基于FloodArea模型的洪安涧河流域暴雨洪涝灾害风险区划

为直观反映暴雨洪涝灾害的淹没情景,及时有效地提供流域内的暴雨洪涝风险区划信息,采用洪安涧河流域气象站历史降水序列,结合致灾临界面雨量阈值和历史灾情数据,使用广义极值分布函数等,确定了不同重现期的致洪面雨量,采用FloodArea水文模型推演了洪水淹没的情景,并结合承灾体绘制了流域在不同重现期下的暴雨洪涝灾害风险区划图,提取了不同重现期和不同淹没深度下承灾体的受灾信息。结果表明:随着淹没水深的加深,人口和GDP受灾占比呈阶梯向上变化,而耕地和居民地受灾面积占比均呈明显对数函数关系增长;随着重现期的增大,流域洪涝灾害的危险程度逐渐加重,较高风险区分布在河道及中下游河道两侧蔓延处等区域,承灾体在低风险区的受灾占比最大(超过80%),极高风险区占比次之,中、高风险区占比最小。     

未来中国地区的暴雨洪涝灾害风险预估

利用耦合模式比较计划第5阶段(CMIP5)17个全球气候模式的模拟结果和SSPs社会经济预估数据对RCP4.5和RCP8.5排放情景下中国地区21世纪暴雨洪涝灾害风险的可能变化进行分析。结果表明:21世纪末,极端强降水事件将增加,且极端降水的强度和频率也将增强;暴雨洪涝风险可能随时间呈增加趋势,RCP8.5高排放情景下100 a重现期的洪涝风险更为明显;21世纪RCP4.5和RCP8.5情景下10 a和100 a重现期GDP物理暴露度都将增加;RCP4.5情景下,POP物理暴露度随时间的推移呈先增长后减小趋势,RCP8.5情景下则持续增长。区域分布来看,未来暴雨洪涝风险较高的地区集中在中国中东部及沿海地区,相对于1961—2005年基准期,低风险区面积将缩小,中高以上风险区(Ⅳ和Ⅴ级)面积不断扩大,尤其是高风险区(Ⅴ级)面积扩大更加明显。21世纪,10 a重现期暴雨洪涝灾害中高以上风险区域(Ⅳ和Ⅴ级)面积在RCP4.5情景下随时间多呈先增加后减小的趋势,在RCP8.5情景下不断增大;100 a重现期中高以上风险区域面积在2个排放情景下都呈不断增加趋势。     

气侯变化背景下黑河上游春季融雪洪水预估研究

气候变暖将导致高山区冰冻圈加剧融化,一方面融水资源时空分布的不确定性增大;另一方面,融水洪水灾害发生的频度和强度也将发生改变。基于气象、水文数据和MODIS积雪覆盖数据,利用融雪径流模型(SRM),对1990—2012年共23年祁连山黑河札马什克控制区融雪期径流进行模拟与验证。结果表明：SRM在该流域具有较高的模拟精度（纳什系数为0.91),可用于分析和预估控制区径流强度变化。为此,采用黑河流域气温、降水降尺度数据,预估了未来气候变化背景下积雪范围变化及不同重现期洪水变化趋势。结果显示,与基准期相比,在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,最大积雪范围可减小3%~7%,且随着海拔升高,变化愈剧烈。RCP2.6情景下因气温和降水变化幅度较小,到21世纪末各重现期洪水强度保持在10%以内波动;RCP4.5情景下,各重现期洪水强度最高增大约20%;在RCP8.5情景下,各重现期洪水强度最高可增大超30%。相关分析结果显示,不同重现期洪水径流与气温和降水均具有较强相关性：重现期越长,洪峰与气温的相关性越大;重现期越短,洪峰与降水的相关性越大。通过预估气候变化背景下的融雪性洪水事件强度及重现期变化,有助于有效开展区域洪水风险管理、提高洪水资源的利用价值。     

基于芝加哥法的柳州市设计暴雨雨型研究

利用柳州国家气象观测站1975~2014年共40a的逐分钟降雨过程资料,采用芝加哥法分析研究柳州市区设计暴雨雨型。结果表明:各重现期下柳州相同降雨历时设计暴雨雨型的形态一致,各短历时雨型大体呈单峰型;各短历时设计暴雨雨型雨峰位置基本处于整场降雨过程的1/3分位,降雨强度随着重现期的延长而增大;相同重现期下雨峰处降雨强度值随历时的增加呈现"减小—增大—减小"的波动趋势且历时120min的雨峰峰值最大。     

