淮河中上游流域洪水主要类型及其时空分布特征

洪水过程相似性挖掘对流域雨洪资源利用、水库防洪调度以及河流生态修复等具有重要的现实意义。论文以淮河中上游流域16个水文站2006—2015年125场洪水过程数据为基础,采用洪水量、时间、变化率和形态等特征指标对完整洪水过程进行了全面刻画,以主成分分析和层次聚类等多元统计分析手段辨识了流域内代表性洪水类型,揭示了各洪水类型的时空分布特征。结果表明：① 淮河中上游流域主要有5类代表性洪水类型,分别为长历时且变化剧烈型、多峰长历时型、尖瘦短历时型、矮胖型以及常规型。② 从时间分布来看,2006—2015年间洪水类型数量呈现减少趋势,常规型洪水的比例逐渐增大;丰水年份(如2007年)、平水年份(如2006年)的洪水类型较多,而枯水年份(2011—2013年)洪水类型较少,以常规型和矮胖型洪水出现频率居多。③ 从空间分布来看,源头站点的洪水类型较多,中下游站点的洪水类型比较单一,主要从尖瘦型洪水过程逐渐转变为矮胖型,这与流域内水源涵养能力、工程调蓄能力以及降水多样性等有较大的关系。研究可为流域洪水信息挖掘和特征分析等提供参考借鉴,也可为淮河流域洪水的演变特征分析、水库防洪调控和雨洪资源利用等提供决策依据。     

汉江上游北宋时期洪水事件的沉积记录和文献记录对比

根据汉江上游洪水事件的地质沉积记录和历史文献记载,统计分析了北宋时期汉江上游地区的洪水发生频率及其影响,并对该历史时期气候变化进行分析。通过对汉江上游安康东段立石村(LSC)剖面、郧县西段五峰段李家咀(LJZ)剖面、郧县西段尚家河(SJH)剖面的洪水沉积剖面分析,判定在950—1050 A.D.的北宋时期汉江上游地区确有特大古洪水事件的地质沉积记录。根据历史文献资料的搜集和整理,说明北宋时期确实为洪水灾害频发时期。对洪水灾害的气候背景分析表明:在950—1050 A.D.间气候发生恶化转折,气候状态不稳定,降水变率增大,导致了汉江上游的特大洪水事件的发生。     

汉江上游沉积记录的东汉时期古洪水事件考证研究

总结近年来在汉江上游古洪水研究成果的基础之上,采用文献资料分析和洪水模拟计算方法,对汉江上游6个沉积剖面纪录的东汉时期古洪水事件进行了年代考证和洪水模拟计算。结果表明,通过分析文献记载的汉江上游东汉时期洪水影响范围、强度和程度,以及结合洪痕沉积规律,在时间上考证认为这6个沉积剖面记录的东汉时期古洪水事件可能是东汉建安二年（197年）九月的一次特大洪水事件。选取合适的河槽横断面和糙率系数,采用HEC-RAS模型对距离较近的4个沉积面记录的东汉时期古洪水事件进行洪水模拟计算,模拟洪水位与各剖面依据古洪水SWD恢复的洪水位误差在-0.18%~0.25%,而且模拟的1983年洪水位与剖面及其附近发现的1983年洪痕水位误差小于0.25%,说明洪水模拟计算选取的河槽横断面和水文参数准确、可靠,从洪水模拟计算的角度也说明了汉江上游沉积记录的东汉时期古洪水事件可能为一次特大洪水事件。该研究结果不仅延长了汉江上游洪水序列,而且也为汉江上游水利工程建设、水资源管理和防洪减灾等提供重要的水文资料。     

汉江上游郧西段全新世古洪水事件研究

古洪水水文学是全球变化科学领域的前沿课题。通过对汉江上游的深入调查研究,在郧西段基岩峡谷发现全新世古洪水滞流沉积地层。通过沉积学观察研究,采样分析和与2010年汉江洪水滞流沉积物的粒度、磁化率特征对比,判定为典型的全新世洪水滞流沉积物(SWD)。通过全新世地层对比和光释光(OSL) 测年,确定其记录了全新世时期3200-2800 a BP的特大古洪水事件。在确定了古洪水洪峰水位和相关参数的基础上,采用比降法水文模型推算出该期洪水洪峰流量在48830~51710 m³/s 之间。同时在该断面观测了汉江上游1983 年、2005 年和2010 年洪水洪痕水位,采用相同水文参数和模型,恢复了其洪峰流量,与白河水文站实测流量比较,误差在1.99%~4.21%之间,说明我们对于古洪水水文参数选择与洪峰流量计算结果是合理的。从而将古洪水数据加入洪水频率序列中,建立了万年尺度洪水流量与频率关系。该研究成果为汉江上游水资源水能源开发利用和防洪减灾等,提供了重要的水文资料。     

