洪湖分蓄洪区洪水淹没风险动态识别与可能损失评估

全球气候变化和社会经济快速发展,使长江流域面临越来越严重的防洪压力．在长江流域开展洪水淹没风险识别与洪水损失评估工作,对于长江流域洪水风险管理具有重大意义．本项研究以洪湖分蓄洪区为案例,采用基于GIS栅格数据整合于Arcview3．x的二维水文-水动力学模型进行洪水淹没风险动态识别,并且根据土地利用分类及其单位面积价值,建立洪水淹没损失函数,进行洪水淹没动态损失评估,建立了东洪湖分蓄洪区洪水淹没动态损失数据库,为东洪湖分蓄洪区的合理利用提供定量科学依据．洪水淹没动态风险识别基于数字高程模型进行,采用修正的1998年夏季洪水水位-时间水文过程线对模型参数进行调整,并以地面糙率反映不同地表覆盖形态对洪水演进过程的影响．     

考虑采砂影响的鄱阳湖丰水期悬浮泥沙浓度模拟

针对受采砂活动影响显著的鄱阳湖高浑浊水体,结合数值模拟和遥感技术,利用已有的鄱阳湖采砂区遥感监测结果,在构建的鄱阳湖水动力-悬浮泥沙输移模型中添加泥沙点源,对2011年7月1-31日采砂影响下的鄱阳湖丰水期悬浮泥沙浓度进行数值模拟.利用悬浮泥沙浓度实测数据和MODIS影像反演结果对模拟结果的有效验证表明,考虑采砂影响后,悬浮泥沙浓度模拟值与实测值具有强相关关系,确定性系数为0.831,均方根误差为15.5 mg/L,悬浮泥沙浓度空间分布趋势与遥感反演结果基本一致.模拟结果显示,采砂活动对鄱阳湖南部主湖区、河流入湖口影响较小,其主要影响由南向北,经棠荫以西和松门山岛以北航道、入江水道延伸到湖口区域,是鄱阳湖北湖区高浑浊水体形成的重要原因.     

基于生境-生物一体化视角的鄱阳湖草洲景观连通度研究

分析景观连通度动态变化特征是研究景观生态过程的重要途径,也是维持区域生物多样性的重要手段。本文以鄱阳湖草洲为研究对象,立足于影响景观连通度的生境（水位变化）与生物（物种扩散）一体化视角,在识别不同水位梯度下草洲生境范围和斑块组成的基础上,利用景观格局指数分析不同水位梯度下草洲景观结构连通度的变化特征,通过基于图论的景观连通度方法对草洲景观功能连通度分别进行不同水位梯度和不同扩散距离下的情景模拟,并剖析景观结构连通度与功能连通度的相关关系。结果表明：（1）鄱阳湖草洲呈现“水落滩出、水进草退”的景观特征,草洲生境同时面临水体的淹没效应和分割效应。随着水位的增加,草洲分布范围不断缩小,大斑块破碎与小斑块消失并存。（2）从水位变化过程来看,随着水位的增加,草洲斑块的面积不断萎缩、形状趋于简单、密度减小、破碎化程度加剧,草洲景观结构连通度下降。此外,随着水位的增加,草洲斑块在生态功能上的链接数减少、难以连接的独立组分增加、连接的可能性降低,草洲景观功能连通度降低。（3）从物种扩散过程来看,物种扩散距离对草洲景观功能连通度具有绝对正向作用,随着扩散距离的增加,草洲景观功能连通度显著增大。（4）相关...     