辽宁省降雨变化对海绵城市低影响开发雨水系统建设的影响

利用辽宁省50个气象站1956—2016年逐日降雨量资料,分析了辽宁省海绵城市低影响开发雨水系统建设首要控制目标——年径流总量控制率的分区、分区与降雨的关系,同时分析了降雨的变化特征,并研究了降雨变化对年径流总量控制率分区稳定性的影响。结果表明:辽宁省在1956—2016年、1956—1985年、1987—2016年3个时段的年径流总量控制率的分区整体呈现辽宁西部、东北部为II区,辽宁省中部、东部和沿海地区为III区,东港周围地区为V区,其余地区为IV区。其差异主要集中在辽宁省中部和东北部地区;辽宁省年径流总量控制率分区的设计降雨量(分区等级)与暴雨比例、中雨比例和暴雨总量关系密切,相关系数大部分通过0.01显著性检验,占总站点的78%,但与大雨总量基本无关;年径流总量控制率的分区受降雨变化影响而存在不稳定区域,主要分布在辽宁的中部、西部、北部以及丹东的南部(丹东和东港),其中,分区变更次数达到5次以上(含5次)的地区,建议年径流总量控制率分区选择出现过的最高等级,其余分区变更次数的地区的分区等级可选取出现频率最高的等级;因辽宁省的降雨存在10 a左右的周期变化,建议在海绵城市低影响开发雨水系统建设中以年径流总量控制率及其对应的设计降雨量为参考的设计参数每10 a进行一次修订。     

基于SWAT模型模拟的未来气候变化对洪湖流域水资源影响研究

利用SWAT模型和IPCC第五次评估报告中全球气候模式BCC-CSM 1.1数据,对未来气候变化RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 8.5共3种典型排放情景对洪湖流域水资源的影响进行了模拟研究。结果表明:SWAT模型对洪湖流域供水资源模拟的适用性较好,洪湖流域在未来RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 8.5排放情景下的温度增幅分别为1.4℃、1.9℃和2.4℃,降水变率分别为-3.20%、7.60%和7.90%。SWAT模型模拟结果表明,未来3种情景下随着温度上升洪湖流域实际蒸散发量均略增加,径流受降水影响显著且变化不同,RCP 4.5和RCP 8.5情景下地表径流及地下径流均增加,RCP 8.5情景比RCP4.5情景下地表径流增加多;且各种重现期的洪峰流量和洪水发生频次均增加,RCP 2.6情景下地表径流和地下径流减少。3种情景下径流变异系数较基准期均略增大,说明洪湖流域发生干旱和洪涝的可能性增大,水资源可控性和利用率降低。     

乌江流域极端降水时空分布特征及重现期分析

基于1960—2016年乌江流域41个气象站的逐日降水观测资料,利用线性倾向估计、滑动平均、累积距平等方法计算趋势系数和气候趋势,分析了研究时段内乌江流域年暴雨等级面雨量、年平均最大日降水量、年平均极端持续强降水次数和对应降水量的时空分布特征,分析表明:(1)乌江流域年暴雨等级面雨量和日数呈显著增加趋势(均通过α=0.05显著性水平检验),而暴雨强度呈不显著性增加趋势;5—10月各旬暴雨等级面雨量及日数变化基本一致,5月中旬至8月上旬呈单峰型分布,暴雨强度呈波动增减分布。(2)近57 a乌江流域年平均最大日降水量年代际变化比较明显。(3)乌江流域发生极端持续强降水年平均次数呈不显著的减少趋势,但极端持续强降水量呈不显著的增加趋势。采用耿贝尔极值Ⅰ型分布法计算了乌江流域5个代表站不同重现期日最大降水量值,发现不同站点日极端最大降水量重现期水平差异明显,重现期时间尺度存在临界点,约为50 a。     

兰州市暴雨强度公式拟合方法研究

本文基于兰州市国家基本气象站1960~2014年降雨资料,通过直接拟合、耿贝尔分布、皮尔逊-Ⅲ型分布研究兰州市暴雨强度公式。选用芝加哥雨型来研究兰州市雨峰系数,结合暴雨强度公式确定短历时暴雨雨型。结果表明:(1)皮尔逊-Ⅲ型分布要优于耿贝尔分布和直接拟合,其调整后的兰州市暴雨公式中1年雨力参数A1为5.532mm/min,重现期调整参数c为3.198,降雨历时偏移参数b为14.92min,n为0.942,平均绝对均方差为0.036mm/min;(2)皮尔逊-Ⅲ分布能够满足不同的降雨历时以及更久的重现期。降雨历时小于90min或者重现期大于20年的暴雨模拟精确度更高,重现期在2~20a的暴雨平均绝对均方差最小为0.03mm/min。      

