A methodology for historical assessment of compliance with environmental water allocations: lessons from the Crocodile (East) River,South Africa

Abstract

Environmental flow provisions are a legal obligation under South Africa’s National Water Act (1998) where they are known as the “ecological reserve”, which is now being realized in river operations. This article presents a semi-quantitative method, based on flow–duration curve (FDC) analysis, used to assess the compliance of the Crocodile (East) River with the reserve in an historical context. Using both monthly and daily average flow data, we determine the extent and magnitude of non-compliant flows against environmental water requirements (EWRs) for three periods (1960–1983, 1983–2000, and 2000–2010). The results suggest a high degree of non-compliance, with the reserve increasing with each of these periods (14%, 35%, and 39% of the time), respectively, where effects were most pronounced in the low-flow season. The results also suggest that, whilst the magnitudes of reserve infringements for the latter period are relatively high, there appears to have been some improvement since the implementation of the river’s operating rules.

Editor Z.W. Kundzewicz; Guest editor M. Acreman

Citation Riddell, E., Pollard, S., Mallory, S., and Sawunyama, T., 2014. A methodology for historical assessment of compliance with environmental water allocations: lessons from the Crocodile (East) River, South Africa. Hydrological Sciences Journal, 59 (3–4), 831–843.     

雷暴持续时间与地闪活动的预报方法研究

根据2007—2008年6—8月湖南地区地闪定位、天气背景及探空资料,利用天气学分型及数理统计等方法,对湖南夏季雷暴的天气背景、持续时间以及雷暴过程中地闪的活动进行分析,定义的地闪频数指数(Icgf)可以较好地区分地闪活动等级;利用逐步回归方法分别得到了雷暴持续时间及地闪频数指数的预报方程,且均通过的信度检验,并进一步提出了各地闪活动等级预报的诊断指标。     

气候变化对沈阳冬季供暖期的影响

利用1961-2010年沈阳市的年平均气温和供暖期及供暖期前一个月、供暖期后一个月的逐日平均气温资料,采用线性趋势分析方法及度日法,分析近50 a沈阳市年平均气温和供暖期平均气温变化的总体趋势,并对供暖初日、供暖终日和供暖期长度及供暖强度的变化特征进行分析。结果表明：近50 a沈阳市年平均气温与供暖期平均气温均呈上升趋势,近50 a年平均气温上升明显,通过了显著性检验;气候变暖使得供暖初日推迟;供暖终日提前;供暖期长度缩短;气候变暖使实际供暖强度逐渐减弱。     

基于不同积雪日定义的积雪资料比较分析

利用天气现象定义与积雪深度定义两种方法对全国884个台站的积雪日资料进行统计处理, 分别整理出每一台站各个积雪年的积雪日数、积雪深度、 初终雪间隔日数3个要素的两套数据, 并进行对比分析. 结果表明: 在全国东部大部分地区及新疆地区, 两种数据差别不大, 但在东北及青藏高原两套数据的差别较大. 在积雪日数的比较中, 两种数据在东北及青藏高原的差别基本都在10 d以上, 积雪深度的差别在0.4 cm以上, 初终雪间隔日数的差别以青藏高原最明显, 大部分地区的差别在15 d以上, 甚至有达到30 d以上的区域. 对青藏高原东北边坡代表站的积雪平均值进行M-K突变检验发现, 积雪深度定义的积雪日数与间隔日数减少趋势略大于天气现象定义统计的数值;而在积雪深度的比较中则相反. 两种定义的积雪间隔日数均在1987年出现突变.     

1971—2006年珠穆朗玛峰地区蒸发皿蒸发量的变化及其影响因素

升温率略高于平均最高气温的升温率.珠峰地区日照时数和平均风速的显著下降,以及相对湿度的明显增加可能是蒸发皿蒸发量下降的主要原因.     