气候变化与人类活动联合影响下东江流域非一致性洪水频率

一致性假设一直是洪水频率分析的基本假设条件,但在气候变化与人类活动综合影响下,水文极值序列的一致性假设受到极大挑战。基于此,以东江流域为例,运用GAMLSS模型(广义可加模型),将时间、气候指标(北极涛动AO、北太平洋涛动NPO、太平洋年代际振荡PDO和南方涛动SOI)以及水库指标(Reservoir Index)统一纳入洪水频率分析中,并对东江流域1954―2009年年最大流量序列(AMS)进行频率分析,结果表明:1)龙川、河源和岭下站年最大流量序列均值与时间呈线性关系,方差为常量,而博罗站均值和方差与时间均呈非线性关系;2)水库对各水文站点AMS均值有显著线性影响;3)NPO对各站点AMS均值有显著线性影响,NPO值较高时,东江流域可能面临着较低的洪水风险,在一致性假设前提下,可能高估洪水设计值,反之亦然;而PDO对各站点方差有显著线性(岭下、博罗)/非线性(龙川、河源)影响;4)以时间为协变量构建非一致性模型,研究得出:龙川、河源和岭下3站T年一遇洪水设计值均呈单调下降趋势,博罗站1954―1995年左右洪水设计值呈下降趋势,而在1996―2009年呈上升趋势;以气候与水库为协变量构建非一致性模型,研究表明:龙川、河源和岭下3站T年一遇洪水设计值均因水库影响呈向下跃变;5)以气候和水库为协变量的非一致性模型对洪水频率具有良好的预测能力,为非一致条件下设计洪水的预测提供了新的预测方法。     

黄河上游夏季流量对气候变化的响应及未来趋势预估

本文从气候变化的角度出发, 研究黄河上游龙羊峡水库夏季流量与流域气候条件的响应关系及流量预估模型, 并根据区域气候模式输出数据降尺度生成的未来气候情景, 对未来龙羊峡夏季水库流量进行了预估。结果表明:近35 年来, 黄河上游夏季气温升高、蒸发增大, 降水略有减少;黄河上游龙羊峡水库平均入库流量呈递减趋势, 夏季流量对流域降水量、平均最高气温及最低气温的响应显著;未来两个时期(2020s、2030s)龙羊峡夏季流量均较基准期(1988-2010 年)减少, 但在不同气候变化情景下流量变化有所差异, 其中A2 情景下夏季平均流量分别减少23.9%(2020s)和19.8%(2030s), B2 情景下分别减少14.4%(2030s)和17.3%(2030s), 据此, 未来气候变化对黄河上游流域夏季流量的可能影响将弊大于利, 但仍具有较大不确定性。     

黄河上游靖远金坪段全新世古洪水沉积物特征

通过对黄河上游靖远-景泰峡谷段进行系统地全新世古洪水沉积学和水文学考察,确定金坪村剖面含有一组14层古洪水滞流沉积层。同时在该河段多处发现2012年大洪水洪痕和滞流沉积物的尖灭点。对两种沉积物进行采样和分析测试,结果表明古洪水滞流沉积物粒度成分分类为粘土质粉沙和细沙质粉沙。其粒度分布集中,分选性良好,与现代大洪水滞流沉积物完全相同,明显不同于晚更新世马兰黄土和全新世中期古土壤。这些特征表面他们是黄河上游古洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境下缓慢沉积的产物,记录了黄河上游靖远-景泰峡谷段一期14次特大古洪水事件。该剖面全新世古洪水滞流沉积物的磁化率很低、烧失量小、Ca CO3含量低,与现代洪水滞流沉积物对应指标相似。说明这组古洪水滞流沉积物在沉积之后很快被坡积石渣土覆盖保存,没有受到地表风化成壤作用的影响。并且经过OSL测年,本期特大古洪水事件发生在3 200—3 000 a B.P.,这些研究结果对于揭示黄河上游特大洪水沉积物性质和泥沙来源、开展黄河流域全新世古洪水水文学研究,揭示黄河上游洪水水文泥沙过程对于全球变化的响应规律具有重要的意义。     