汉中市暴雨强度公式推算与适用性分析

汉中市原暴雨强度公式为利用1980年前资料推算所得,为科学、合理地制定汉中城市总体规划、排水专业规划和排水防涝工程设计,有必要推算满足现阶段设计需求的暴雨强度公式。利用汉中1961—2013年逐年逐分钟降水资料,采用多种算法得到皮尔逊Ⅲ型分布曲线拟合,应用最小二乘法求参推算的暴雨强度公式,精度满足《室外排水设计规范》要求。暴雨强度的皮尔逊Ⅲ型频率分布表明,暴雨历时越短暴雨强度越大,重现期越短暴雨强度越小,长历时降水强度的相对变幅比短历时更大,低重现期降水强度的相对变幅比高重现期更大。适用性分析表明：原公式计算的暴雨强度均显著小于新公式计算值,而且短历时偏小较多,长历时偏小相对较少;将前后两个时段暴雨强度公式的计算值进行对比发现,随着历时缩短,在一定重现期下,1981—2013年比1961—1980年暴雨强度增强,反之随着历时延长,暴雨强度减弱;2014—2019年暴雨强度统计值小于新公式推算值 ,但大于原公式的强度。总体上,新的暴雨强度公式具有较好的适用性和安全性。     

四川省干旱损失风险分析

利用四川省1961—2019年的气象观测资料及1991—2019年各县旱情资料,采用信息扩散方法分析了10a、50a一遇干旱的持续天数、经济损失率、人口受旱率和农作物受旱率的空间分布,并采用基于广义帕累托分布(GDP)的极值(POT)模型分析了四川7个干旱气候区,在不同置信水平下可能造成的最大经济损失率(PML)。结果表明:(1)10a重现期干旱持续天数,盆东北、盆中以及盆地西部山区相对较少在60～80d,攀西地区西部、盆地南部、龙泉山脉相对较多在100d以上;50a重现期干旱持续天数,盆地嘉陵江、涪江流域、都江堰灌区、甘孜州中部以及川西高原西北部相对较少在90～120d,攀西地区、甘孜州西南部和中部、盆地南部等局部地区在150d以上。(2)10a和50a重现期农作物受旱率,川西高原北部、盆东北和盆中均偏高,分别大于60%和90%;攀西地区和成都平原等地区相对偏低,均小于60%。(3)10a和50a重现期人口受旱率川西高原和盆地东北部、中部和南部分别在60%和80%以上。(4)10a和50a重现期干旱经济损失率,攀西地区、盆地西部(成德绵、雅乐眉)和南部(宜宾、自贡)均偏小,分别在3%和5%以下;盆东北、盆中和川西高原均相对而言偏高,其中盆东北局地、甘孜州西北部分别大于10%和20%。(5)在不同置信水平下,IV区(盆地东北部)和V区(甘孜州北部和阿坝州中西部)的PML相差较大且明显高于其它5区,最大分别为28.5%和38.6%;VII区(甘孜州南部和攀西地区北部)的PML在不同置信水平下相差最小且均小于其它区域,最小为3.1%;I区(成都平原区)的PML在不同置信水平下均处于偏小位置且整体相差不大。     

气象水文模型耦合研究及在西苕溪流域的模拟试验

为了提高洪水预报的精度,延长洪水预见期,利用WRF模式和HEC-HMS水文模型对太湖西苕溪流域2009年8月的一次典型暴雨洪水过程进行了降雨模拟和流量耦合预报,并与实测降雨和径流过程进行了对比分析。(1) WRF模式能够较好模拟出位于天目山的强降水中心,位置较实况略偏北;预报子流域面雨量时空分布与实况较一致,定量检验合格率达50%左右。(2) HEC-HMS模型对西苕溪流域日径流过程和场降雨洪水过程均有较好的模拟效果,模型参数验证和率定期间,确定性系数、洪峰流量相对误差和峰现时差等指标均小于业务预报许可误差。(3) 采用单向耦合法,将WRF模式(5 km网格)48 h预见期的滚动预报降雨场输入HEC-HMS水文模型进行流量滚动预报,耦合预报结果明显优于不考虑预见期内降雨的传统预报方法,在保证精度的前提下,有效延长了洪水预见期。      