遥感影像空间分辨率变化对湖泊水体提取精度的影响

湖泊面积是表征湖泊水情变化的重要指示因子,如何从不同空间分辨率遥感数据中获取客观准确的水面信息,是当前遥感应用研究中的难点问题.本文以鄱阳湖为例,通过选用丰水期和枯水期代表性Landsat ETM+遥感影像,采用最邻近法(NN)和像元聚合法(PA)两种重采样方法,分别获取分辨率逐渐降低的不同分辨率的影像数据,结合归一化差异水指数法研究水域面积随遥感影像分辨率降低的变化趋势及其误差变化特征,同时深入分析不同影响因素对水体提取精度的差异.研究结果表明:(1)空间分辨率是影响鄱阳湖水体提取精度的重要因素之一,随着遥感影像空间分辨率的降低,提取水域面积的精度相对30 m分辨率时呈逐渐降低的趋势,但整体精度较高,最低精度在67.64%以上;(2)NN重采样方法对遥感影像波段亮度值的均值影响不大,但PA重采样后影像的均值和标准差随分辨率逐渐降低且变化更有规律;(3)水体阈值在PA重采样后变化较大,NN重采样后变化较小,因而采用30 m分辨率时获取的阈值提取PA重采样后鄱阳湖水体误差较大,提取NN重采样后的湖泊水体误差较小.本研究结果对于全球变化影响下湖泊水体信息遥感精确提取具有重要的参考价值.     

1987—2022年新安江水库(千岛湖)水面面积时空变化及其与水位、蓄水量的响应关系

水面面积、水位、蓄水量是水库水资源管理的重要基础数据,遥感是湖库水体提取、水位和蓄水量估算的重要技术手段。由于不同水体提取方法的适用性差异、测高卫星数据的有限时间覆盖度和开源数据集的时空分辨率不足等原因,湖库水面面积、水位、蓄水量的长时序、高频率时空变化监测仍存在一定挑战。本研究以新安江水库为研究区,结合多源遥感、气象、水文和土地利用等数据,基于Google Earth Engine云平台,运用水体指数法,分析1987—2022年新安江水库水面面积时空变化特征,构建水位-水面面积、水位-蓄水量和水面面积-蓄水量响应关系,探究水面面积时空变化成因。结果表明:(1) Landsat 5、Landsat 8和哨兵2号数据的最佳水体提取指数分别为AWEI_sh和GNDWI,F1-score分别为91.93%、91.03%和93.14%。相比于开放数据集GSWED(32.61%)、JRC GSW(76.17%)和ReaLSAT(69.76%),基于最优水体指数的水体提取结果具有最高的F1-score(91.26%);(2)时间上,1987—2022年新安江水库水面面积呈显著上升趋势(R²=0.20,P=0.01),总体增长速率为0.96 km²/a;空间上,永久性水体(淹没频率大于75%)面积占比为73.44%,主要分布在湖心等水体开阔区域;季节性水体(淹没频率＞25%且≤75%)面积占比为10.17%,主要分布在湖汊区域;(3)三次多项式函数可以较好地模拟新安江水库水位-水面面积、水位-蓄水量和水面面积-蓄水量的响应关系;(4)千岛湖流域上游降水和人类活动导致的土地利用变化是影响新安江水库水面面积动态变化的主要因素。     

基于GIS/RS的洪湖东分洪区洪水风险制图

本文计算了洪湖东分洪区洪灾损失.洪水风险带以模拟的洪水淹没深度表示.这是洪水风险综合评价模型的基础.本项研究基于GIS为基础的水动力模型计算洪水淹没深度;并以GIS/RS为基础建立了单位洪水风险评价模型,计算不同洪水风险带的直接损失.研究表明,综合洪水风险评价模型在长江流域应用是可行的.     

