我国主要河川径流演变规律与归因及其区域特征

从径流演变规律主要分析方法和主要河川径流演变规律、径流主要归因方法和主要河川径流归因分析、案例分析、我国主要河川径流演变规律与径流归因分析区域分布特征4个方面系统总结和梳理了我国近年来在主要河川径流演变规律与归因及其区域特征研究方面取得的主要研究成果。结果表明:Mann-Kendall非参数趋势检验方法是较为常用的径流演变规律分析方法,水文模型法、统计分析方法和Budyko假设的流域水热耦合平衡方法是进行径流变化归因分析的常用方法,其中Budyko假设的流域水热耦合平衡方法应用较为广泛;我国主要河川径流量除西北诸河和西南河流源区部分河流呈增加趋势外,其他区域河川径流大多呈减少趋势;人类活动是引起我国主要河川径流变化的主要原因。

城市洪涝治理与韧性城市建设:变革、创新与启示

我国城市洪涝治理经历了从工程措施到工程与非工程措施并举,从洪涝分治到洪涝统筹,从城市局部治理到流域系统治理的重大转变。特别是海绵城市和韧性城市理念的引入,显著提升了城市洪涝治理水平,促进了城市可持续发展。经过多年探索与实践,我国在技术应用、政策管理、公众与社会参与等方面取得了显著进展,城市洪涝模拟与风险评估取得重要成果,监测感知系统日趋完善,预报预警技术取得突破,应用场景更加广泛;跨部门协作与联动机制、政府与社会资本合作模式的提出,高效信息传播机制和公众参与程度的加强,均显著增强了城市应对洪涝灾害的能力,为防洪减灾工作提供了有力支撑。借助北斗卫星、激光雷达、物联网、人工智能、大数据等先进技术,我国持续推进数字孪生流域、国家水网与区域水网建设,为洪涝治理和水利高质量发展提供了重要支撑。今后,城市洪涝治理将继续朝着系统化、智能化、生态化方向发展,面对新时代的机遇与挑战,应结合海绵城市与韧性城市建设,坚持系统治理、坚守底线思维、坚持创新发展,通过全局性谋划和整体性推动,不断提升水旱灾害防御水平和水安全保障能力。

我国沿海地区城市洪(潮)涝成因及应对策略——以深圳市为例

沿海地区受地理位置、全球气候变化和城市化快速发展等影响,城市洪(潮)涝灾害频发,已成为影响我国沿海地区城市公共安全的突出问题,严重制约经济社会可持续健康发展。根据城市水文循环过程,综合考虑致灾因子、孕灾环境和承灾体等,将沿海地区城市洪(潮)涝成因概括为“先天不足—后天变化”两个方面,并以深圳市为例进行了深入分析。在此基础上,从提高防洪(潮)和排涝能力,协调防洪、除涝、排水标准,科学规划城市发展,充分考虑地下空间竖向设计,全面加强流域统一管理5个方面提出沿海地区城市洪(潮)涝应对策略,为沿海地区城市防洪(潮)、除涝工程体系建设和城市洪(潮)涝风险管理提供支撑。

序

近年来,随着我国城市化进程的不断加快,加之气候变化影响的不断加剧,城市洪涝问题日益严峻,“城市看海”“城市看江”现象愈演愈烈,尤其是北京“7·21”、郑州“7·20”以及海河流域“23·7”极端暴雨的发生,严重影响了人民生命财产的安全和正常的生产生活,城市洪涝问题已成为影响我国城市安全的顽疾.2016年,北京师范大学为响应国家关于解决城市内涝和海绵城市建设的号召,切实解决城市洪涝问题和水资源短缺问题,改善城市水环境,在北京市科委的支持下,在全国率先成立了以城市水科学研究为核心的城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室(以下简称本实验室).