新疆哈密2018·7·31特大暴雨山洪汇水量估算与应用研究

在干旱少雨的山区开展小流域的暴雨山洪预报预警关键技术研究,对防灾减灾意义重大。2018年7月31日新疆哈密北部山区出现特大暴雨,发生罕见的山洪灾害,致使射月沟流域水库漫坝溃口,下游受灾严重。射月沟流域气象观测站点少且缺乏水文监测资料,为客观定量分析射月沟流域大暴雨面雨量、形成的洪水汇水量以及致灾水库过程。通过采用空间插值法和多源融合逐时降水资料（CMPAS）计算了射月沟水库上游面雨量并进行检验分析。根据不同面雨量驱动Floodarea模型得出射月沟水库上游累计汇水量,结果表明：多源融合降水产品估算所得最大洪峰流量和累计汇水量与水利部门事后调查数据较吻合,最大洪峰量为1 756 m³·s^-1,精确性达到调查值的95%,射月沟水库上游暴雨山洪总量为2.64×10⁷ m³,远超该水库的防洪库容和溢洪道承载能力。     

汉江上游郧西郧县段古洪水事件光释光测年及其对气候变化的响应

通过对汉江上游的野外考察,发现汉江上游郧西-郧县段第一级阶地前沿全新世土壤剖面中夹有多层古洪水滞流沉积物,选择该河段的归仙河口（GXH）剖面进行了详细野外观察,结合粒度成分和磁化率指标分析,证明它们是典型的古洪水滞流沉积物。采用石英的单片再生剂量法（SAR）获得了该剖面中9 个样品的光释光年龄值。基于测定的光释光年龄、考古断代和地层对比结果,确定这四期洪水事件分别发生在距今12500-12000 a、7500-7200 a、3100-2800 a,1000-900 a。通过与汉江上游地区、国内和世界各地的多种指标气候变化记录的对比分析,进一步探讨了汉江上游郧西郧县段全新世以来发生的多期古洪水事件发生的气候背景,这一认识有助于深入理解区域洪涝灾害对全球气候变化的响应规律。     

丹江上游全新世早期古洪水滞流沉积物粒度特征研究

通过对丹江流域广泛的野外考察,在丹江上游竹林关峡谷段右岸发现典型的全新世古洪水滞流沉积层剖面。根据野外宏观特征及沉积环境,鉴别出该剖面夹有四层古洪水滞流沉积物,均匀致密,分选良好,各层界面自然开裂,具有波状-水平状平行层理。室内粒度成分分析表明,沉积物以粉沙为主,粘粒含量次之,细沙含量很少,沉积学分类属粉沙和粘土质粉沙。粒度自然分布频率曲线为正偏,主峰高且尖锐,分选良好。粒度概率累积分布曲线为典型的两段式,沉积物投影在CM图的Ⅶ区(SWD1和SWD3)和Ⅷ区(SWD2和SWD4)。将四层古洪水SWD与2010年洪水SWD进行对比分析,粒度组成成分、粒度参数、自然分布频率曲线都呈现相似形态。综合分析说明四层古洪水SWD是丹江洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境下的沉积物,为丹江上游开展古洪水水文学研究奠定了基础,对于丹江洪水水文泥沙特性、水资源开发利用具有重要意义。     

淮河上游卢庄段全新世古洪水水文恢复研究

通过沿淮河上游野外考察,在毛集河口卢庄找到了一典型全新世古洪水滞流沉积物剖面,进行了系统采样和沉积学粒度分析及水文学恢复的研究工作。粒度分析表明,古洪水滞流沉积物（SWD）与上下层黄土-古土壤区别明显,粒度参数Q型聚类层次分明,其粒级组分以砂质为主,而黄土古土壤粒度以粗粉砂为主,SWD其粒度分形维数明显偏低,各沉积单元粒级组分端元特征明显,通过粒度特征能够很好地鉴别古洪水滞流沉积物层。水文学研究结果表明,自8 500 a以来,在淮和上游至少发生了6次特大洪水,根据各层SWD的厚度和产状关系推求出了其最大可能的洪峰水位,高于水平位10.03~14.36 m之间,据滞流回水环境状态下淮河河道相应的洪峰水位,采用恒定均匀流比降-面积法求得各期洪峰流量介于7 062.18~16 040.94 m³·s^-1之间。研究结果对古洪水滞流沉积物鉴别和古洪水洪峰水位的恢复提供新的思路和方法,同时有效地延长了淮河上游洪水数据序列,可为淮河上游卢庄段全新世时间尺度上洪水流量-频率关系的建立提供参考数据。这对于淮河上游水利水电工程洪水设计和洪水资源化开发管理具有重要的现实意义。     

