多源DEM数据在山区流域河网提取中的对比

针对何种DEM数据更适合山区流域的河网提取,选择长江上游与珠江上游的山区流域,以ALOS 12.5 m DEM、ASTER 30 m GDEM与SRTM 90 m DEM为基础数据,基于Arcpy提取研究区域河网,通过河网套合差、Arc Hydro Tools对提取结果进行修正与评价,探讨山区流域最佳集水面积阈值的选择与地形特征对数字河网提取的影响。结果表明:①分辨率为12.5 m的ALOS DEM河网套合差最小,能更真实地反映山区流域的水系发育程度;②通过Arc Hydro Tools修正DEM数据,3种DEM的河网套合差均减小,可明显提高河网的提取精度;③基于均值变点分析法确定研究区最佳集水面积阈值,ALOS DEM的最佳集水面积阈值为20000,ASTER GDEM与SRTM DEM为500;④大起伏山地有利于河网的提取,ALOS DEM提取效果最佳。因此,经过修正的ALOS DEM提取流域水系效果最佳,成果可为山区流域提取水系提供一定的参考和借鉴。

基于大范围地面墒情监测的鄱阳湖流域农业干旱

以鄱阳湖流域为研究区,基于2011—2020年22个墒情站的逐日地面墒情监测数据、1956—2020年49个雨量站的日降雨数据及2016—2019年墒情站所在灌区的气象数据,采用考虑植被生理状态的土壤水分亏缺指数(SWDI)表征农业干旱,分析不同尺度下墒情、包气带缺水量和降水量的时空分布,评估SWDI在鄱阳湖流域农业干旱监测中的适用性,揭示该流域农业干旱时空演变特征及其对气象干旱的响应规律,初步探讨土壤质地与农业干旱强度的相关性。结果表明:①SWDI对鄱阳湖流域农业干旱诊断具有较好的适用性;②近10 a该流域农业干旱呈显著加重趋势,其中2019—2020年发生流域性重度农业干旱,且夏、秋、冬连旱,是近10 a的主导季节性农业干旱,对水稻、油菜等粮食产量影响显著;③相较于气象干旱,农业干旱发生、结束时间分别平均约晚2.5周和3周,历时长10.1周,频次更低,干旱等级更小;④砂土持水性最差,易发生特大农业干旱,黏土、黏壤土保水性最好,轻旱和中旱发生概率较大,壤土、砂壤土和壤砂土则介于二者之间。

上海市设计潮位及典型过程推求

以上海市为对象,在台风降雨与潮位组合概率分析的基础上,确定上海市设计典型潮位过程。根据典型台风期间暴雨与高潮位及遭遇特征分析,建立了年最大1 d台风降水和相应潮位的二元联合分布模型,从而得到两者在不同设计频率组合下的联合概率及同现重现期,进而确定上海市的设计典型潮位过程。结果表明:上海市内涝防治潮位设计标准定为2 a一遇至5 a一遇较合适;2005年"麦莎"台风期间的实测潮位过程可以作为与20 a一遇最大24 h面暴雨过程匹配的设计潮型,来确定上海市的防洪排水除涝标准。

资水流域短期/长期综合干旱指数的构建与应用

干旱评估作为干旱灾害监测与防御的一个重要方面,如何准确评价并预测研究区域的旱情是当前研究的热点和难点。基于资水罗家庙以上流域的水文、气象资料,分别计算具有不同时间尺度的干旱指数值,利用主成分分析方法,分别研制基于水文模型的短期/长期综合干旱指数并探讨了其在资水流域的适用性。研究结果表明:短期综合干旱指数和长期干旱指数均能很好识别并评价资水流域的历史干旱。研究成果可为长江流域及其他流域建立和健全干旱监测与预警系统提供重要参考。