基于精细化空间格局的城市承灾体脆弱性评估

针对目前流域内部跨行政区单元空间精细化模拟并用于评估城市洪涝灾害工作的空白,本文着重聚焦精细化经济指标空间分布并将多源数据融合,构建了基于精细化空间格局的城市承灾体脆弱性评估体系,量化了深圳河流域脆弱性等级。研究结果表明:单一数据不足以准确模拟流域GDP密度,结合多源数据是进行GDP空间精细化更加有效的办法;深圳河流域GDP密度与第二、三产业空间化结果显示出高度一致性,产值密度最高达617214万元/km^(2);流域两岸脆弱性等级存在显著差异和区域特征,深圳侧脆弱性明显高于香港侧,高脆弱性地区约占流域面积的8.8%。研究结果有助于识别灾害危险性大小和损失程度,提高城市洪涝灾害评估的精确性。

基于多智能体模型的城市洪涝灾害动态风险评估

围绕城市洪涝灾害过程中对人口动态风险评估的需求,在城市水文水动力模型基础上,提出了基于多智能体模型的城市洪涝灾害动态风险评估方法,分别设置孕灾环境智能体、致灾因子智能体、承灾体智能体的运行规则,并给出多智能体之间的通信机制,以实现城市洪涝灾害过程人口动态风险定量评估。以北京市海淀区清河流域某典型排水分区为例,利用SWMM和LISFLOOD-FP模型,模拟50年一遇设计降雨情景下的洪涝灾害过程,并基于NetLogo模型构建城市洪涝灾害承灾体动态风险评估模型对研究区中的人口动态风险进行了评估。结果表明:50年一遇设计降雨情景下,研究区洪涝风险面积从降雨历时T=4 h的0.608 km^(2)增加到T=30h的2.202 km^(2);常规模拟情景下,研究区低风险人口数持续下降、高风险人口数持续上升,最终低风险人口数稳定占比为75.75%,高风险人口数稳定占比为22.85%;在设置救援避险策略后,研究区低风险人口数先下降后升高,在T=4.5 h时,最低人口数占比为92.30%,而高风险人口数先升高后降低,最高人口数占比为7.07%,最终低风险人口数稳定占比为100%。

基于SWMM与LISFLOOD-FP耦合模型的城市街区内涝模拟研究

为了评估高度城市化建设背景下暴雨侵袭时城市街区内涝灾害的演变过程,以北京市海淀区清河流域某典型排水分区为研究对象,构建了基于SWMM与LISFLOOD-FP模型的水文水动力耦合模型。选择P20210712、P20210718和P202108233场实测降雨率定和验证模型参数,并应用于P20210703实测降雨的预测,同时选取降雨重现期分别为10、20、30、50 a的长历时(24 h)设计降雨情景进行内涝模拟分析。结果表明:3场实测降雨条件下模型的纳什效率系数分别为0.76、0.68、0.71,模型参数设置合理;P20210703实测降雨条件下,模型模拟所得淹没范围、淹没水深与实际观测情况较为吻合,耦合模型精度较高;4种不同降雨重现期的长历时设计降雨情景下,溢流节点数和溢流总量均随降雨重现期的增大而增加,淹没深度大于1.00 m的淹没面积从降雨重现期为10 a的0.024 km^(2),增大到降雨重现期为50 a的0.345 km^(2),主要集中在上地下凹桥区、安宁庄西路、安宁庄中街、安宁庄路等位置,与观测情况吻合较好。

银川市典农河流域鱼类多样性研究及水生态系统健康评价

典农河作为银川市主要淡水生态系统之一,其水生态系统健康状况与银川市的高质量发展息息相关。2022年9月在典农河流域开展野外采样调查,共设置采样点40个,采集鱼类和水环境因子信息,分析了典农河流域鱼类群落结构和功能多样性,并采用鱼类完整性指数法对典农河流域水生态系统健康状况进行了评价。结果表明:影响典农河流域鱼类群落结构的主要环境因子为总氮;典农河、阅海、宝湖和鹤泉湖鱼类物种数、群落物种多样性和功能多样性存在显著差异;阅海水生态系统健康状况优于典农河、宝湖和鹤泉湖,典农河和鹤泉湖水生态系统健康均处于良好等级,宝湖则处于一般等级。