ArcGIS三维可视技术在山区水库库盘选址中的应用

介绍了利用ArcGIS系统的三维分析模块实现山区水库项目选址的三维可视化。基于GIS、航测、水工设计等基础资料,通过多个软件工具处理数据,在ArcGIS系统下整合与分析。最终实现了库区的三维地形漫游、水库蓄水、淹没等三维动态过程,为论证工程规模与工程选址提供决策依据。     

河流支流入汇口处水利工程防洪设计水位研究:以珠江流域西江桂平航运枢纽为例

修建在河流支流入汇口处的水利工程,同时受干、支流洪水共同作用,其防洪水位不但与洪水组合特性有关,还与洪水、水利工程行洪的耦合关系有关.已有采用设计洪水重现期对应的特征洪水组合,或者直接采用经验洪水组合进行调洪计算得到防洪设计水位的方法无法有效反映洪水与水利工程的相互作用.本文结合防洪标准的本质,利用Copula-蒙特卡罗模拟方法对修建在支流入汇口处的水利工程的防洪设计水位进行计算,并以珠江流域西江支流郁江广西桂平航运枢纽水闸为例展开研究.结果表明:Copula-蒙特卡罗模拟方法可以有效考虑干、支流洪水组合特性及其与水利工程行洪的耦合关系,以其计算得到的防洪设计水位唯一且可保证达到防洪标准的要求,可有效克服利用洪水重现期确定防洪设计水位存在的不确定性;在干、支流洪水共同作用下,以设计洪水重现期的不同特征组合计算得到的防洪设计水位相差非常大,且与达到防洪标准要求的防洪设计水位相比完全偏离了合理的误差范围,不宜以设计洪水重现期确定防洪设计水位;利用经验洪水组合计算难以合理反映不同工程的洪水及工程特性.研究成果可为修建在支流入汇口处受干、支流洪水共同影响的水利工程防洪设计提供更合理的理论依据和思路.     

离散型湖泊水体提取方法精度对比分析

基于卫星遥感的陆地水体提取方法多种多样,并且应用广泛.对于水体分布支离破碎的枯水期湖泊,准确的水体提取方法尚不明晰,直接影响湖泊水域面积的提取精度.以鄱阳湖湖区为研究对象,利用ALOS遥感影像,以2.5 m高分辨率全色波段融合影像非监督分类(ISODATA)得到的水体面积为参考值,分别使用归一化水体指数(NDWI)法、NDWIISODATA法和基于近红外(NIR)的ISODATA法提取了10 m分辨率的水体分布,分析了不同方法提取结果之间的差异性及产生原因.结果表明:3种方法均可以较好地提取出水体,但利用ISODATA法提取的水体细部信息更为明显,面积值较NDWI法更大;相对于近红外单波段而言,基于NDWI图像的ISODATA法提取水体的精度更高.纵观3种方法,基于NDWI图像的ISODATA法提取的水体精度最高,基于近红外波段的ISODATA法提取结果次之,NDWI阈值法的提取效果最差.研究结果对于离散型湖泊水体提取方法及数据源的选择等具有重要的借鉴和参考意义.     

基于OpenGIS和数字地球平台的地震应急遥感震害信息发布系统研究

破坏性地震发生后, 利用获取的灾区遥感影像资料进行灾情判断, 可以为地震应急和救援指挥决策提供重要依据。 通常, 遥感影像要经过复杂的制图、 传输、 打印等才能提供给应急指挥部门, 降低了实效性。 数字地球显示平台不但操作简单, 而且信息显示丰富。 本文提出利用遵循OpenGIS软件规范的开源WebGIS服务器和开源数字地球客户端构建地震应急遥感震害信息发布系统的解决方案, 并以2012年云南昭通彝良地震为例, 实现了GIS数据和遥感影像的在线发布和三维显示, 结果显著提高了地震应急遥感震害信息的浏览显示效果, 为应急灾情判断提供了有用的工具, 在地震应急救援工作中具有重要的应用潜力。     

Floods and flood management in Pakistan

Flooding is the most devastating natural hazard in Pakistan and the recent flooding has demonstrated its severeness. Floods are common throughout the country. However, their characteristics differ from region to region. Flooding behavior of the major basins and flood management at the national level are investigated in this article. Monsoon rainfalls are the main source of floods in the Indus Basin, while Mediterranean Waves and Cyclones, which are generated over the Arabian Sea, induce flooding in the Kharan Basin and the Makran Coastal Area. Fluvial floods in the Indus Basin have caused major economic losses. Pakistan’s government has spent vast resources on relief operations and flood works since the country came into existence in 1947. A number of provincial and federal acts, ordinances, accords, and treaties shape the national flood policy. Institutional setup for flood hazard and crisis management has evolved over the years. Nevertheless, data show no major reduction in the flood-to-damage ratio. The inter-linkage of structural and non-structural measures and their combined efficiency must be analyzed and optimized for more effective flood management.     