长三角地区典型海绵设施水文效益试验研究

开展不同海绵设施在中国长三角气候模式下的水文效益研究,对增强城市应对内涝能力从而提高城市对变化环境的适应性具有重要科学意义。选择国家首批海绵试点城市镇江海绵基地4种典型海绵设施作为研究案例,采用径流系数、削减率、削峰率及洪峰流量等指标,评估场次降雨与海绵设施出流相关性,分析海绵设施在不同降水量级和降雨雨型下的水文性能,以及运行时间对海绵设施水文效益的影响。结果表明:①透水铺装类海绵设施的降雨—径流关系呈单一式;而绿植类则表现为分段式,即在场次降水量超过一定临界暴雨量之后关系线发生转折,其中平均径流系数增加了8.4~38.5倍,平均削峰率和削减率分别减少了50.4%和44.6%。②暴雨条件下不同海绵设施的产流能力和洪峰流量最大,对径流总量消减能力及洪峰流量削减能力最弱,且从暴雨到大雨变化规律比大雨到中雨变化规律更显著。③海绵设施的水文性能受到降雨雨型、平均降雨强度和最大单位降雨强度等因子多重复合影响。除雨水花园外,其他海绵设施的径流系数对上述影响因子变化最为敏感,洪峰流量次之,削减率第3,削峰率的敏感性显著低于前面三者。④车行透水砖运行1 a后,其产流能力与洪峰流量分别显著增加1.7~2.1倍和1.9~2.5倍;径流控制能力显著减弱,其中消减能力降低了16%。

基于空间信息平台的土地利用方式变化径流响应模拟

以淮河上游息县水文站以上为研究区域,基于研究区域3期（20世纪80年代2、0世纪90年代、2000年以后）土地利用图模拟分析土地利用变化对流域产水的影响.利用流域附近8个气象站1980-2005年的资料,内插得到流域内的气象资料,应用P-M法耦合植物生长模型（EPIC）计算流域潜在蒸散发;利用息县以上集水区域1980-2005年63个雨量站资料及尺度为1∶200000土壤类型图,选用SWAT模型模拟流域的径流过程,并分析了产水特性参数时空变化.结果表明：降雨量的大小弱化了流域下垫面条件对产水的影响;在降雨和土壤质地相同的情况下,产水能力旱地大于水田大于草地大于林地;旱地增加后流域产水量也会增加,林地不易于流域的产流.

1971—2010年上海市降水变化特征分析

基于1971—2010年上海市徐家汇站的日降雨资料,采用一元线性回归法、Mann-Kendall法和小波分析等方法,对上海市40年来的年代际降水、年降水、汛期与非汛期降水的变化和周期变化特征进行研究和分析,并对降水的频率特征和典型台风期间的暴雨特征进行了分析。结果表明:上海市年代际降水、年降水、汛期与非汛期降水均呈增加趋势;年降水和汛期降水的震荡周期吻合,主周期均为8a左右,汛期降水与年降水的变化趋势相似性很大,说明汛期降水量较大程度地决定年降水量;非汛期降水主周期为4a左右;小雨所占比例随年代逐渐减少,而暴雨所占比例随年代逐渐增多,台风期间的暴雨雨量高度集中,强度大。

上海市不同历时暴雨组合概率研究

基于上海市徐家汇站1960—2011年的日降雨资料,分析上海市年最大1d和3d降水量年际变化和年代际变化特性;择优选择GH Copula函数构建了年最大1 d与3 d降水量的联合分布模型,并推算它们的同现重现期和组合风险概率。结果表明:年最大1 d和3 d降水随时间呈增加趋势,自20世纪70年代开始其均值随年代增加;年最大1 d和3 d设计暴雨同频遭遇风险率在75%~85%之间,且同现风险率随年最大1 d设计暴雨值增大而增加。在设计上海市防洪排涝标准时若考虑最大1 d和3 d降水量的遭遇组合,有利于提升防洪排涝能力,保障防洪安全。

天津地区近21年地下水埋深变化特征及其影响因素

选用天津地区89个观测井1990—2010年的月地下水埋深,基于Mann-Kendall法研究地下水埋深的变化趋势、埋深变幅年代际变化特性及其年内分配变化特性,并探讨影响地下水埋深的相关因素。结果表明:观测期内天津平原区不同含水组地下水埋深的时空变化和影响因素差距较大,尤其在2000年后,由于受开采量的影响,地下水年际和年内变化更为剧烈。研究结果可为天津地区地下水资源的可持续利用和保护决策提供重要参考。