基于容积法和水文模型法的海绵设施效能评估研究

为了提升海绵设施布设的科学性和合理性,充分发挥海绵设施的效能,提出了基于容积法和水文模型法的海绵设施效能评估方法.以迁安市某海绵型建筑小区为例,借助容积法量化海绵设计方案,利用水文模型设置海绵设施控制雨水的优选路径,分别选用2、5、10 a的短历时(2 h)设计降雨情景对海绵设施建设效能进行评估,结果表明:1)与排水口演算和不透水区演算模式相比,透水区演算模式更契合海绵城市建设理念;2)在2、5、10 a的短历时(2h)设计降雨情景下,相对于海绵设施布设前,布设后场地雨水径流总量削减率分别为86.9%、82.4%、79.6%,径流峰值流量平均削减为94.57%、87.89%、86.45%,雨水管道中最大充满度80%以上的管道长度分别降低了86.55%、85.27%、64.48%;3)在10 a一遇设计降雨重现期下,溢流节点J31在海绵设施布设后,井内最高水位降低了1.332 m,且其他9个溢流风险节点其水位也明显降低.上述研究表明,在低重现期短历时(2h)设计降雨情景下,海绵设施对场地径流总量、峰值流量有很好的削减作用,对雨水管道排水压力有显著减轻作用,对节点溢流风险有很好的控制效果,为今后开展海绵城市源头减排设施的布设提供了有价值的参考.

城市化进程对汛期降水特征的影响——以济南市为例

以往多项研究均表明城市化对降水存在影响,但开展不同城市化阶段对研究区降水影响的研究较少.本文以济南市为研究区,结合1985−2022年土地利用变化与降水数据,探讨了城市化过程对汛期降水特征的影响.本文分析了研究区历史土地利用变化特征,揭示了增雨系数对不透水率的响应规律;定量分析了不透水率对不同等级降水的具体影响.结果表明济南市城市化过程可以分为4个阶段.1995−2000年不透水面面积增速最大,平均为114.77 km^(2)·a^(−1).当不透水率>26%时,增雨系数>1.0,>43%时达到1.10,>60%时将达到1.20.城市化进程随不透水率提高明显促进了小型降雨的发生.

济南市主城区城市洪涝风险分析

随着经济社会的高速发展和城市化进程的不断推进,我国多数大中城市面临着严峻的城市洪涝问题,构建科学合理的洪涝风险评价体系对政府制定防洪减灾政策至关重要。以济南市主城区为例,构建元胞自动机CAflood模型,基于模拟结果,耦合指标体系法和数值模拟法,结合层次分析法和熵权法计算的组合权重,构建新的洪涝风险评价体系,评估主城区不同暴雨情景下洪涝风险。结果表明,综合熵权法与层次分析法的组合赋权法能够结合各方法的主客观优势,较单一赋权方法更加科学合理;区划结果表明,高风险区与济南市历史洪涝灾害伤亡地点高度吻合,新评价体系在济南市洪涝风险区划中具有较高的适用性;随着重现期增大,中风险及以上风险等级面积不断增加。其中,高风险面积变化对重现期为5~10年降雨变化最为敏感,建议济南市在遭遇这一重现期暴雨时,防汛部门重点关注高风险区受灾情况,及时做好灾害预警及减灾措施。

西藏地区气温、降水及相对湿度的趋势分析

采用非参数统计检验方法(Mann-Kendall法)对西藏地区25个气象站1960—2001年的气温、降水和相对湿度3个气候要素的长期变化趋势进行了分析。结果表明:近42年来西藏地区气候表现出向暖湿型发展的趋势,即有气温逐渐升高、降雨量和相对湿度逐渐增加的趋势;西藏地区的暖湿现象主要发生在秋季,春季增幅小于秋季,夏季表现出一定的暖干趋势;冬季为明显增温,但湿度变化不明显。42年来西藏地区年平均气温、降水和相对湿度的Kendall倾斜度值分别为0.31℃/10a、0.96mm/a和0.3%/10a。通过非参数检验分析可知,秋、冬两季气温的上升趋势相对较强,尤其是冬季增温最为显著;夏季降水呈减少趋势,其余季节均表现出不同程度的上升趋势;夏季存在减湿现象,而春、秋两季则表现出较明显的增湿现象。

