FLOOD MODELLING WITH GIS-DERIVED DISTRIBUTED UNIT HYDROGRAPHS

The concept of a spatially distributed unit hydrograph is based on the fact that the unit hydrograph can be derived from the time–area curve of a watershed by the S-curve method. The time–area diagram is a graph of cumulative drainage area contributing to discharge at the watershed outlet within a specified time of travel. Accurate determination of the time–area diagram is made possible by using a GIS. The GIS is used to describe the connectivity of the links in the watershed flow network and to calculate distances and travel times to the watershed outlet for various points within the watershed. Overland flow travel times are calculated by the kinematic wave equation for time to equilibrium; channel flow times are based on the Manning and continuity equations. To account for channel storage, travel times for channel reaches are increased by a percentage depending on the channel reach length and geometry. With GIS capability for rainfall mapping, the assumption of a uniform spatial rainfall distribution is no longer necessary; hence the term, spatially distributed unit hydrograph. An example of the application for the Waiparous Creek in the Alberta Foothills is given. IDRISI is used to develop a simple digital elevation model of the 229 km² watershed, using 1 km × 1 km grid cells. A grid of flow directions is developed and used to create an equivalent channel network. Excess rainfall for each 1 km × 1 km cell is individually computed by the Soil Conservation Service (SCS) runoff curve method and routed through the equivalent channel network to obtain the time–area curve. The derived unit hydrograph gave excellent results in simulating an observed flood hydrograph. The distributed unit hydrograph is no longer a lumped model, since it accounts for internal distribution of rainfall and runoff. It is derived for a watershed without the need for observed rainfall and discharge data, because it is essentially a geomorphoclimatic approach. As such, it allows the derivation of watershed responses (hydrographs) to inputs of various magnitudes, thus eliminating the assumption of proportionality of input and output if needed. The superposition of outputs is retained in simulating flood hydrographs by convolution, since it has been shown that some non-linear systems satisfy the principle of superposition. The distributed unit hydrograph appears to be a very promising rainfall runoff model based on GIS technology.     

东北地区汛期降水异常的大气环流特征分析

针对东北地区汛期(7~8月)的情况,分析了造成汛期降水异常的大气环流特征,结果表明:汛期多(少)雨年,低层850 hPa蒙古东南的气旋(反气旋)式距平环流、我国大陆东部的西南风(东北风)距平气流及日本南面的反气旋(气旋)式距平环流的共同作用加强(减弱)了低层西南暖湿气流在东北地区的辐合;多(少)雨年,中层500 hPa中高纬西风带经向运动加强(减弱),从贝加尔湖以北的高纬地区到日本附近的高度场呈 - (- -)的波列分布。8月的环流形势比7月更容易造成严重旱涝,下游鄂霍茨克海和日本海阻塞高压的发展和减弱是造成8月降水异常的重要因子。考虑7月旱涝流型演变时,应着重关注南北向 - 的“波列”;而考虑8月旱涝流型演变时,则更应着重关注东西向- - -的“波列”配置。多、少雨年,高、低层的散度场、垂直速度场及水汽条件等物理量场都有明显的差异。     

1961—2016年中国西北地区陆地水分收支的年代际变化特征

利用观测气象数据集（CN05.1）、地表水文数据集（VIC-CN05.1）以及大气再分析数据（JRA55）分析了我国西北地区1961-2016年暖季（5-9月）陆地水分收支的长期和年代际变化特征。通过对陆地水分收支（Land Water Availability,LWA）时间序列作Mann-Kendall突变检验,将1961-2016年划分为3个时段进行进一步分析（P1：1961-1978年;P2：1979-2008年;P3：2009-2016年）。主要结论如下：在1961-2016年间西北地区LWA呈上升趋势,区域平均的LWA时间序列具有明显的年代际特征。三个时段的LWA距平百分率分别为-5.45%、-0.46%和13.99%,总体表现为"减少-不变-增加"的特征,尤其是近些年地表水资源增加明显。三个时段的LWA距平百分率空间分布差异显著,尤其在新疆中部、甘肃东部和陕西。西北地区总体上水汽通量输送和垂直速度与降水年代际变化特征基本一致,且区域特征明显。西北地区蒸发受降水、向下长波辐射通量和风速变化影响显著。     