北京市平原地区地下水动态变化规律及影响因素分析

选用北京市平原地区74眼潜水观测井1990～2009年月埋深资料,基于Mann-Kendall法分析地下水埋深趋势及突变情况,分析了埋深的年代际及年内变化规律,并采用多元线性回归方程分析了气候变化和人类活动对地下水动态的影响。结果表明,地下水埋深在2000年前后发生突变,2000年代地下水埋深剧烈增加,且埋深增幅较大的区域较20世纪90年代大面积扩张;大多数地区地下水动态类型为降雨入渗补给—开采型,靠近水域的地区为灌溉入渗—蒸发型;回归方程相关性显著,说明地下水位变化与降水量和超采量有密切联系。

三峡-葛洲坝梯级水库不同蓄水阶段对其下游泥沙特性的影响分析

为了分析三峡-葛洲坝梯级水库对长江泥沙特性的影响,选取位于三峡-葛洲坝梯级水库上游和下游的寸滩和宜昌水文站为研究站点,以葛洲坝及三峡水库建设和运行的不同阶段划分研究时段,利用寸滩、宜昌1954—2012年的长系列日流量和日含沙量资料,从年、月、日3个时间尺度定量分析三峡-葛洲坝梯级水库上游对下游泥沙特性的影响。结果表明:三峡-葛洲坝梯级水库对其下游年、月、日尺度的泥沙特性影响随水库库容、运行阶段的变化而变化;库容越大,蓄水位越高,影响越显著。研究成果旨在为分析评价大坝的运行对长江生态系统健康与稳定性的影响提供参考。

不同干旱指数在唐山地区旱情评价中的应用

基于唐山地区1957—2011年的气象资料,比较分析标准化降水指数(S SPI)、标准化降水蒸散发指数(S SPEI)和帕默尔水文干旱指数(P PHDI)3种不同干旱指数的相关性,并评价了各个指数在唐山地区连旱期间的适用性。结果表明:各时间尺度(年、季、月)的S SPI和S SPEI均显著相关;P PHDI与年尺度的S SPI和S SPEI均显著相关。P PHDI对长期干旱判断效果明显优于短期干旱。年尺度S SPEI和S SPI对干旱事件识别效果比较接近,二者对长期干旱判断偏涝,对短期干旱判断效果明显优于P PHDI。在气温偏低的年份,季尺度的S SPI能很好地反映旱情的严重程度,在气候变暖的背景下,季尺度S SPEI比S SPI更能准确地判断和评价旱情。

变化环境下黄浦江年最高潮位频率分析

受气候变化及人类活动的影响，近三十多年来黄浦江频繁出现高潮位，以往潮位设计值的可靠性值得商榷。基于吴淞站、黄浦公园站的实测年最高潮住资料，分别选取1912～2010年、1913～2010年的潮位序列，在对潮位资料进行一致性检验、一致性修正的基础上，采用P-Ⅲ和EV—1分布进行频率分析。结果表明，仅吴淞站的年最高潮位序列通过一致性检验，而黄浦公园站的潮位序列则需进行一致性修正；两种频率分布曲线对黄浦江年最高潮位设计值的估计相差不大，且千年一遏的设计值均比上海市区目前采用的1985年经水利部批准的千年一遇的设防标准要高，更符合变化环境下实际潮位的上升趋势。研究结果可为上海市防洪规划提供重要依据。

新安江模型在土壤侵蚀模拟中的应用

以淮河上游大坡岭水文站以上为研究流域，将新安江模型与修正通用土壤流失方程耦合，构建基于网格尺度的流域坡面泥沙负荷计算模型，结合河道泥沙输移计算模型，实现流域径流量、泥沙负荷时空变化全过程模拟。应用2000-2008年实测日降水、日蒸发、日流量和日含沙量等资料，以日为时间尺度模拟计算了大坡岭站的径流量和泥沙负荷。结果表明，新安江模型可成功应用于淮河流域水土流失预报，扩展了新安江模型的应用领域，对从源头控制淮河流域上游水土流失和面源污染、水土资源的可持续开发和利用具有一定的指导意义和参考价值。

多种干旱指标在天津地区干旱评价中的应用

以天津地区为例，基于1954～2011年的月降雨和月气温等气象资料，比较分析了标准化降水指数（SPI）、帕默尔干旱指标（P㈣）和标准化降水蒸散发指数（SPEI）三种干旱指数在不同时间尺度的相关性，并探讨了在干旱事件评价中的应用效果。结果表明，不同时间尺度的SPI和SPEI相关性显著，PDSI与年尺度SPI、SPEI显著相关，SPEI对实际旱情的判断稍优于SPI和PDSI天津地区持续干旱在加剧，值得进一步关注。

