不同概率分布函数降雨极值的适用性分析

极端降雨极值发生的重现期是流域与城市防洪设施规划设计标准需要参考的最重要参数之一。利用常用的5种水文统计学分布函数,选取中国十大流域内10个站点不同时段的最大降雨极值序列进行拟合,并检验筛选不同站点的适用性分布函数。结果表明：10个站点拟合优度检验拟合效果较好,曲线差异度较小的分布依次为广义极值分布、对数正态分布、皮尔逊III分布;不同站点适宜性曲线的差异程度不同。研究结果可为区域降雨极值序列的拟合提供参考,即不同的区域、不同的季节、不同时长的降雨极值序列都应寻找其较适宜的分布函数并采用多种检验方法来拟合,以降低不确定性。     

全新世以来永定河洪水的发生规律

本文通过对永定河流域内全新世地层、考古遗址和历史文献的综合分析,表明在距今约10000—9500年、7700—7500年、5200—4600年、3200—3000年、1900—1700年前以及公元1801—1896年间,永定河流域曾出现过六次暴雨洪水频繁发生的时期。     

贺兰山银川段不同重现期山洪灾害风险与影响区划研究

为评估贺兰山银川段山洪灾害风险程度及其影响,利用高分辨率数字高程模型（DEM）、行政区划、水系和自动气象站历史降水数据,以及居民点、学校、桥梁等社会经济信息资料,采用FloodArea模型模拟与ArcGIS空间叠加统计分析相结合的方法,分析研究了贺兰山银川段不同重现期山洪灾害风险分布特征,及其对人口、土地利用和国内生产总值（GDP）的影响。结果表明：（1）贺兰山银川段10~100 a一遇山洪灾害低、中、高风险区面积分别为109.5~276.3 km²、45.0~231.0 km²、13.4~204.3 km²,同一风险等级的山洪灾害区划面积随着重现期增大呈显著增大趋势。（2）贺兰山10 a和20 a一遇山洪灾害风险区主要位于海拔1 130~1 450 m的山洪沟及其两侧区域,50 a一遇山洪灾害风险区主要集中在山洪沟下游和山前海拔1 130~1 180 m的冲击扇区,100 a一遇山洪灾害风险区覆盖整个山前海拔1 120~1 350 m的区域和冲击扇区。随着重现期增大,贺兰山山洪灾害风险区具有向上游（下游）区域扩展较慢（更快）的显著特征。（3）银川市受贺兰山10 a、20 a、50 a和100 a一遇山洪灾害影响总人口分别为7.30×10⁴人、9.87×10⁴人、1.65×10⁵人和2.39×10⁵人。随着山洪重现期增大,受灾害影响总人口呈显著增加趋势,低、中、高风险区受影响人口增速分别在-12.4%~20.5%、 48.6%~91.8%、163%~300%之间。（4）农田、草地受贺兰山山洪灾害影响最大,二者合计占受影响土地总面积的比例在82.1%~86.9%之间;其次是建设用地和耕地,两者占受影响土地总面积的比例在4.4%~9.1%和1.1%~4.6%之间,是银川市贺兰山山洪灾害防御的重点区域。（5）银川市受贺兰山10 a、20 a、50 a、100 a一遇山洪灾害中、高风险区影响的GDP合计分别为1.12×10⁹元、2.00×10⁹元、4.70×10⁹元、8.74×10⁹元;发生超50 a一遇山洪灾害时,沿山农业和工业产业、基础公共设施等会遭受较大经济损失。     

有年无量历史洪水在设计洪水计算中的应用

内陆干旱区水文站网稀少,尤其是中小河流,连序、完整的洪水资料比较短缺,设计洪水计算的基本条件难以满足。为提高洪水系列代表性,基本途径是增加洪水系列的信息量。在已往的设计洪水计算中均采用已有连序系列加有年有量历史调查洪水值。但是,在历史洪水调查与考证中,既能查明洪水量级,也能考证出发生年份的历史洪水的资料极少,而只能调查出考证期而查不出洪水值的‘有年无量历史洪水’资料的较多,所以对这部分资料的合理、充分应用,是设计洪水计算中新的问题。本文针对有年无量历史洪水在设计洪水计算中的应用,进行了分析、探讨,其结果认为：采用,能增大对有年无量历史洪水资料的历史洪水信息量,提高洪水系列代表性,合理确定统计参数,提高设计洪水成果精度,对工程设计具有十分重要的作用。     