辽宁葫芦岛市新旧暴雨强度公式对比及暴雨雨型分析

根据1973—2014年葫芦岛市分钟降雨资料建立暴雨统计样本,通过对比分析确定采用年最大值法,基于P-Ⅲ型概率分布曲线拟合,推求出新一代暴雨强度公式。对比新、旧暴雨强度公式,5~30 min历时各重现期雨强以旧暴雨强度公式计算结果偏大,新、旧公式计算的45 min历时各重现期雨强基本相当,60~180 min历时各重现期雨强以新暴雨强度公式计算结果较大。在此基础上,开展葫芦岛市短历时暴雨雨型研究。统计确定雨峰位置系数为0.32,采用芝加哥雨型进行短历时暴雨雨型分析,重现期2 a、降雨历时60、90、120、150、180 min的累计降雨量在38.73~66.99 mm,均以初期累计降雨增长较慢,雨峰前后增长速度较快,之后降雨增速明显放缓。     

四川省暴雨过程强度及损失评估方法研究

利用1961—2015年四川省逐日降水资料、典型年份各区县暴雨灾情、GDP、人口和耕地面积资料,采用加权求和法建立基于归一化的过程降水量、最大日降水量和过程持续天数的暴雨综合强度指数及等级标准;基于经济损失率、人口受灾率和作物受灾率指标,采用灰色关联法确定灾害严重程度;利用相关分析法分别建立基于暴雨综合强度指数和基于暴雨灰色关联度的灾害损失评估模型,分析了各地不同重现期暴雨可能造成的经济损失率。结果表明:暴雨综合强度指数能够较好地揭示不同强度等级暴雨的时频和空间分布特征,暴雨过程造成的损失与暴雨综合强度指数和暴雨灰色关联度均显著相关,两种损失评估模型的拟合与试评估效果均较好,5 a一遇暴雨的经济损失率多在3%以下,50 a一遇暴雨的经济损失率多在3%以上,盆地北部和西部山区在5%以上,局地可达7%～9%。     

麻城“7.1”暴雨过程特征及对光伏电站影响分析

通过分析麻城地区的暴雨洪涝灾害情况,结合现场调查,基于气候统计分析方法和极值I型分布理论,研究了2016年6月30日—7月2日麻城"7.1"暴雨过程的降水特征及其对光伏电站的影响,探讨了光伏电站洪涝灾害的成灾机制及防治洪涝灾害的措施。结果表明:1)在西南急流影响下,"7.1"暴雨过程达到特大暴雨级别,且麻城国家气象站过程降水量为433.1 mm。2)2016年7月1日麻城站日降水量为333.6 mm,历年最大日降水量历史排位第1,推算重现期为367年一遇;2016年6月30日19—22时累计降水量为155.2 mm,历年连续4 h最大降水历史排位第2,推算重现期为51年一遇。3)"7.1"暴雨期间,麻城市处于湖北省五大区域山洪(泥石流)灾害等级预报站点降水临界指标的R3级,极易发生山洪地质灾害。梅雨期的大范围强降水导致短时间内麻城市境内河流水位暴涨,水库超汛限水位,加之水利防洪设施不足,导致严重洪涝灾害,周边某光伏电站被淹,造成巨大经济损失。     

柳州市暴雨强度公式修订研究

根据《室外排水设计规范》(GB50014-2006,2014版)、《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》修订柳州市区暴雨强度公式,选定柳州国家气象站作为代表站,采用年最大值法进行降雨数据采样,采样年限为1995-2014年,挑取最大降水量的时段分为5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180min共11个时段。采用概率型分布指数分布曲线进行拟合调整,进行单一重现期暴雨强度公式拟合,计算重现期区间暴雨强度公式和暴雨强度总公式。     

