基于特征参数的长历时降雨雨型研究

近年来极端降雨频发,从而引发城市内涝、山洪、泥石流等灾害。由于长历时降雨往往伴随着较大的降雨量,其致灾能力不可忽视。降雨雨型对降雨导致的灾害影响较大,开展长历时降雨雨型研究对防灾减灾工作具有重要意义。以四川省苍溪县降雨为例,依据苍溪站2013~2022年逐时降雨资料,采用综合雨峰位置系数和集中趋势度将33场长历时降雨划分为七种不同雨型,并确定了各典型雨型的时程分配。结果表明,该地区长历时降雨主要以峰值偏前或居中的集中型降雨为主,分散型及均匀型降雨发生的概率较小。不同雨型的雨量分配在降雨前期即存在明显差别,因此可结合气象数据,在整场降雨的中前期对雨型进行预测,为相关防护工作提供依据。

中国长短历时暴雨时空变化格局及其对总暴雨贡献的研究(1951—2010)

采用中国1951—2010年659个站点的日值降水数据,以暴雨持续长短为标准对短和长历时暴雨计算,结果表明:在空间上,中国短历时暴雨量从1951到2010年呈现出由东南沿海向西北内陆梯次减少的现象,而长历时暴雨量则主要集中在广东、广西、海南等东南沿海地区。在时间上,中国年际和年代际短和长历时暴雨均呈现增加趋势。在降水贡献率占比上,1951—2010年中国总暴雨量占总降雨量以及总暴雨日占总降雨日的比例分别为6.1%—27.7%和0.6%—2.5%;同期中国短历时暴雨量在总暴雨量和短历时暴雨日在总暴雨日中的比例分别为75.9%—89.4%和75.6%—89.2%,短历时暴雨占主导地位;而长历时暴雨量在总暴雨量和长历时暴雨日在总暴雨日中的比例分别只占10.6%—24.1%和10.8%—24.4%。在降水贡献率变化趋势上,在1951—2010年间,中国总暴雨对总降雨的贡献率呈增加趋势,其雨量和雨日的贡献率趋势分别为2.1%/10a和0.2%/10a;短历时暴雨对总暴雨的贡献率也呈增加趋势,其雨量和雨日的贡献率趋势分别为0.5%/10a和0.4%/10a;而长历时暴雨对总暴雨的贡献率呈减少趋势,其雨量和雨日的贡献率趋势分别为-0.5%/10a和-0.4%/10a。以上结果表明中国降水在朝着极端化方向变化,短历时暴雨增多显著。

辽宁长历时强降水的环境特征分析

利用NCEP 1°×1°格点再分析、FY-2E相当黑体亮温TBB和地面加密自动气象站等资料,分析了辽宁3次典型长历时强降水TBB值与降水强度的关系、中尺度环境场特征及维持机制,并初步建立了辽宁长历时强降水概念预报模型。结果表明:在副热带高压的形态、位置和强度有利于辽宁产生强降水的大尺度形势下,副热带高压西侧低空急流持续输送的充沛暖湿空气与高空干冷空气在同一地点长时间相互作用,为强降水的发生和维持提供了有利的环境背景条件。强降水持续时间与其上空的强垂直速度持续时间有很好的对应关系,强降水持续时高空一般为弱的不稳定或中性层结。强降水不仅可出现在对流云团发展旺盛的冷云区内部或边缘,也可发生在TBB值较小的暖云区内。TBB值的大小与降水强度没有必然的关系,但TBB值的快速减小都预示强降水即将发生。这些结论有利于深化认识辽宁地区长历时强降水的成因并为预报提供线索。

辽宁长历时暴雨中尺度对流系统特征分析

选取发生在辽宁的3次典型长历时暴雨过程,利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析、FY-2E黑体亮温TBB、多普勒天气雷达和自动气象站等资料,分析了降水实况、天气形势背景、卫星红外云图、雷达回波的结构和强度变化的代表性特征。结果表明:辽宁长历时暴雨是在有利于产生暴雨的大尺度环流背景下,异常稳定的形势场导致冷暖空气在某一地区长时间相互对峙而形成的。该型暴雨的降水实况具有雨强变化小、强降水无明显阶段性特征和雨强变化大、强降水具有明显阶段性两种特征。一般性对流云团、暖云和深对流云团均可造成该型暴雨,其中一般性对流云团的云顶亮温变化幅度小,在-47～-36℃,暖云的云顶亮温在-8～3℃,深对流云团的云顶亮温-68～-50℃且强降水发生在云顶亮温低值中心偏向温度梯度大值区一侧。该型暴雨的雷达反射率因子强回波质心较低,表现为上游回波同一方向连续移入形成的"列车效应"、本地生成回波并不断加强以及不同方向的强回波先后移入影响三种类型,小时平均回波强度及其变化对降水强度和趋势有较好的指示意义。需要特别关注副热带高压西侧低层高能高湿、凝结高度低、整层近乎饱和且又具有局地地形抬升触发条件地区的暖云强降水的分析和监测。

