and water level under ice jammed condition have been conducted in two different approaches, 1) simulation of water level and ice jam thickness in the second half of the period of measurement using models developed based on data gained during the first half of the period of measurement, 2) simulation of water level and ice jam thickness at the downstream cross sections using models developed based on data gained at the upstream cross sections. For this reason, as the results of simulation and field observations indicated, the back propagation neural network method and the support vector machine method are superior in terms of accuracy to the multi-variant regressional method.     

新疆额尔齐斯河南湾水文站开河规律探讨及武开河成因分析

1997年3月29日额尔齐斯河南湾水文站发生了有记录资料（1985年12月至今）以来唯一一次特殊“武开河”解冻冰情现象,冰情极其特殊且影响后果严重,有必要全面分析其特殊冰情现象、特征及其影响因素。利用“1997·3·29”推冰前后的实测冰情、气温、水位等资料,对特殊“武开河”推冰现象、特征及其主要影响因素进行分析,结果显示：相较于其他年份解冻期气温缓慢稳定上升,这次“武开河”推冰现象发生前气温偏低;受气温转正时间短,气温偏低和冰厚较厚因素制约,“武开河”冰情发生前整个河流断面无推冰迹象,岸边无融冰,只有冰上流水现象;上游开河略早,来水量增加迅猛。“武开河”发生与最大冰厚间无必然因果关系,但上游来水量的急剧增加,水位快速上涨对于“武开河”解冻冰情现象的发生起了决定性作用。新疆阿勒泰地区发生冰凌溃坝型洪水的风险较低,对冰凌灾害的研究与预防方面应主要加强对推冰现象及过程的研究与预警方面。     

近30 a气温变化对黄河下游凌情影响分析

根据1951－1998年黄河下游代表站冬季气温资料，统计分析了近30a平均气温和气温过程变化特点及其对凌情的影响，并在分析负气温演变特点及其与凌情关系的基础上，建立了气温－凌情关系式，同时利用70年代以来气温、凌情资料，计算分析了气温变化和其它因素对凌情的影响。     

冰塞水位分析

高纬度地区河流冬季常形成冰塞,冰塞堵塞过流断面,使湿周增加,致上游水位升高,常因此产生凌洪灾害,冰塞的解体、溃决又常使下游产生灾害。冰期水位是冰塞演变和发展的重要结果之一,对于防灾减灾具有重要的参考价值。依据实验室资料和黄河河曲段的实测资料,针对直道和弯槽,对比分析了不同冰流量、不同初始水深和流速时模拟冰塞和天然河道冰期水位的变化规律。     

基于星载雷达特征参数的黄河冰厚反演及冰储量估算

冰厚是冰凌成因分析及预报的重要基础信息,可为防凌减灾提供重要依据。以黄河内蒙古段包头至头道拐水文站为例,利用Sentinel-1雷达影像结合Sentinel-2光学影像对研究区河冰厚度进行估算,首先对Sentinel-2光学影像进行处理,提取凌汛期前黄河主河道边界;然后对Sentinel-1雷达影像进行处理,提取2个强度信息和4个极化分解参数,分析6个雷达特征参数与河冰厚度的相关性;选择相关性最高的参数,采用统计回归方法建立冰厚反演线性回归模型,模型的调整R²为0.657,验证RMSE为9.82 cm,MRE为13.46%,MAE为8.26 cm;对凌汛期黄河冰厚进行反演,分析冰厚时空变化特征,并估算冰储量,同时讨论了河冰的散射机制。研究证明了主动微波遥感数据在黄河冰厚反演中的可行性,可为黄河内蒙古段防凌减灾提供科学参考。     

黑龙江呼玛段炸药破冰试验研究

黑龙江几乎每年开河期都有不同程度的冰坝发生, 由此引发的洪水泛滥给人们生命财产带来了巨大损失, 而防凌爆破是预防冰坝发生的主要手段之一。为了确保开河期间不发生因冰坝造成的凌汛灾害, 2018年开河前在黑龙江呼玛段实施防凌爆破。通过冰厚、 水深同步测量的冰水情数据分析, 找到河道狭窄、 流速缓慢的地方为冰坝潜在发生的位置, 采取针对性的爆破。分析了爆破坑实测直径与炸药用量、 冰厚、 水深间的关系, 并将爆破后呼玛段测量数据带入本项目组提出的爆破坑半径计算新公式中, 计算值和实测值较为接近, 可为北方高寒区河流冰下爆破提供参考。     

Hydrological hazards at mouths of the Northern Dvina and the Pechora rivers,Russian Federation

The article presents results of long-term monitoring, detailed studies and numerical simulation of hydrological hazards at the mouths of the Northern Dvina and the Pechora rivers. The Northern Dvina River discharges into the White Sea and the Pechora River flows into the Barents Sea. They are major rivers in northern European Russia. The main hydrological hazards at the mouths of these rivers include dangerous ice phenomena, inundations from both pure maximum stream flow and peak discharges with ice jams, surge-induced flooding, wind-induced down-surges, low-water periods and seawater intrusion into the delta branches. These hazards repeatedly caused significant socioeconomic loss and environmental damage to the riparian areas. Causes and characteristics of hydrological hazards have been evaluated and considered with respect to features, pattern and factors of their long-term, seasonal and spatial variability using statistic methods, remote sensing data and numerical simulation. Furthermore, the impact of regional climate change and economic activities is discussed. As a result, detailed information about the Northern Dvina river mouth is presented. It included the structure and the efficiency of measure for preventing ice jam formation and protecting from river discharge, ice jam and surge-induced inundations. The article also included fundamental and updated data on the structure, parameters and hydrological regime of the Northern Dvina and the Pechora river mouths and specifics of their changes in the twentieth and early twenty-first centuries.     

黄河下游凌情特征及变化

黄河下游冰情的基本特点和规律是:冬季有的年份封冻,有的年份不封冻;下游下段河道流凌封冻日期早,融冰、开河日期晚,封冻历时长,冰盖厚冰质坚;上段河道流凌封冻日期晚,融冰、开河日期早,封冻历时短,冰盖薄冰质酥。冰凌洪水特点是流量小,水位高且上涨快;凌峰流量自上而下沿程逐渐增大。近20年来,由于黄河下游河道水量大幅度减少,甚至发生连年断流,冬季气温持续偏高,加上水库调度等因素的共同影响,引起了凌情的相应变化。这些变化主要表现为:封开河日期提前,封河长度缩短、封冻冰量和槽蓄水量减少,冰塞冰坝发生次数减少,不封冻年频率增加等。