青藏高原总辐射变化对高原季节冻土冻结深度的影响

利用青藏高原及其毗邻地区22个辐射观测站建站至2000年的总辐射及日照百分率观测资料,确定了Angstrom-Prescott模型参数,以此模型估算了高原及毗邻地区116个站1961年1月至2000年12月份的总辐射.结合高原地区75个气象站的冻土观测资料,探讨了青藏高原地区总辐射变化对高原土壤季节冻结深度的影响.结果显示,冬季总辐射变化对季节冻深有较大影响.冷湖、玉树两个较典型的站点中总辐射与土壤冻结深度的负相关关系显著,与典型站点相似,德令哈、格尔木两站总辐射与季节冻深亦呈负相关.研究区域内,近乎80%的调查站点,总辐射与季节冻结深度之间关系呈现负相关;另外21%的站点呈现正相关关系.多元回归分析结果显示,纬度、海拔、总辐射及气温4个因子与季节冻结深度的相关显著.总辐射是高原土壤季节冻结深度的重要影响因子之一.     

喜马拉雅造山带的变质作用与部分熔融

喜马拉雅造山带的核心由高级变质岩系和淡色花岗岩构成,是研究碰撞造山作用和板块构造的天然实验室。本文评述了喜马拉雅造山带变质作用和部分熔融研究取得的新进展和存在的争议,主要内容包括:(1)造山带核部具有"三明治"结构,高级变质和部分熔融的高喜马拉雅系列(GHS)夹持在较低级变质的特提斯喜马拉雅系列(THS)和低喜马拉雅系列(LHS)之中,GHS的变质作用程度具有向上和向下部构造层位降低的特征。高喜马拉雅系列主要由高压麻粒岩相到榴辉岩相的变质岩组成,具有1.2~1.6GPa和700~800℃峰期变质条件,顺时针型变质作用P-T轨迹,其进变质以增温增压为特征,退变质早期为近等温或增温降压过程,晚期为降温降压和近等压降温过程;(2)在造山带西段,紧邻缝合带产出的超高压变质岩具有4.4~4.8GPa和560~760℃的峰期变质条件和顺时针型P-T轨迹,并在退变质中期出现加热过程;(3)尽管造山带的高压和超高压变质岩形成在中、高温条件下,但岩石中的石榴石都保存有明显的主量和微量元素生长成分环带特征;(4)造山带变质核下部发育反转的中、高压型变质序列;(5)在造山带核部,变泥质和长英质麻粒岩的强烈部分熔融主要是增压、增温进变质过程中的白云母和黑云母脱水熔融,和近等温或增温降压过程中的黑云母脱水熔融,可以形成花岗质和英云闪长质熔体。加厚下地壳的高变质温度足以使各种成分岩石(包括基性岩)发生深熔,而不需要外来热源;(6)造山带变质核经历了长期的变质演化过程,其进变质始于~47Ma,峰期变质发生在~25Ma,退变质持续到~15Ma。这些岩石也记录了持续的(超过20Myr)高温变质和部分熔融过程。在造山带西段的超高压变质岩具有~46Ma的峰期变质年龄和~40Ma的退变质年龄,所以经历了一个快速俯冲与折返过程;(7)印度大陆西缘与岛弧的碰撞(造山带西段)和印度大陆东缘与大陆弧的碰撞时间一致,为~50Ma;(8)在造山带西段,印度大陆的深和陡俯冲形成了超高压变质岩;而在造山带中段,印度大陆的平缓俯冲形成了中高压变质岩;(9)构造变质不连续在变质核中广泛存在。多重有序逆冲和无序逆冲导致的岩片叠置控制着造山带的地壳结构;(10)现有的构造模型,包括楔形挤出、隧道流、临界楔和构造楔模型,都不能全面合理地解释造山带变质核部的折返机制。     