基于GPD分布的黑河流域极端降水频率特征分析

采用广义帕雷托分布(GPD)对黑河流域极端降水的频率特征进行了分析。采用百分位数法、Hill图法、年交叉率法选取了极端降水阈值,借助L矩法对GPD分布的参数进行了估计;采用Mann-Kendall和Pettitt方法对超阈值日极端降水序列的平稳性进行了检验。结果表明：① 采用百分位数法和Hill图法得到的日极端降水阈值差别很大,在综合考虑以上两种方法的基础上,结合年交叉率法,最终确定了流域各站点日极端降水的阈值;② 根据Mann-Kendall和Pettitt方法,超阈值日极端降水序列基本满足平稳性假定;通过Kolmogorov-Smirnov检验以及理论频率曲线和经验频率曲线的拟合程度可以看出,GPD分布能够很好地拟合研究区极端降水的分布特征;③ 通过分析理论累积频率达到90%以上的极端降水可以发现,黑河流域20世纪60年代发生极端降水的次数最多,其次是90年代以后,70年代、80年代发生极端降水次数较少;在过去51年间,下游发生极端降水的次数最多,其次是中游和上游。     

GIS-based flood hazard mapping at different administrative scales: A case study in Gangetic West Bengal, India

This paper addresses the need for an efficient and cost-effective methodology for preparing flood hazard maps in data poor countries, particularly those under a monsoon regime where floods pose a recurrent danger. Taking Gangetic West Bengal, India, as an example and using available historical data from government agencies, the study compiled a regional map indicating hazard prone subregional areas for further detailed investigation, thereby isolating actual high risk localities. Using a GIS (Geographical Information System), a composite hazard index was devised incorporating variables of flood frequency, population density, transportation networks, access to potable water, and availability of high ground and maximum risk zones were mapped accordingly. A digital elevation model derived from high resolution imagery available in the public domain was used to calculate elevated areas suitable for temporary shelter during a flood. Selecting administrative units of analysis at the lowest possible scales – rural development blocks (regional) and revenue villages (subregional) – also ensures that hazard mapping is prepared in line with the existing rural planning and administrative authorities responsible for remedial intervention.     

Flood seasonality and generating conditions in the Tay catchment, Scotland from 1200 to present

The new maximum recorded river flows in Scotland since 1988 have triggered widespread interest in whether floods are becoming more frequent and in the conditions that generate floods of different magnitudes and frequencies. There are questions about the longer-term variability in flood-generating characteristics, and whether there are past analogues for present hydroclimatic variability. The present paper builds on previous work reconstructing a detailed historic flood chronology for the Tay, the largest catchment in Scotland, and its tributaries over the past 800 years, extending the gauged discharge record (1952 onwards). It categorizes flood-generating factors in the Tay catchment and analyses the hydro-meteorological conditions that have generated extreme and moderate floods over a historical period. This work is placed in a broader literature context of historical 'climaxes of storminess', periods of higher storm frequency, flood patterns observed in Scotland and Europe during the Little Ice Age and longer-term rainfall and temperature patterns. The paper concludes that the variability in flood-generating characteristics is highly dependent on the timescale of observation. Inevitably the relative dominance of winter and early spring flooding can vary from year to year and within specific time-periods, but so can the level of augmentation of the flood series with summer and autumn floods to produce notable 'flood years' and flood clusters. The Tay provides a good 'all-Scotland surrogate' for historical flood patterns, reflecting its gathering areas in eastern and western Scotland. The value of a historical approach to the assessment of flood seasonality and generating characteristics is clearly demonstrated.     