汉江上游白河段万年尺度洪水水文学研究

通过对汉江上游的考察,在多个地点发现古洪水滞流沉积层夹在古土壤层与坡积石渣土层或坡积角砾层中。选择白河段JJTZ剖面进行沉积学和水文学研究。对于采集的全新世古洪水滞流沉积样品,进行沉积学分析,与2010年现代洪水滞流沉积物进行对比,结合其宏观特征确认其为汉江洪水悬移质沉积物,粒度成分分类为细沙质粉沙。它们记录了汉江上游特大古洪水事件。通过地层学对比分析和OSL测年断代,确定其发生在全新世中期-晚期转折阶段,即3 200～2 800 a B.P.。利用沉积学和古水文学原理恢复古洪水洪峰水位,采用比降法计算出两次古洪水洪峰流量为40 180 m3/s和49 170 m3/s。该结果大大延长了洪水水文数据序列,从而能够建立汉江上游万年尺度洪水流量-频率关系,对于揭示汉江上游水文过程对于全球变化的响应规律具有重要的科学意义,对于防洪减灾和水资源水能源工程建设具有重要的现实意义。     

黑河干流洪水预报模型研究

黑河干流上游区水文站点稀少,区间部分支流洪水过程无法控制,中游区河流沿程大量引水灌溉、取水口甚多用水量无法获得,使得以水量平衡原理为基础的洪水演算方法难以应用。针对上述情况,笔者应用系统水文模型理论并对其进行了改进。通过引入系统存贮变量,建立了一个新的黑河干流洪水预报模型-河道洪水演算模型。经1996年,1998年两次特大洪水试报检验,结果表明该模型的预报精度较高,对黑河干流防洪减灾、水利工程科学管理以及水资源优化配置具有重要的作用。     

渭河上游天水东段全新世古洪水水文学恢复研究

通过对渭河上游的野外考察,选取天水东段渭河花南村剖面的全新世古洪水滞流沉积物作为研究对象。采集古洪水滞流沉积物典型样品,进行粒度、磁化率、碳酸钙含量和烧失量等理化性质分析,并通过全新世地层对比研究与OSL测年断代,判定为全新世后期特大洪水的典型悬移质沉积物,确定其记录了1 800~1 600 a BP的特大古洪水事件。采用"厚度-含沙量关系法"确定了古洪水洪峰水位,利用HEC-RAS模型推出古洪水滞流沉积物所指示的洪峰流量介于11 420~20 100 m~3·s~(-1)之间。同时采用相同的水文模型参数进行灵敏度测验,误差在-10.99%~8.79%之间。研究成果从根本上提高了渭河流域洪水频率计算的准确度,为该地区的水利工程建设、交通工程建设、水资源控制、防洪减灾等方面提供了重要依据。     

黄河内蒙古头道拐断面形态变化及其对水沙的响应

根据黄河上游位于弯曲一顺直过渡段的头道拐断面的多年实测水文、泥沙数据和断面资料,分析了断面对上游一系列水利工程在时间尺度上的调整响应过程.结果发现,头道拐断面的形态变化强烈受到上游水库运行的影响,在一系列水库投入运行后,河床粗化现象一直持续到三湖河口断面以下.头道拐断面悬移质泥沙中值粒径在水库运行后表现为先增大,然后减小,最后再增大的三阶段性特征,并且自1986年龙羊峡与青铜峡、刘家峡等水库联合运用以后,该三阶段性特征的变化幅度明显较只有青铜峡、刘家峡水库单独运行时段(1969-1986年)小.另外,自1987年以来,头道拐断面河道的横向摆动速率大幅减小,断面形态及位置趋于稳定,有利于当地百姓正常的生活和生产.     