广州市南沙区万顷沙网河区排涝调蓄演算研究

快速城市化进程改变了城市地区原有下垫面,不透水层面积增加,暴雨期间汇流时间缩短,洪峰流量加大,进而导致城市内涝加剧,严重影响城市的防洪安全.本研究以广州市南沙区万顷沙网河区为研究对象,基于水量平衡的调蓄演算方法,对研究区域蓄排设施的规模进行分析;构建MIKE11一维网河模型,对涝区水情进行模拟,校核排涝工程规模,并对工...     

基于大数据的极端暴雨事件下城市道路交通及人群活动时空响应

随着全球气候变化加剧,极端降雨增多,暴雨内涝灾害频发,严重威胁城市的可持续发展。快速掌握暴雨给城市交通及人群的影响,有助于提高灾害应急管理水平和事件响应能力。利用实时动态的交通路况信息和手机定位请求数据,通过一种融合STL时序分解技术与极端学生化偏差统计检验的时间序列异常探测方法,监测和分析暴雨内涝灾害事件中,城市道路交通和人群活动的时空响应特征,并以2018年7月16日发生在北京的极端暴雨事件为例开展实证研究。研究结果显示,在降雨集中的早、晚高峰两个时段（8—9时、18—19时）,市区的拥堵道路数量超出往常水平最高可达150%,异常检测分析显示拥堵道路数量和交通拥堵指数均达到异常甚至极端水平。人群活动的异常响应分析结果显示,暴雨事件引起定位请求量异常升高、异常点增多,且异常点的空间分布与1 h前的降雨量分布存在较高相关性。以上结果不仅证明了大数据及异常检测方法对于快速洞察暴雨事件对城市交通及人群影响的有效性,也为城市暴雨内涝灾害的应急响应与管理提供了新的技术手段。     

2017年春季季风间期南海中北部浮游植物生长与微型浮游动物摄食

Phytoplankton growth rates and mortality rates were experimentally examined at 21 stations during the 2017 spring intermonsoon(April to early May) in the northern and central South China Sea(SCS) using the dilution technique, with emphasis on a comparison between the northern and central SCS areas which had different environmental factors. There had been higher temperature but lower nutrients and chlorophyll a concentrations in the central SCS than those in the northern SCS. The mean rates of phytoplankton growth(μ_0) and microzooplankton grazing(m) were(0.88±0.33) d~(–1) and(0.55±0.22) d~(–1) in the central SCS, and both higher than those in the northern SCS with the values of μ_0((0.81±0.16) d~(–1)) and m((0.30±0.09) d~(–1)), respectively.Phytoplankton growth and microzooplankton grazing rates were significantly coupled in both areas. The microzooplankton grazing impact(m/μ_0) on phytoplankton was also higher in the central SCS(0.63±0.12) than that in the northern SCS(0.37±0.06). The microzooplankton abundance was significantly correlated with temperature in the surface. Temperature might more effectively promote the microzooplankton grazing rate than phytoplankton growth rate, which might contribute to higher m and m/μ_0 in the central SCS. Compared with temperature, nutrients mainly affected the growth rate of phytoplankton. In the nutrient enrichment treatment,the phytoplankton growth rate(μn) was higher than μ_0 in the central SCS, suggesting phytoplankton growth in the central SCS was nutrient limited. The ratio of μ_0/μn was significantly correlated with nutrients concentrations in the both areas, indicating the limitation of nutrients was related to the concentrations of background nutrients in the study stations.     