湖北省近500年区域干湿序列重建及其比较分析

在历史旱涝记载资料可靠性检验的基础上,重建了湖北省3个区域近500年来的干湿气候变化序列,并比较分析了各区域干湿气候变化的趋势特征、准周期性及跃变现象。结果表明:在3个区域中,鄂东区1570~1770、1890~1950年两个时段偏湿,1470~1520、1790~1830年则偏干;鄂北区偏湿时期主要在1470~1530、1710~1750、1850~1910年三个时段,1470~1530、1770~1830年则偏干;鄂西南区有1550~1610、1650~1710、1830~1890、1930~1990年4个主要偏湿时期,而无明显的偏干时段。运用功率谱和小波分析对3个干湿序列研究后发现,3个区域干湿变化具有多个气象周期,区域间周期类型差异显著,但50~70年左右的周期在3个区域上均表现突出;采用滑动t检验方法辨识干湿气候跃变现象,在"世纪尺度"和 30年尺度上检测到各区域干湿变化存在多个跃变事件,且同一跃变事件对不同区域向干(或向湿)影响的趋势相同。     

应用层次贝斯模型研究气候变化对威塔流域流量的影响(英文)

我们应用层次贝叶斯模型模拟大气二氧化碳浓度加倍可能对美国北卡罗来纳州西部威塔(Coweeta)流域水文的影响。这个模型整合了多重数据来源并且同时考虑了数据,参数和模型结构的不确定性。贝叶斯分析的预测分布显示流量和土壤含水量在秋季和夏季将明显下降,这将造成这两个季节更严重的干旱。同时我们用通用极值分布(Generalized Extreme Value distribution)和通用普拉托分布(Generalized Pareto distribution)分析预测流量,结果显示洪水频率也会增减。层次贝叶斯模型,和许多只能得到最佳参数估计的水文模型相比,能提供更丰富的信息,包括预测的不确定性。这将有助于可持续水资源管理的大前提下发展应对气候变化的措施。     

Epiphytic diatoms as flood indicators

The hydroecology of floodplain lakes is strongly regulated by flood events. The threat of climate warming and increasing human activities requires development of scientific methods to quantify changes in the frequency of short-lived flood events, because they remain difficult to identify using conventional paleolimnological and monitoring approaches. We developed an approach to detect floods in sediment records by comparing the abundance and composition of epiphytic diatom communities in flooded and non-flooded ponds of the Peace-Athabasca Delta (PAD), Canada, that grew on submerged macrophytes (Potamogeton zosteriformis, P. perfoliatus) and an artificial substrate (polypropylene sheets) during the open-water season of 2005. Analysis of similarity tests showed that epiphytic diatom community composition differs significantly between flooded and non-flooded ponds. After accounting for the “pond effect,” paired comparisons of the three substrates determined that variation in community composition between the artificial substrate and macrophytes was similar to that between the macrophyte taxa. Similarity percentage analysis identified diatom taxa that discriminate between flooded and non-flooded ponds. The relative abundance of ‘strong flood indicator taxa’ was used to construct an event-scale flood record spanning the past 180 years using analyses of sedimentary diatom assemblages from a closed-drainage pond (PAD 5). Results were verified by close agreement with an independent paleoflood record from a nearby flood-prone oxbow pond (PAD 54) and historical records. Comparison of epiphytic diatoms in flooded and non-flooded lakes in this study provides a promising approach to detect changes in flood frequency, and may have applications for reconstructing other pulse-type disturbances such as hurricanes and pollutant spills.     

物候学方法在历史气候变化重建中的应用

利用历史物候记录重建的气候变化结果,显著地增进了人类对过去气候变化特征的认识。但现有研究在历史物候记录的提取与处理、重建方法的选择、重建结果的精度评估等方面需要进一步总结梳理。通过归纳历史物候记录的资料源以及在历史物候记录预处理过程中需要解决的物种鉴别和物候期确定问题,对现有重建方法进行总结,发现较早的研究采用了古今对比法,而近年来的研究多采用更为复杂的回归和过程模型法。上述物候学方法的重建结果对认识中世纪暖期、小冰期和近百年等典型时段的历史气候变化特征提供了重要依据,同时物候学方法重建结果与其他代用资料重建结果往往表现出较高的一致性。未来研究可在历史物候记录的整编与利用、重建方法的准确性评估与改进以及不同重建结果比对等方面,进一步深入开展工作。     