河口河床长历时演变模拟方法探讨——以浙江省飞云江河口为例

基于河口平衡断面河相关系的基本概念建立了潮汐河口地区长历时河床演变模型,根据浙江省飞云江河口的实测水文、泥沙、地形资料对模型的有关参数进行了验证,结果表明无论是水力要素还是河床冲淤变化,计算与实测基本吻合。在验证的基础上,研究了上游建库引水、河道整治等水利工程对飞云江河口河床冲淤的影响。从模型计算结果可以清楚地看到河床对水利工程的响应主要产生两级响应,一级响应发生在水利工程建成初期,河床变形的时间尺度短,二级响应则在一级响应的基础上在长时间及长河段内进行河床再调整,河床变形的时间尺度长,系水利工程及局部河床调整对整个河口系统的影响。

中国短历时和长历时暴雨对总暴雨贡献的空间差异性研究(1961-2015)

采用1961-2015年659站日值降水数据,以持续1 d和持续2 d及以上暴雨作为短和长历时暴雨标准,分析不同历时暴雨变化趋势,结果表明,中国总降雨、总暴雨和短历时暴雨从东南沿海向西北内陆依次呈"增-减-增"的分布特征,且整体以增加趋势的站点占主导,而长历时暴雨则呈现出"增-减"的分布特征,且整体以减少趋势的站点占主导,并且检测出中国自东北向西南存在一条变干带。同时中国总暴雨对总降雨、长历时暴雨对总暴雨的贡献呈现出"东南高-西北低"的分布特征,而短历时暴雨对总暴雨的贡献呈现出"东南低-西北高"的分布特征。中国总暴雨对总降雨、短历时暴雨对总暴雨贡献的变化趋势呈现出"增-增减镶嵌-增"的分布特征,且以增加趋势的站点占主导,而长历时暴雨在东部沿海地区呈现出增减镶嵌的趋势,而西北内陆地区呈略微减少趋势,且以减少趋势的站点占主导,也检测出自东北向西南存在一条气候过渡带并与上述变干带基本重合。

辽宁省极端长历时暴雨时空分布及影响系统特征

利用2005—2015年辽宁省自动气象站逐小时降水资料和NCEP的1°×1°格点再分析资料,分析了辽宁极端长历时暴雨的时空分布特征、影响天气系统和不同天气系统下的降水分布特征。结果表明:辽宁极端长历时暴雨分布广,大致可划分为4个易发区,降水雨强≥10 mm·h^(-1)的持续时间以6—8 h为主,最长可达14 h,最大雨强可达91 mm·h^(-1),总降水量6—7 h可达150—200 mm、8—10 h可达250—350 mm;暴雨次数年际变化大,7—8月是多发期,7月过程次数虽多但范围小,8月过程次数虽少但范围大,15—17时和22—02时最容易开始发生该型暴雨;高空影响天气系统中,鄂霍次克海阻塞高压次数最多且造成的降水持续时间最长、雨强最大、分布范围最广,纬向环流型暴雨分布零散,贝加尔湖阻塞高压型暴雨分布相对集中;地面影响天气系统中,高压后部型次数最多且造成的降水雨强最大,华北气旋造成的降水持续时间最长,高压后部型、台风型和江淮气旋型暴雨分布相对集中,蒙古气旋型和华北气旋型暴雨分布零散。

汉江下游长低水历时航道整治水位确定方法

南水北调中线一期工程调水后,丹江口枢纽坝下河段来水来沙过程将发生较大变化,低水历时大幅延长,中水流量及历时大幅减少,来沙量减少,现有整治水位的确定方法不能适用于调水后的新的水沙过程。通过研究,提出采用"有效时段输沙能力法"确定整治水位,并已将成果应用于汉江下游兴隆至岳口段航道整治工程设计。

雄安新区长历时暴雨强度公式及其设计雨型推求

设计暴雨研究是城市排水防涝工程建设的重要基础。基于1981-2020年雄安新区3个地面气象观测站的降雨资料,对其降雨量和暴雨日数的时间变化特征进行了分析;采用雄县分钟级降雨数据,通过年最大值法选样,为兼顾长、短历时降雨样本的拟合优度,选用P-Ⅲ型曲线对降雨数据进行理论频率分析,通过MATLAB的高斯-牛顿法求解暴雨强度公式中的参数,最终得到长历时综合暴雨强度公式,根据同频率分析法对雄县1440min的设计暴雨雨型进行推求。结果表明:雄安新区多年平均降雨量为490.4mm,暴雨日数为4.4d;2000-2020年暴雨日数呈增多趋势,尤以大暴雨增多明显,近10a大暴雨发生日数占暴雨日数的比率最大,为20.8%,较21世纪初10a大将近7倍。编制的长历时综合暴雨强度公式,可计算5-1440min任意历时、2-100a任意重现期的设计暴雨。雄县以5min为步长的1440min设计暴雨雨型为单峰型,雨峰系数为0.806,结合所编制的长历时综合暴雨强度公式,可推求任意指定重现期下1440min的设计雨型。