洞庭湖水面面积与城陵矶水位之间的绳套关系

洞庭湖是我国第二大淡水湖,与长江连通,在防洪抗旱和湿地生态保护等方面具有重要的现实意义.采用Terra/MODIS L1B遥感数据,提取了2000-2012年洞庭湖水面面积,结合同期城陵矶水位观测数据,建立了城陵矶水位与洞庭湖水面面积的绳套关系曲线.分析结果表明:2000-2012年间,洞庭湖水面面积呈现总体减少的趋势;在季节上表现为规律性的涨落,具有明显的涨(4-6月)-丰(7-9月)-退(10-12月)-枯(1-3月)的水文特征;在空间格局上表现为由湖体中心向外扩张,随后由外向湖体中心逐渐收缩的变化过程;洞庭湖水面面积与城陵矶水位之间具有较高的相关性,但不同时期的相关系数存在一定的差异:枯水期二者相关性较低,丰水期相关性最高,涨水期和退水期相关性较高;这种差异与各个时期的主导因素不同有关,长江来水对枯水期、丰水期的绳套关系影响较大,其中东洞庭湖最为明显;不论丰水年(2002年)或干旱年(2011年),洞庭湖水面面积变化与城陵矶水位之间的相关性均较高.研究结果对于深入认识江湖关系的宏观复杂性、长江中下游地区以及洞庭湖水域洪涝灾害的预防和治理都具有积极的意义.     

Monitoring the impact of backflow and dredging on water clarity using MODIS images of Poyang Lake,China

Backflow from the Yangtze River to Poyang Lake occurs frequently due to their different flood seasons. Based on the reasons for and time period of backflow, this study estimated the spatial‐temporal extent and the change of water clarity influenced by sediments within the backflow and northern Poyang Lake using time‐series Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) images. The results revealed that the sediments from backflows together with dredging activities in the northern Poyang Lake not only affected the northern Poyang Lake, but also influenced the central and southern Poyang Lake and the Poyang Lake national nature reserve, and resulted in great decline of water clarity in the regions influenced, which could seriously affect the lake ecosystem. The results indicated that MODIS images have potential for monitoring the distribution of sediments from backflows and dredging activities. However, the potential is limited because of the frequent cloud cover in the study area and the characteristics of backflow itself. The dredging activity combined with backflows might have great negative impacts on the Poyang Lake ecosystem, and it would be worthwhile to explore the possible impacts in order to develop scientific knowledge to support the decisions, which need to be made by the responsible authorities for deciding how to rationally manage this unique lake ecosystem Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

Assessing spatial likelihood of flooding hazard using naïve Bayes and GIS: a case study in Bowen Basin,Australia

Flooding hazard evaluation is the basis of flooding risk assessment which has significances to natural environment, human life and social economy. This study develops a spatial framework integrating naïve Bayes (NB) and geographic information system (GIS) to assess flooding hazard at regional scale. The methodology was demonstrated in the Bowen Basin in Australia as a case study. The inputs into the framework are five indices: elevation, slope, soil water retention, drainage proximity and density. They were derived from spatial data processed in ArcGIS. NB as a simplified and efficient type of Bayesian methods was used, with the assistance of remotely sensed flood inundation extent in the sampling process, to infer flooding probability on a cell-by-cell basis over the study area. A likelihood-based flooding hazard map was output from the GIS-based framework. The results reveal elevation and slope have more significant impacts on evaluation than other input indices. Area of high likelihood of flooding hazard is mainly located in the west and the southwest where there is a high water channel density, and along the water channels in the east of the study area. High likelihood of flooding hazard covers 45 % of the total area, medium likelihood accounts for about 12 %, low and very low likelihood represents 19 and 24 %, respectively. The results provide baseline information to identify and assess flooding hazard when making adaptation strategies and implementing mitigation measures in future. The framework and methodology developed in the study offer an integrated approach in evaluation of flooding hazard with spatial distributions and indicative uncertainties. It can also be applied to other hazard assessments.     