考虑水文趋势影响的珠江流域非一致性洪水风险分析

本文基于两参数对数正态分布和指数趋势模型建立了非一致性洪水频率计算模型,分析了珠江流域28个测站年最大日流量序列趋势性对洪水频率分析的影响。结果表明：（1）从空间分布来看,珠江流域中北部年最大日流量序列呈增加趋势,东部和南部年最大日流量序列呈减小趋势;从时间变化来看,1981-2010年年最大日流量呈显著性增加趋势的站点数较多,占总站点数的20-25%,1966-1990年年最大日流量呈显著性减小趋势的站点数较多,占总站数的25-30%;（2）珠江流域洪水放大因子(未来T年一遇设计流量与现在T年一遇设计流量比值)和重现期都受到趋势性的显著影响。西江中北部和北江洪水放大因子大于1,意味着原有的防洪工程设计标准可能无法满足未来防洪需求,存在防洪隐患;洪水放大因子较大和较小的地区集中在西江干流和东江干流;（3）非一致性条件下,同一场洪水过去、现在和未来重现期是不同的。非平稳性条件下,珠江流域近20年来20-50年一遇洪水发生站次相比平稳性条件下在减小。     

近600年来巢湖流域旱涝灾害研究

基于历史文献中的水旱灾害记录,重建巢湖流域1370~1988年旱涝灾害等级序列,并进行连续功率谱分析。结果表明:近600多a来,巢湖流域涝灾和旱灾发生的频率几乎相当,平均为2.28~2.40 a一遇;但特大涝灾和大涝灾的频率远高于特大旱灾和大旱灾。巢湖流域水旱灾害存在准周期的变化,主要为:2~3、7~10 a,这与长江中下游的洪涝灾害变化步调基本一致。自然气候因素和人类活动对环境演变的影响是今后进一步研究的主要方向。     

近50年来淮河流域极端降水的时空变化及统计特征(英文)

Based on the daily precipitation data of 27 meteorological stations from 1960 to 2009 in the Huaihe River Basin, spatio-temporal trend and statistical distribution of extreme precipitation events in this area are analyzed. Annual maximum series (AM) and peak over threshold series (POT) are selected to simulate the probability distribution of extreme precipitation. The results show that positive trend of annual maximum precipitation is detected at most of used stations, only a small number of stations are found to depict a negative trend during the past five decades, and none of the positive or negative trend is significant. The maximum precipitation event almost occurred in the flooding period during the 1960s and 1970s. By the L-moments method, the parameters of three extreme distributions, i.e., Generalized extreme value distribution (GEV), Generalized Pareto distribution (GP) and Gamma distribution are estimated. From the results of goodness of fit test and Kolmogorov-Smirnov (K-S) test, AM series can be better fitted by GEV model and POT series can be better fitted by GP model. By the comparison of the precipitation amounts under different return levels, it can be found that the values obtained from POT series are a little larger than the values from AM series, and they can better simulate the observed values in the Huaihe River Basin.     

沿海城市社区暴雨洪水风险评价——以温州龙湾区为例

从风险角度探讨了基于GIS空间网格的沿海城市社区空间尺度暴雨洪水淹没情景模拟方法。通过对温州龙湾区暴雨降水量的频率计算,得到不同频率下的降水量及其对应的径流深度。根据"雨量体积法"原理,利用编制的程序得到不同重现期暴雨洪水水面高程和不同淹没水深区间对应的淹没面积,并进行暴雨洪水淹没情景模拟和洪水风险评价。最后,根据2005年龙湾区"海棠"台风暴雨实测资料进行典型历史台风暴雨洪水事件实证研究。     

1735—1911年汉江流域季节旱涝等级序列的重建与特征分析

基于汉江流域雨雪分寸等史料记录的特点,以发生地区、影响程度和持续时间为衡量标准,提出了利用史料重建汉江流域季节旱涝等级序列的方法,重建了1735—1911汉江流域7府（州）四季的旱涝等级序列,据此分析了各府（州）1735—1911年季节上的旱涝变化特征。结果表明：① 汉中府、兴安府、商州和南阳府有更多的春季、夏季、冬季偏旱年,而郧阳府、襄阳府和安陆府有更多的春季、夏季偏涝年和秋季偏旱年;② 夏季和秋季旱涝等级的波动明显,而春季和冬季旱涝等级的波动较小;③ 年代际尺度上来看,汉江流域,1820s—1840s偏涝,1850s、1870s偏旱;④ 影响较大的季节连旱事件多发生在19世纪,而影响较大的季节连涝事件多发生在夏季和秋季。这一研究,对汉江流域定量化气候研究具有一定的价值,也为汉江流域未来的降水变化研究提供了数据支持。     