基于遥感影像的雪线高程提取方法对比分析——以天山北坡为例

利用2010-2014年6~8月MOD10A1、MOD10A2及HJ-1/CCD数据,以天山北坡为研究区,对比分析了积雪持续时间比率法及最大值合成法在雪线高程提取中的精度和适用性。结果表明:当MOD10A1以旬合成,积雪持续时间比率阈值为40%时,提取的雪线高程与"真值"最为接近;基于混淆矩阵法,以目视解译得到的HJ-1/CCD积雪面积为"真值",分析得出,积雪持续时间比率法提取积雪面积的总体精度较高,为98.59%,khat系数为0.90,最大值合成法的总体精度仅为85.29%,khat系数为0.70;基于统计学的方法,计算得出,积雪持续时间比率法提取的雪线高程与"真值"的相关系数较高,为0.77,其平均误差、正、负误差、绝对平均误差以及均方根误差相对较低;最大值合成法提取的雪线高程与"真值"的相关系数较低,仅为0.54,其平均误差、正、负误差、绝对平均误差以及均方根误差相对较高;积雪持续时间比率法提取的雪线高程结果优于最大值合成法。     

青藏高原四季划分方法探讨

利用中国气象局国家气象信息中心提供的青藏高原60个测站19612007年逐日气温资料, 分析常用的四季划分方法在高原的适用性, 指出各种四季划分方法的不足和局限, 并根据四季持续时间的合理性、物候特征、海拔高度、气候 (温度) 分布特征等因素提出了针对不同的生产、生活目的而建立的新四季划分方法。探讨认为: (1) 根据高原物候特征和气温相结合的方式得到的“物候四季划分方法”即“4℃-12℃-10℃-1℃”对高原农牧业尤为适合; (2) “海拔季节划分方法”对高原旅游和人们衣着尤为适合, 海拔季节划分方法把高原分成二个区:海拔4000m以上四季划分方法为“5℃-12℃-12℃-5℃”, 4000m以下四季划分方法为“5℃-15℃-15℃-5℃;” (3) “生活季节划分方法”对高原不同区域的生产生活尤为适合, 生活季节划分方法将高原分为三个区:Ⅰ区四季划分方法为“6℃-16℃-16℃-6℃”, Ⅱ区四季划分方法为“5℃-12℃-12℃-5℃”, Ⅲ区四季划分方法“7℃-7℃”划分春冬和秋冬, 不存在夏季。最后, 综合以上各种方法的优缺点, 初步定义“高原普适季节划分方法”即“5℃-15℃-15℃-5℃”为高原总体的四季划分方法, 对高原整体的国民经济和政府活动、旅游、人们的衣着、生活生产、季节类产品的销售具有总体的指导意义。      

A debris-flow alarm system for the Alpine Illgraben catchment: design and performance

We describe the development, implementation, and first analyses of the performance of a debris-flow warning system for the Illgraben catchment and debris fan area. The Illgraben catchment (9.5 km²), located in the Canton of Valais, Switzerland, in the Rhone River valley, is characterized by frequent and voluminous sediment transport and debris-flow activity, and is one of the most active debris-flow catchments in the Alps. It is the site of an instrumented debris-flow observation station in operation since the year 2000. The residents in Susten (municipality Leuk), tourists, and other land users, are exposed to a significant hazard. The warning system consists of four modules: community organizational planning (hazard awareness and preparedness), event detection and alerting, geomorphic catchment observation, and applied research to facilitate the development of an early warning system based on weather forecasting. The system presently provides automated alert signals near the active channel prior to (5–15 min) the arrival of a debris flow or flash flood at the uppermost frequently used channel crossing. It is intended to provide data to support decision-making for warning and evacuation, especially when unusually large debris flows are expected to leave the channel near populated areas. First-year results of the detection and alert module in comparison with the data from the independent debris-flow observation station are generally favorable. Twenty automated alerts (alarms) were issued, which triggered flashing lights and sirens at all major footpaths crossing the channel bed, for three debris flows and 16 flood flows. Only one false alarm was issued. The major difficulty we encountered is related to the variability and complexity of the events (e.g., events consisting of multiple surges) and can be largely solved by increasing the duration of the alarm. All of the alarms for hazardous events were produced by storms with a rainfall duration and intensity larger than the threshold for debris-flow activity that was defined in an earlier study, supporting our intention to investigate the use of rainfall forecasts to increase the time available for warning and implementation of active countermeasures.