鄱阳湖拟建水利枢纽工程对洪泛区地下水动力的影响及其生态意义

洪泛湿地是位于水生系统和陆生系统之间的过渡带,在河流和陆地之间的水文生态方面起着纽带作用,受气候变化和人类活动的叠加影响,其水文过程改变很大程度上影响了湿地生态系统循环、结构和功能的稳定。本文以鄱阳湖洪泛区湿地为研究区,应用湖泊水动力和洪泛区地下水数值模型,评估鄱阳湖拟建水利枢纽工程对洪泛区地下水系统的影响。模拟结果表明,拟建水利枢纽工程将会遵循调度方案使得湖泊水位明显提高,但同时导致洪泛区地下水位的整体抬升,且东部主湖区附近的地下水位受到的影响（约1～3 m）要明显强于洪泛区其它区域（约小于1 m）。地下水位的变化同时导致不同典型时期洪泛区地下水流速的减小及地下水流向的改变,表现为枢纽建设后地下水流向的逆转和流速基本小于0.1 m/d。鄱阳湖涨水-丰水期总体为湖水补给洪泛区地下水模式,枯水-退水期主要为地下水补给湖水模式,但水利枢纽可能导致洪泛区地下水系统水均衡状态发生转变,影响了地下水系统的补给和排泄状态,最终形成了长期稳定的湖泊补给地下水的作用模式。从地下水-生态系统响应变化的角度分析,拟建水利枢纽建设引起的地下水位上升,可能会给湿地生物地球化学元素的迁移转化、植被群落的演变与退...     

湖泊生态水位计算新方法与应用

水位是湖泊水文情势的主要特征指标,对湖泊的水量、水质和生物的栖息地等有直接或间接的影响,被认为是湖泊生态系统健康的关键影响因素.如何确定合理的湖泊水位以保证生态系统健康成为湖泊科学研究的重要科学问题.根据湖泊天然水位情势,从天然水文变化中识别多项反映完整水位过程的指标,构建了湖泊生态水位的计算方法.从湖泊天然水位情势中提取出高、低水位的历时、发生时间和变化率等水位指数来表征其生态水位.该方法弥补了传统湖泊生态水位计算方法仅给出最小生态水位的不足,体现了湖泊生态系统健康对水位过程的要求.基于提出的生态水位计算方法和鄱阳湖都昌水位站1952-2000年共49年的日均监测数据,计算了鄱阳湖的生态水位目标值区间,以期为鄱阳湖水利工程生态调度提供决策依据.     

基于综合指标法的鄱阳湖生态系统健康评价

由于湖泊生态问题日益突出,湖泊生态系统安全状态已经成为人们关注的热点问题,了解湖泊水生态系统的状况并根据湖泊生态系统健康状况开展精准治理和生态修复与保护尤为重要。本文基于对鄱阳湖及其流域生态环境的长期监测数据和资料收集,采用综合指标体系法,从物理形态、水文、水环境、水域生态、湿地生态和社会服务6个方面构建了鄱阳湖生态系统健康评估的指标体系,主要涵盖了湖泊口门状况、“五河”入湖径流变异程度、入湖河流水质达标率等26个指标。依据设置的阈值等级得到鄱阳湖生态系统健康评价各层次健康状况等级,通过对各湖泊生态系统各指标得分进行加权计算,得出生态系统健康评估准则层和目标层的得分,最终对鄱阳湖生态系统健康进行了客观的评价。结果表明,构建的湖泊生态系统健康评价体系针对性强、科学全面、具有可操作性,可为鄱阳湖及类似通江湖泊的生态系统健康评价提供案例和方法借鉴。评价结果表明鄱阳湖健康体征状况目标层得分为73.45分,评价结果为亚健康,鄱阳湖水生态系统健康主要受泄流能力、水文节律变化、富营养化程度和物种多样性的影响。最后根据鄱阳湖的水生态系统健康评分等级探讨了鄱阳湖水生态系统中亟需解决的问题,针对性地提出了...     

