长三角地区典型海绵设施水文效益试验研究

开展不同海绵设施在中国长三角气候模式下的水文效益研究, 对增强城市应对内涝能力从而提高城市对变化环境的适应性具有重要科学意义。选择国家首批海绵试点城市镇江海绵基地4种典型海绵设施作为研究案例, 采用径流系数、削减率、削峰率及洪峰流量等指标, 评估场次降雨与海绵设施出流相关性, 分析海绵设施在不同降水量级和降雨雨型下的水文性能, 以及运行时间对海绵设施水文效益的影响。结果表明: ①透水铺装类海绵设施的降雨—径流关系呈单一式; 而绿植类则表现为分段式, 即在场次降水量超过一定临界暴雨量之后关系线发生转折, 其中平均径流系数增加了8.4~38.5倍, 平均削峰率和削减率分别减少了50.4%和44.6%。②暴雨条件下不同海绵设施的产流能力和洪峰流量最大, 对径流总量消减能力及洪峰流量削减能力最弱, 且从暴雨到大雨变化规律比大雨到中雨变化规律更显著。③海绵设施的水文性能受到降雨雨型、平均降雨强度和最大单位降雨强度等因子多重复合影响。除雨水花园外, 其他海绵设施的径流系数对上述影响因子变化最为敏感, 洪峰流量次之, 削减率第3, 削峰率的敏感性显著低于前面三者。④车行透水砖运行1 a后, 其产流能力与洪峰流量分别显著增加1.7~2.1倍和1.9~2.5倍; 径流控制能力显著减弱, 其中消减能力降低了16%。     

澜沧江高坝大库物质迁移转化特征及其机制

针对澜沧江高坝大库对物质迁移转化的影响问题, 自主研发了深库智慧采样设备和潜流带动态监测系统, 于2016年、2017年、2018年开展了澜沧江上游1 290 km的9个梯级水库的监测分析, 实现了280 m最大工作水深的垂向分层水样与沉积物样无扰动采集和潜流带水土环境界面的多指标监测。研究发现: 梯级水库促进了水体中生物有效磷、氨氮占比和沉积物中生物有效磷释放的沿程增加;沉积物中甲基汞的分布与泥沙颗粒沉降有关, 受到水力停留时间和库龄的共同调控;温室气体的排放通量因建坝有所提升, 但远低于世界平均水平;潜流带因干湿交替频率和面积的增加, 加强了水库关键带脱氮和温室气体削减效应;水库中微生物群落并未因建坝隔离, 在沿程和垂向上, 水温都是其关键影响因子。     

基于大范围地面墒情监测的鄱阳湖流域农业干旱

以鄱阳湖流域为研究区, 基于2011—2020年22个墒情站的逐日地面墒情监测数据、1956—2020年49个雨量站的日降雨数据及2016—2019年墒情站所在灌区的气象数据, 采用考虑植被生理状态的土壤水分亏缺指数(SWDI)表征农业干旱, 分析不同尺度下墒情、包气带缺水量和降水量的时空分布, 评估SWDI在鄱阳湖流域农业干旱监测中的适用性, 揭示该流域农业干旱时空演变特征及其对气象干旱的响应规律, 初步探讨土壤质地与农业干旱强度的相关性。结果表明: ① SWDI对鄱阳湖流域农业干旱诊断具有较好的适用性; ②近10 a该流域农业干旱呈显著加重趋势, 其中2019—2020年发生流域性重度农业干旱, 且夏、秋、冬连旱, 是近10 a的主导季节性农业干旱, 对水稻、油菜等粮食产量影响显著; ③相较于气象干旱, 农业干旱发生、结束时间分别平均约晚2.5周和3周, 历时长10.1周, 频次更低, 干旱等级更小; ④砂土持水性最差, 易发生特大农业干旱, 黏土、黏壤土保水性最好, 轻旱和中旱发生概率较大, 壤土、砂壤土和壤砂土则介于二者之间。     

黄淮海流域植被覆盖变化对径流的影响

植被是流域水循环过程的重要环境因子之一,植被变化对径流的影响是当前研究的国际前沿和热点问题。以全球变绿最突出的黄淮海流域为研究对象,基于1982-2016年水文气象观测资料及归一化植被指数（NDVI）数据,利用Mann-Kendall等趋势检验方法检测NDVI的时空变化特征。基于Budyko-Fu公式构建黄淮海流域水热耦合模拟模型,分析模拟径流对Budyko-Fu模型参数ω的敏感性;基于参数ω与气候、植被等要素的统计关系,建立利用气候季节性指数和NDVI计算参数ω的经验公式,利用弹性系数法,识别参数ω对NDVI变化的响应,利用复合函数链式求导法则研究NDVI变化对黄淮海流域径流的影响。结果表明:1982-2016年黄淮海流域NDVI呈显著增加趋势;NDVI增加会使模型参数ω增加,进而导致径流量减少;NDVI每增加10%,黄淮海流域径流量平均减少8.3%;植被变化对径流的影响具有显著的空间差异性,气候越干旱、植被条件越差地区的NDVI变化对径流影响越显著。     