城市化圩区排涝模数及其与主要影响因子间的关系研究

随着社会经济的快速发展,我国南方圩区城市化进程加快,圩区内下垫面条件和排涝特点发生改变,原有农业圩区排涝模数计算方法不再适用。以江苏南部青阳园区为例,详述了城市化圩区排涝模数计算的平均排除方法,同时利用多元回归分析法定量得出了排涝模数与调蓄库容、综合径流系数3者之间的多元回归方程,回归方程通过了显著性检验。研究成果可以为圩区水系规划与水资源开发利用提供决策依据,也可为沿江城市化圩区排涝水文计算分析提供参考。

基于双源蒸散发的新安江模型在淮河上游的应用

传统的新安江模型在计算流域蒸散发能力时仅依据非常有限的几个蒸发站的蒸发皿实测水面蒸发乘以一个折算系数来获得,不能考虑土地利用/覆被、气候特征、植被叶面积指数等因子的时空差异性和土壤特性、流域地形的空间差异性对流域蒸散发量影响。通过将考虑植被叶面积指数动态变化对蒸散发影响的双源蒸散发模型与新安江模型集成,改进了新安江模型的蒸散发计算模块,并以淮河息县水文站以上流域为研究区,以日为时间尺度,基于地形、土地利用、气象及水文资料对息县以上流域2000~2008年降雨径流过程进行模拟,结果表明,基于双源蒸散发的新安江模型能有效地模拟淮河上游降雨径流过程,满足模拟精度要求。研究成果为改进新安江模型中蒸散发计算模块提供了依据,也可为改进的新安江模型在其他流域的应用提供参考。

基于VIC模型的滦河流域综合干旱指数的构建与应用

干旱频发已成为严重制约社会经济可持续发展的重要因素,但由于干旱形成机理复杂,影响因素众多,目前尚无公认普遍适用的干旱指数,因此寻找并构建适用于研究区的综合干旱指数成为当前研究的热点和重点。本文以滦河流域为研究对象,选取1960-1979年为研究期,通过对降水距平百分数、相对湿润度和由VIC模型的中间变量-土壤含水量计算得到的土壤相对湿度指数进行主成分分析,构建了适用于该流域的综合干旱指数,对研究期的旱情进行了评价,并与标准化降水指数(SPI)、帕默尔指数(PDSI)的评价结果进行比较,验证其适用性。结果表明:基于VIC模型的综合干旱指数能较好地评价滦河流域历史旱情。该研究在提升海河流域干旱监测和评价能力方面具有一定的理论与实用价值,也为其它流域的干旱评价具有参考价值。

不同时间步长对次洪模拟影响的评价与分析

为研究不同计算时段对半湿润半干旱地区次洪模拟的影响，选取西泉流域1973～1999年不同年代具有代表性的次洪降雨径流资料，采用不同时段步长、应用垂向混合产流模型模拟计算并对比分析结果。结果表明，计算时段为0．5h的洪峰模拟与洪水过程拟合程度模拟效果优于1h的模拟结果。

基于系统微分响应的暴雨强度公式参数优化

暴雨强度公式参数的优化求解本质是一个高维非线性优化问题,目前常采用的优化求解方法是在以误差平方和为目标函数的基础上通过智能算法优化求解参数。为研究这类方法的合理性,通过随机抽样、参数空间网格化方法分析了常用暴雨强度公式参数求解方法的局限性,评价了常用智能算法的参数优化能力,进而提出了基于系统微分响应的暴雨强度公式参数优化方法。结果表明:以均方误差作为目标函数对非线性函数求解参数会增加额外参数解;在没有有效确定参数范围的情况下,随机抽样很难获得满足精度要求的参数样本,在有效确定参数范围后,目标函数的响应面上仍会存在无穷多个局部最优值,且很多局部最优的目标函数与全局最优近乎相同;以粒子群算法、SCE-UA算法为代表的随机搜索优化算法会因为参数初始取值范围过大、目标函数响应面局部最优参数解数量过多等问题而难以获得参数真值;提出的基于系统微分响应的暴雨强度公式参数优化方法能够快速寻找到参数真值,不仅效率高且能够避免陷入局部最优。