江西暴雨气候特征及降水极值重现期分析

利用1961—2020年江西省83个国家气象观测站日雨量资料,采用线性倾向估计法、年最大值法以及耿贝尔Ι型极值分布理论,对江西年平均暴雨日数、暴雨降水量、暴雨贡献率、暴雨强度等的变化特征以及不同重现期的降水极值进行了分析.结果表明:1)江西各地年均暴雨日数呈西南向东北递增分布;大部分地区年暴雨日数呈增加趋势,并呈现西部和南部增加略慢,东部和东北部快速增加态势;尤其是江西东北地区既是暴雨高发中心,同时也是暴雨日数增长中心.2)江西各地年平均暴雨降水量和暴雨贡献率均呈东北多、西南少分布;景德镇和上饶为暴雨降水量和暴雨贡献率高值区也是增长中心;赣州北部和吉安南部为暴雨降水量和暴雨贡献率低值区,但呈现明显增长趋势.3)江西各地平均暴雨强度呈现较明显的北部大、南部小的分布特征;暴雨强度呈现西部增强、东部减弱的趋势.4)江西不同重现期的日雨量极值呈现东北大、西南小的分布,高值区主要分布在上饶、景德镇和抚州一带,低值区主要在吉安南部和赣州.     

吉林省单站暴雨特征分析及评估方法

利用吉林省50站1951-2007年逐日降水资料,对暴雨的时空分布规律和气候变化特征进行了分析,对单站暴雨采用等级、序位、异常气候重现期等方法进行了评估.结果表明:吉林省暴雨一般集中出现在7月上旬到8月下旬,且有一半以上的县市暴雨的气候倾向率呈上升的趋势,1980s中期以来,吉林省中东部地区暴雨出现次数处于偏多阶段.对吉林省单站暴雨采用等级、序位、异常气候重现期等方法进行了评估,对2005-2007年吉林省出现的大暴雨进行了试评估.     

气侯变化对东部季风区赣江和官厅流域径流的影响

选取中国东部季风区南方赣江流域和北方官厅流域,基于逐日气象和水文观测数据率定和验证了HBV水文模型,并以国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）中输出要素最多的5个全球气候模式在3种典型浓度路径（RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5）下的预估结果驱动HBV模型,预估了气候变化对21世纪两个流域径流的影响。结果表明：(1) 1961—2017年,赣江和官厅流域年平均气温均呈显著上升趋势,升温速率分别为0.17℃/(10 a)和0.28℃/(10 a);同期,赣江流域降水显著增加,官厅流域降水微弱下降。不同RCP情景下,21世纪两个流域均将持续变暖、降水有所增加,北方官厅流域的气温和降水增幅均大于南方赣江流域。(2) 21世纪,官厅流域年、季径流增幅远大于赣江流域。官厅流域年径流在近期（2020—2039年）、中期（2050—2069年）、末期（2080—2099年）均呈增加趋势,RCP8.5情景下增幅最大、RCP4.5最小。赣江流域在RCP4.5下,近期、中期年径流相对基准期略有减少,但在整个21世纪径流呈上升趋势;RCP2.6和RCP8.5下,21世纪中期以后径流增幅下降。(3) 21世纪,东部季风区北部的官厅流域发生洪涝、南方赣江流域发生干旱的可能性增大,不同RCP情景预估得到相同的结论。     

东津河流域暴雨洪涝灾害风险区划

本文从暴雨致灾机理出发,以东津河流域为例,开展中小河流域暴雨洪涝灾害风险区划技术研究。根据气象资料、水文资料、地理信息资料、社会经济统计资料以及历史灾情资料等,运用TOPMODEL水文模型并结合统计法确定致洪临界面雨量,利用逐步回归法重建区域站资料序列,基于广义极值分布函数计算出不同重现期的致洪面雨量,根据流域内小时降水雨型分布,将不同重现期致洪面雨量以及叠加堤坝信息的DEM、manning系数等数据代人Flood Area模型进行洪水淹没模拟,得到不同重现期下洪水淹没图,再叠加流域内栅格化的人口、GDP以及土地利用信息,最终得到不同重现期下人口、GDP以及土地利用等风险区划图谱。建立的中小河流域暴雨洪涝灾害风险区划技术方法简便可行,区划结果精度高、实用性强,对于面向实时防灾减灾的动态灾害风险管理具有重要意义。     

汕头市新旧暴雨强度公式对比分析

采用汕头国家气象站1980—2014年的年最大雨量资料对汕头市暴雨强度公式进行了修编,并与旧公式对比,结果表明:(1)新公式计算的暴雨强度值总体上大于旧公式,降雨历时越长,重现期越大,则偏大越明显,2～20年重现期平均增大了5.0%。(2)在年平均降雨量变化较平稳的气候背景下,新公式采用的资料年限的最大降水平均值大于旧公式对应资料年限的最大降水平均值,且资料中出现了强降雨样本,导致新公式比旧公式总体上偏大是合理的。(3)汕头市新暴雨强度公式可作为汕头市区室外排水设计的依据。