洪灾风险评价与区划研究进展

洪灾风险评价是洪灾风险管理的首要步骤。洪灾风险区划是在洪灾风险评价基础上的宏 观分区, 有助于更清晰的把握洪灾风险的空间格局与内在规律。文章首先对洪灾风险相关概念进 行了阐述, 试图达到理清和规范的目的。然后对洪灾风险评价常用方法和洪灾风险区划研究进行 了评述。目前主要的洪灾风险评价方法有地貌学方法、水文水力学模型与系统仿真模拟方法、基 于历史灾情数据的方法、基于水灾史料和古洪水调查的方法、遥感与GIS 方法、基于洪灾形成机 制的系统分析方法等。最后对洪灾风险评价与洪灾风险区划研究进行了小结, 并指出了未来在洪 灾风险评价与区划的数据基础、洪灾风险评价的时空尺度、洪灾风险区划的理论与方法、洪灾风 险评价与区划的技术手段等方面的可能发展前景。     

洪灾风险评价与区划研究进展

洪灾风险评价是洪灾风险管理的首要步骤。洪灾风险区划是在洪灾风险评价基础上的宏 观分区, 有助于更清晰的把握洪灾风险的空间格局与内在规律。文章首先对洪灾风险相关概念进 行了阐述, 试图达到理清和规范的目的。然后对洪灾风险评价常用方法和洪灾风险区划研究进行 了评述。目前主要的洪灾风险评价方法有地貌学方法、水文水力学模型与系统仿真模拟方法、基 于历史灾情数据的方法、基于水灾史料和古洪水调查的方法、遥感与GIS 方法、基于洪灾形成机 制的系统分析方法等。最后对洪灾风险评价与洪灾风险区划研究进行了小结, 并指出了未来在洪 灾风险评价与区划的数据基础、洪灾风险评价的时空尺度、洪灾风险区划的理论与方法、洪灾风 险评价与区划的技术手段等方面的可能发展前景。     

基于树轮地貌学的山洪研究进展

山洪是中国主要的自然灾害之一,严重威胁山区人民生命财产与工程建设安全。针对山洪已发展了多种多样的研究手段,但多集中于过去几十年的时间段内。树轮地貌学方法作为研究历史山洪事件的有效手段之一,在世界范围内被广泛应用。利用树轮中的生长干扰信息,可以对山洪事件进行精确定年,重建无记录或少记录地区内山洪发生的频率、大小和空间分布特征等,根据伤疤的高度或应用水力模型则可以定量重建山洪的流量大小。随着树轮地貌学方法和技术的逐渐成熟,研究趋向于探讨山洪的驱动机制、更大空间尺度山洪的规律性等,具有广阔的应用前景,但是基于树轮的山洪研究工作在国内还未见报道。论文对树轮地貌学应用于山洪研究的发展过程进行了系统回顾,对研究进展进行了简要概述,最后讨论该研究领域的潜力及局限性,以期为在国内进一步开展相关工作提供参考信息。     

长江南京段历史洪水位追溯

沿长江南岸幕府山、燕子矶岸段的石灰岩崖壁上,保留着数道受江水浸淹形成的色深且具有溶蚀孔隙的水平印痕,沿江一线分布。在采石矶岸段的岩壁上也存在着高程大致相当的水位痕迹,反映出是保存在长江南岸岩壁上的区域性洪水位遗迹。经查阅现代水文记录与历史文献,分析对比区域地貌与沉积地层,初步论定：高出长江江面5~6 m,高程分别为8.5 m和9.5 m的第一道和第二道水位遗迹是与现代长江洪水位相当的古洪水位遗迹,目前虽然已脱离长江江面,但现代长江洪水仍可达到此高度,其重现期为10~50年;高程为10.5 m的第三道水位遗迹较南京有文字记载的百年一遇特大洪水位仍高出0.3 m,相当于南京地区100~200年一遇的大洪水水位,由此印证长江南京段防洪堤高度合适;而最高的一道古水位遗迹高程为12.8 m,可能相当于全新世高海面时的洪水位。