渭河流域水生态系统群落结构特征及其健康评价

以渭河流域为对象,基于77个点位的水生态采样和调查结果,分析了该流域干支流着生藻类、大型底栖动物和鱼类3种生物类群群落结构特征,采用生物完整性指数评价了渭河流域鱼类、大型底栖动物和着生藻类的完整性,并对3种生物类群进行评价分析与比较。结果表明:基于3种生物类群的水生态系统健康评价结果存在一定差异,主要是由于3种生物类群对环境变化的响应各有不同,其中大型底栖动物的评价结果最好,其次为着生藻类,鱼类健康评价结果最差。综合来看,渭河流域水生态系统健康状况较差,受人类活动影响明显,大体表现为从上游到下游健康状况越来越差的趋势。对于渭河流域,影响鱼类、大型底栖动物和着生藻类的环境因子各有不同。通过系统全面地调查分析渭河流域不同生物类群的群落结构,可为流域水生态系统恢复提供科学依据。

西南河流源区径流量变化规律及其未来演变趋势

采用统计学方法及集合经验模态分解、小波分析、水文模型等多种方法,在对气象水文、湖泊岩芯、树木年轮、气候模式数据进行深入分析的基础上,研究了西南河流源区径流变化规律与历史丰枯规律及其驱动机制,分析了未来气候变化影响下的径流演变趋势。结果表明:三江源地区的径流近50 a整体表现为上升趋势,雅鲁藏布江流域除尼洋河外的其他区域年径流量整体呈不显著下降趋势,气候变化是导致三江源、雅鲁藏布江和怒江流域径流变化的主要原因,其中降水是引起径流变化最关键的因子;主要河流径流不同时间尺度的丰枯演变规律为,雅鲁藏布江中游全新世洪水事件呈现出早晚全新世频繁、中全新世相对较少的特征,近500 a怒江流域重建径流序列存在10个丰水期和10个枯水期,丰枯序列变化主要受季风环流和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)活动的影响;在未来15~60 a,全球持续增温将使西南河流源区平均年径流深相比近30 a增加6%~14%,而极端径流呈现出“干更干、湿更湿”的变化特征,同时生态因子对径流变化的影响不可忽视。

石羊河流域主要气象要素及径流变化趋势分析

在对石羊河流域1956年～2003年诸月与年平均气温、降水及径流资料进行Mann—Kendall非参数统计检验的基础上，运用R／S法分析了流域的年平均气温、降水、径流时间序列的持续性，估算了各项指标的Hurst指数，以定量估计未来气候及径流的变化趋势，并采用随机重排法对估算结果进行了稳定性检验。结果表明：石羊河流域1956年～2003年各月及年平均气温绝大多数都以增温为主；武威和永昌两个站点的年平均降水表现为显著增加，其他站点各月没有显著趋势；古浪河和杂木河年平均径流量减少的趋势显著，其他支流径流量减少趋势不明显；干流各月及年平均径流量减少的趋势十分显著。各站点Hurst指数结果表明，石羊河流域未来的气温、降水、径流变化趋势都表现为较强的持续性，与过去近48年的变化趋势基本保持一致。