1961—2018年中国主要江河枯季径流演变特征与成因

枯季是水旱、水生态和水资源问题的重要时期,枯季径流的变化直接影响着河流生态和流域水资源管理。基于中国网格气象数据和主要江河枯季径流资料,初步分析了1961—2018年中国气候变化趋势和主要江河枯季径流演变特征与成因。结果表明,全国枯季平均气温显著上升,北方地区升温较早,南方地区2001—2018年升温明显。全国约84%的地区枯季降水有增加趋势,其中约42.2%的地区增加显著;全国枯季降水呈现西北、东北和东南显著增加,中部变化不显著格局。黄河中游和海河枯季径流下降显著,2001—2018年黄河中游枯季径流较1961—1980年减少了34%,同时期海河流域枯季径流量减少幅度均超过80%;松花江上游和长江流域枯季径流增加显著,2001—2018年松花江上游枯季径流量增加了约67%,长江流域枯季径流量增加了约16%。枯季降水增加主导了松花江上游、辽河、淮河、长江以及珠江枯季径流的增加;气温的显著上升对黄河中游和海河等地枯季径流有显著负向作用;人类活动是松花江中游、黄河和海河枯季径流下降的主要影响因素。尽管全国枯季降水的增加对于缓解流域生态和水资源问题有积极作用,但人类活动和气温显著上升加速了水资源的消耗,加大了流域水资源脆弱性。     

季轮回中,你在期待什么？

四季轮回中,仿佛所有的人都在期待……     

基于土壤属性的VIC模型基流参数估计框架

"异参同效"现象是水文模型参数率定过程中的一个难题。为了减少需要率定的模型参数个数,从而降低模型参数的相互作用,构建了利用土壤属性直接估计VIC(Variable Infiltration Capacity)模型3个基流参数的框架,并在3个位于不同水文气候条件下的典型流域中作了实例研究。传统的VIC模型参数估计方法需要率定6个参数;而在新的参数估计框架下,需要率定的模型参数从6个减少为3个。蒙特卡罗模拟结果表明新的参数估计框架提高了参数的敏感性。同时,新的参数估计方法模拟的径流过程和之前通过率定得到的径流过程差别很小。GLUE(Generalised Likelihood Uncertainty Estimation)方法分析得到径流模拟的不确定性结果表明:新的参数估计框架计算径流的90%置信区间要明显小于传统方法,而且对于低流量的模拟效果更加明显,也就是说采用新的参数估计框架可以显著降低径流模拟的不确定性。这种基流参数估计方法可以被应用于其他相似的水文模型中。     

中国水文预报技术发展的回顾与思考

回顾了中国水文预报技术的发展历程,阐述了中国水文预报技术从经验相关法、流域水文模型,到预报系统发展的整个过程。较详细地介绍了中国常用的水文预报方法、模型和预报系统,及其各自特点和应用条件等,客观评价了中国水文预报技术的水平,深入分析了高强度人类活动引起的下垫面变化和以全球变暖为主要特征的气候变化对流域产流和汇流机制的影响,分析了变化环境下水文预报面临的问题和挑战。展望了中国水文预报技术的发展方向,指出了中国未来水文预报技术的研究重点。     

基于多时相SAR的IEM和Oh模型地表土壤含水率反演与融合

基于水云模型分析植被后向散射系数的影响,采用考虑组合粗糙度定标的积分方程模型(IEM)与Oh模型,在不利用实测土壤含水率的前提下,建立基于多时相多极化SAR影像的IEM和Oh模型地表土壤含水率反演方法,以2004年5期Walnut Gulch流域ENVISAT-ASAR影像为例,采用加权平均、算术平均两种融合方法对两种模型的3期反演结果进行融合.结果表明:1)流域植被覆盖度低,各地类在植被去除前后的土壤含水率差值多期均值多在0.002 cm3/cm3以下,植被对反演结果的作用不显著;2)基于IEM、Oh模型反演的0720期、0805期、0824期土壤含水率的时空分布较一致,基于IEM模型反演的0714期与0818期土壤含水率较低,基于Oh模型的反演方法受影像极化方式制约,0714期、0818期土壤含水率的空间连续性差;3)基于IEM模型反演结果的均方根误差(RMSE)与偏差(Bias)低于Oh模型,其中0805期土壤含水率存在低估,而Oh模型反演结果在各期存在不同程度高估;4)考虑数据权重的加权平均方法优于算术平均方法,两种方法融合后的RMSE值降低了0.003～0.065 cm3/cm3,0720期、0805期两种方法的融合结果均改进了IEM模型反演结果偏低、Oh模型反演结果偏高的不足.该研究可为基于多时相SAR的多模型/方法土壤含水率反演以及多时相高精度土壤含水率获取提供参考.     

1522号台风外围佛山强龙卷X波段双偏振多普勒雷达反射率因子特征

广东是我国一个龙卷多发地区,近年来该地区发生的龙卷造成了重大人员伤亡和巨大的经济损失。为了开展对龙卷的监测和预警,2015年佛山市建设了X波段双偏振多普勒天气雷达。2015年10月4日下午广东省佛山市发生了一次龙卷天气过程,当龙卷涡旋移近佛山市X波段双偏振雷达时,该雷达探测到了超级单体风暴钩状回波内的龙卷涡旋。龙卷涡旋位于钩状回波的末端,龙卷涡旋的反射率因子呈现为一强反射率因子区,该强反射率因子区的中间反射率强度相对较弱;与该强反射率因子对应的位置,平均径向速度有明显的涡旋特征;在龙卷涡旋的位置,双偏振雷达的差分反射率ZDR有一明显的低值区,零滞后相关系数CC也有一明显的低值区。分析认为,这是龙卷卷起的杂物碎片形成的龙卷碎片特征。