黄河甘肃段底栖动物群落结构及水质评价北大核心CSCD

为探究人类活动对黄河上游水生态系统的影响程度,于2021年8月对黄河甘肃段10个采样点的底栖动物群落和水体理化性质进行了调查研究。本次采样共鉴定出底栖动物32种,其中节肢动物25种(78.13%),软体动物5种(15.63%),环节动物2种(6.25%);对整个研究区域而言,优势种为横纹划蝽(Sigara substriata)、短脚溪泥甲(Ampumixis sp.)、秀丽白虾(Palaemon modestus)、钩虾(Gammarus sp.)、耳萝卜螺(Radix Auricularia)和卵萝卜螺(Radix ovata)等6种;底栖动物现存量空间差异性显著,表现为下游段(271只·m^(-2)、18.0105 g·m^(-2))>上游段(95只·m^(-2)、4.1275 g·m^(-2));Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数均表现为下游段大于上游段,而Pielou均匀度指数沿程变化较小。BI指数和综合污染指数水质评价结果较为一致,黄河甘肃段上游段水质整体优于下游段水质,且Y6样点水质最佳;黄河甘肃段水质总体达到Ⅱ类和Ⅲ类地表水标准,河流经水库和湿地净化后,水质有显著提升。水温和高锰酸钾盐是影响黄河甘肃段底栖动物群落结构的关键环境因子。库区和湿地水环境最优,上游自然河段水质优于下游自然河段,但下游段生物多样性及丰度高于上游段。     

汉江上游现代大洪水滞流沉积物的粒度分布特征研究

对汉江上游现代大洪水高水位滞流沉积物(SWD)系统地采样测试分析,结果表明:汉江上游现代大洪水SWD沉积物性质是沙质粘土或粘土质沙、沙质粉沙或粉沙质沙。其分布特征大致分为两大类:安康段以上基本是以粉沙质沙或沙质粉沙为主,安康段以下基本是沙质粘土或粘土质沙。粒度成分和粒度参数都反映现代洪水SWD经过充分的分选,但是受多种因素影响,其粒径组成具有明显的空间变化。水库或大坝对大洪水SWD的粒度自然分布频率单峰曲线尖窄的形状没有明显的影响,而更多与其沉积的微地貌环境和水动力条件有关。     

塔里木河干流上游洪水演进规律分析与数值模拟

塔里木河流域的水文特性在过去几十年内发生了深刻变化,源流的年径流总体增加,而干流发生量级洪水的频次与洪峰流量也有显著增长,干流防洪压力不断增长。通过从洪水传播时间、削峰率、耗水率三个方面对塔里木河干流上游（肖夹克-英巴扎）分河段展开系统分析,揭示了干流上游洪水传播的一般规律;在此基础上构建了一维水沙演进的数学模型,模型通过2010年洪水验证后,模拟了2017年干流洪水演进过程,模拟结果精度较高,显示了该数学模型的合理性和广阔的应用前景。研究成果不但从科学上揭示了中亚代表性内陆多沙河流的洪水特性,对于塔里木河干流的防洪管理与洪水资源化利用也有重要意义。     

叶尔羌河

叶尔羌发源于巴基斯坦,全长二千多公里,最大洪峰一千四百秒立方米,年平均径流量六十四点二亿立方米,是汇入塔里木河的主要支流,也是新疆较大河流之一。叶尔羌河水出昆仑山下来之后进入平原,引用水量很大,到巴楚之后,一月至七月和九月至十二月全部引入小海子水库。八月份洪水较大,小海子引蓄到四亿立方米开始向下流泄洪。小海子水库到塔里木灌区的上游水库约三百公里,属于沙漠地区,枯水年和平水年,小     

汉江上游郧县段北宋时期古洪水事件研究

古洪水水文学研究是全球变化研究领域的前沿科学。通过对近年来古洪水成果的整理发现,汉江上游郧县段4个沉积剖面——晏家棚（YJP） 、尚家河（SJH） 、归仙河口（GXHK） 和弥陀寺（MTS） 均记录有北宋时期（960~1 127 CE） 的古洪水事件。通过对4个沉积剖面所在河段的研究,根据实测的河槽断面数据、水文参数以及设计推求的古洪水流量过程,采用HEC–RAS模型模拟了北宋古洪水的演进过程及古洪水水面线。此外,采用2010年“7·18”洪水进行了模型的可靠性验证。结果表明：与调查的古洪水水位相比,4个沉积剖面处的模拟水位误差介于- 0.31%~0.34 %之间,说明这4个沉积剖面极有可能记录一次古洪水事件;洪峰在研究河段内演进历时约1.15 h且削减不足1%,这符合研究河段的洪水传播特性。该研究对于认识汉江上游特大洪水的演进规律具有重要的科学意义,为流域的洪水设计、洪水预测及防洪减灾提供一定的基础数据与科学支撑。