黄河流域日照时数变化趋势分析

本文利用非参数统计检验方法(Mann-Kendall法)分析了黄河流域77个气象站1958年～2001年日照时数序列的长期变化趋势,并用参数检验法对其结果进行了相互验证.结果表明,黄河流域1958年～2001年的年、典型月日照时数序列均大致存在一定的下降趋势,年序列所选77个站中有53个表现出下降趋势,只有24个表现出一定的上升趋势;在有意义(拒绝零假设)的34个站点中,28个站点表现出下降趋势,6个显示出上升趋势.为了进一步阐明日照时数长期变化趋势的时空分布特点,根据研究区的气候特点,将黄河流域分为5个子区域.结果表明子区域Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ的日照时间均表现出了明显的下降趋势,但这一趋势在子区域Ⅳ和Ⅴ表现并不明显.这一结果说明在过去的40年到50年期间,黄河流域的日照时间总体上呈下降趋势,这一趋势在黄河流域中下游地区尤其明显.在此基础上,选择1月、4月、7月和10月作为一年四季的代表时段,对日照时数的时间分布特点进行了分析.其结果表明,对年日照时数下降趋势贡献最大的月份是1月、6月、10月和12月;日照时数的长期变化趋势既存在一定的时间差异,也存在着一定的地区差异.

北京地区降水量时空分布规律分析

通过运用非参数检验方法（Mann-Kendall法）,利用北京地区20个气象站点44年（1961-2004）观测的逐月降水资料,分析了北京地区降水量的时空分布规律.结果表明：在时间上,年平均降水量总趋势以每年1.72 mm的变化率减少,这种减少主要是由夏季、冬季降水量减少所引起的,尤以夏季最为显著,变化率为-3.26 mm/a,而在春、秋两季降水量则呈现出增加的趋势,变化率分别为0.34 mm/a和0.77 mm/a.降水期主要集中于夏季（6～8月）,可占全年降水量的72.5%.在空间上,年降水量的高值区位于山前迎风坡一带,大致呈带状自西南伸向东北,高值区的西北、东南两侧雨量逐渐减少.市区形成一个明显的下降中心,其中海淀区年均减少3.7mm,降幅最大.

气候变化影响下的流域水循环:回顾与展望

随着全球气候变化的影响日益加剧,气候变化对流域水循环影响的研究成为普遍关注的焦点.数理统计和水文模拟两大手段的运用贯穿于过去30余年的研究当中,本文就其中所涉及的水文气象要素趋势分析、大气环流模式(GCMs)评估、降尺度技术及其选择、水文模型及其选择、不确定性分析5大内容的研究成果进行回顾与展望,以拉萨河流域为例综合运用前述技术分析区域气候变化特征及其对流域径流的影响.结果表明,在未来经济社会发展与气候变化情景下,流域径流时空分布不均匀性更加显著,具体表现为集中性增强,这给区域防洪抗旱与水资源配置等都带来了巨大挑战.通过系统阐述如何开展气候变化对流域水循环的影响研究及所包含的关键问题,可为后续相关研究和区域水资源管理提供科学依据与决策支撑.

山东省近40a来的气温和降水变化趋势分析

本文利用非参数检验法(Mann-Kendall法)分析了山东省15个站点近40 a(1958—1998)来气温和降水的长期变化趋势。结果表明:全省气温除西南的莘县、兖州有下降趋势外,大部分地区呈现上升趋势,全省平均上升0.06℃/10a。分季情况为:春季和冬季气温有上升趋势,其中冬季气温上升对全省气温上升的贡献率最大。夏季气温基本保持不变,秋季气温有下降趋势。全省除济南降水量呈略微上升趋势外,其余地区的降水倾向率均为负值,全省的降水倾向率为-3.05 mm/a。表明山东省自1960年以来,年均降水量呈现减少趋势。减少幅度东南部大于西北部,以东南沿海平均减少幅度最大。

中国城市洪涝致灾机理与风险评估研究进展

近年来,在全球气候变化和城市化快速发展的共同影响下,中国城市洪涝灾害日益严重,已经成为影响中国城市公共安全的突出问题,严重制约经济社会的持续健康发展。变化环境下城市洪涝致灾机理与风险评估研究是完善城市防洪除涝减灾体系、提升城市防洪除涝能力的重要依据。本文阐述了气候变化和城市化发展对城市洪涝灾害的影响机制,系统分析了城市洪涝灾害的驱动要素和致灾机理,梳理了城市洪涝灾害的风险评估和分区方法,并以济南市海绵城市示范区为例,对城市洪涝灾害风险分区方法进行了分析和对比。