酉阳河流域典型年汛期的基流分割研究

基流分割是水文学研究中的重难点问题之一,目前基流分割也存在许多方法.基于酉阳河典型年汛期实测日平均流量资料,分别采用Chapman-Maxwell改进方程数字滤波法一次滤波(参数N=1)以及二次滤波(参数N=2)、BFI(f)法、HYSEP固定步长法、HYSEP滑动步长法、HYSEP局部最小值法进行基流分割并对其结果进...     

无人机倾斜摄影三维模型在城市雨洪风险评估中的应用

研究城市雨洪风险问题,对提高城市洪涝灾害监测、预报的准确性,以及促进城市防洪决策制定具有重要的意义。鉴于高精度的城市三维模型可以提供丰富地理信息,便于准确分析淹没情况,本文针对当前城市洪涝模型对地形数据的高敏感性,且雨洪风险评估研究的准确性受限于地形数据精度的问题,提出利用无人机倾斜摄影测量技术重建高精度实景三维模型,并结合GIS的空间分析功能,以淹没深度为关键指标进行研究区的雨洪风险评估。通过提取不同重现期下研究区的淹没深度信息,进行可视化渲染实现三维淹没分析,可以直观地看到研究区的淹没情况,作为暴雨内涝风险管理依据,同时对城市规划布局有一定的参考价值。     

全球气候变化背景下海岸洪水灾害风险评估研究进展与展望

全球气候变化背景下,海平面上升以及高潮位和风暴潮引起的极值水位导致的海岸洪水对沿海社会经济和自然环境造成巨大影响,已是国内外关注的重点。论文梳理了广义和狭义海岸洪水的定义和要素,重点阐述了狭义海岸洪水的组成部分,从致灾因子、孕灾环境和承灾体以及风险评估方法与模型3个方面,系统总结了相关研究方法与研究成果的主要进展,以及存在的主要问题,并透视了未来拟加强的研究方向。建议加强沿海地区应对全球气候变化风险的研究,包括全球气候变化下多致灾因子耦合危险性和不确定性研究,沿海关键地区和关键暴露(关键基础设施)的风险评估研究,全球气候变化风险适应与减缓性措施的成本效益评价研究,提高沿海地区应对全球气候变化风险的韧性研究,以及建立多学科间的基础数据共享机制,采用交叉学科手段以便更综合、系统、动态研究海岸带问题,保障沿海地区开展全球气候变化下风险评估的需要。     

面向中国洪涝灾害应急监测的无人机空港布局

当前洪涝灾害对社会的经济发展和人民生命财产安全构成严重威胁。无人机机动、灵活,安全性高,可迅捷甚至实时获取灾区影像,对灾情的快速评估和应急救援决策意义重大。遥感无人机在洪涝灾害救援中能够发挥的重要作用已得到广泛共识,但是由于灾害的突发性,缺乏就近部署的资源制约了无人机遥感观测和救援作用的发挥。针对突发灾害,在区域和全国范围内建立起一定的无人机遥感应急体系成为国家面向未来正在考虑的选项。基于此,本研究提出了基于中国科学院的野外台站构建全国无人机遥感观测网的设想。本研究以中国防范洪涝灾害等级分布数据、行政区划数据、中国科学院野外台站分布数据和当前无人机性能数据库为数据源;以行政区划离散并提取的中心点作为需求点,台站作为设施点,不同洪涝等级区域内需要无人机进行应急观测的重要程度作为权重,利用最大覆盖选址模型进行空港选址布局;利用成本-效益曲线确定台站的最佳数量,最终从268个台站中选取出81个作为支撑全国洪涝灾害无人机遥感观测网络的无人机空港。无人机空港布局结果在理论上能够实现对中国绝大数突发洪涝灾害在2 h内初步完成洪涝观测,这对于构建中国空天地一体化的洪涝灾害监测体系具有重要意义。同时,本研究中的方法和成果对于进一步构建行业和综合性的全国无人机遥感观测网也具有一定借鉴和参照意义。