鄱阳湖典型洪泛区地下水数值模拟研究

受地表河湖系统水情变化干扰,高度动态和异质性的洪泛区地下水文对河湖水资源、水污染以及生态环境功能等方面具有重要影响和贡献。鄱阳湖洪泛区湿地在长江中下游具有重要区位优势和研究特色,但变化环境下其水动力特征和水量交换情况等仍存在许多不确定性。本文以鄱阳湖典型洪泛区为研究区,采用地下水流二维数值模型,开展了洪泛区地表地下水转化作用与水量变化的模拟研究。结果表明,鄱阳湖季节性水位变化很大程度上决定了主湖区与周边地下水之间的动态补排模式,即洪泛区地下水补给湖泊主要发生在枯水和退水时期,而湖泊补给地下水主要发生在涨水和高洪水位时期。一般情况下,整个洪泛区地下水位与湖水位的年内变化态势基本一致,主湖区附近的地下水位年内变幅较大,而大部分洪泛区的地下水位变幅相对较小。北部地下水流速明显大于南部,主湖区附近地下水流速明显大于洪泛区,地下水流速基本小于1～2 m/d。水均衡分析发现,洪泛区地下水系统以接受降雨输入（52%）和主湖区补给（39%）为主,以地下水蒸发输出（72%）和向湖排泄（24%）为主,但补给主要发生在春、夏季,而排泄则发生在秋、冬季。地形地貌对洪泛区地下水位分布以及流速场演化具有主控作用,...     

鄱阳湖水利枢纽工程对湖泊水位变化影响的模拟

水位变化是影响湖泊水文过程和生态环境的重要因素.本研究基于环境流体动力学(EFDC)模型构建了鄱阳湖水利枢纽工程与主湖区的二维模型,模拟水利枢纽工程运行后对主湖区及湿地保护区水位变化节律的影响.模拟结果表明:水利枢纽工程对湖泊水位的影响由北向南逐渐减小,水利枢纽工程提升了大湖北部水位,使南北水位差减小,将影响鄱阳湖枯水期的流速及自净能力.吴城和南矶湿地自然保护区核心区水位变化受水利枢纽工程的影响较小,吴城自然保护区核心区在水位低于13.8 m时与大湖脱离,不再受水利枢纽工程影响,但水利枢纽工程会影响蚌湖与大湖脱离时间;南矶自然保护区位于鄱阳湖南部,水位受水利枢纽工程影响很小.水利枢纽工程条件下,湖泊水位受人工控制,枯水年和平水年湖泊水位的变化基本一致;枯水年水利枢纽工程对湖泊水位的影响大于平水年,但对湖泊南部的水位变化影响仍然较小.模型模拟结果可以揭示在目前调度方案下,水利枢纽工程对湖泊水位变化节律的影响规律,为工程建设提供一定的理论参考.     

全球大陆末次盛冰期气候和植被研究进展

略述了鄱阳湖围垦的简要历史和现状,分析了近５０年来洪水水位的演变趋势,指出围垦使鄱阳湖面积和容积缩小,调蓄功能衰退,以致水情不断恶化,洪峰水位逐渐上升,高水位的出现频率明显加大,致灾洪水越来越频繁,在此基础上,将围垦对洪水位的影响进行了分析计算,得出了各典型年洪水在不同围垦背景下的围垦效应值。