长历时高温干旱对水工混凝土建筑物的影响

水工混凝土在干旱环境下的干缩变形、抗裂性能对水利工程的影响较大,本文采用环境温度、相对湿度的交互作用来模拟高温干旱环境,采用典型工程渡槽和面板混凝土配合比配制试验用混凝土,在不同的温度和相对湿度条件下进行试验,研究了渡槽混凝土、面板混凝土的干缩、力学强度、抗裂特性的发展变化规律,并对已建水工建筑物的混凝土在长历时干旱环境下的干缩变形性能进行了探讨。

基于暴雨衰减特性的上海市长历时综合暴雨公式

编制适用于不同历时的综合暴雨公式是协调城市管网排水与区域防洪治涝的重要基础。选用上海市代表雨量站徐家汇站65 a实测雨量资料,建立不同重现期暴雨强度与历时关系,解析暴雨衰减规律,编制单一重现期暴雨公式,结合雨力公式推求适用不同重现期的长历时综合暴雨公式,并推导出暴雨重现期公式。结果表明:不同重现期1~24 h历时暴雨强度均以0.74的衰减指数衰减,据此推求的长历时综合暴雨公式可计算1~24 h任意历时、2~100 a任意重现期的设计暴雨,且平均相对和平均绝对均方根误差分别为1.9%和0.009 mm/min,符合规范要求;暴雨重现期公式可估算1~24 h历时内任意场次暴雨的重现期,高效地服务于城市洪涝防治决策。成果已纳入上海市治涝地方标准,对其他城市具有参考价值。

黄河下游长历时中小洪水防洪调度预案编制

分析了黄河下游发生4000 m3/s以下长历时、中小流量洪水时河势的变化规律和出险情况,指出了防汛指挥调度的主要内容。对黄河防洪工程日常观测及发生一般、较大、重大险情时的物资、通信、交通、后勤、夜间照明、信息反馈、军民联防、大型机械设备等保障措施进行了详细说明。实践表明,该预案提高了防汛工作效率,确保了黄河安全度汛。

长历时河床演变模型在河道整治工程中的应用

基于河流、河口长河段长历时河床演变模型的基本原理建立了浙江省飞云江河口长历时演变的经验动力模型,利用实测水文、地形资料对模型的参数进行了验证,验证计算结果表明无论是水力要素还是河床冲淤变化,计算与实测基本吻合。在验证的基础上,利用该模型研究了飞云江河口局部河段堤线外推对飞云江河口河床冲淤的影响。研究结果表明,整治工程对飞云江河口河床的响应主要产生两级反应,一级响应主要在工程实施初期,河床变形的时间尺度短,二级响应主要在工程实施后较长的时期内,河床变形的时间尺度长,系整治工程实施及局部河床调整对整个河流系统的影响。

智能碾压设备在长历时高强度施工条件下的精度保障方法

面板堆石坝施工的连续性和复杂性使得碾压设备常处于高强度长历时的施工工况下,导致碾压设备的精度降低,影响施工质量。针对该问题,提出智能碾压设备在长历时高强度施工条件下的精度保障方法。结合实际施工情况,针对智能碾压设备的信息感知、智能分析和智能馈控三个环节分别提出不同的精度保障方法。在长历时高强度施工条件下,确保智能碾压设备的精度进而提高大坝碾压的质量和大坝安全稳定性,对水利水电工程建设具有重要意义。

辽宁地区长历时降水时空分布特征研究

利用2005—2015年自动站降水资料,研究了辽宁地区长历时降水时空分布特征。结果表明:长历时强降水高空主要影响系统有:纬向环流、鄂海阻高、贝湖高压;地面主要影响系统有:高压后部、蒙古气旋、江淮气旋、华北气旋、台风。高空影响个例最多的为鄂海阻高,地面影响个例最多的为蒙古气旋。长历时降水存在3个大值年,分别为2010年5次,2012年8次,2013年7次,长历时降水高发时期为6月下旬至8月下旬。长历时降水午后发生较多,14—17时为1个上升趋势,午后频数的增加可能是午后对流明显,强降水易发。辽宁省长历时强降水主要集中在辽河流域和东部地区,小时雨强最大为丹东五龙背站90.6mm;长历时降水明显呈东多西少的趋势。

印江、江口、松桃降水集中期及长历时降水致灾风险阈值初探

通过近30 a逐日降水资料对印江、江口、松桃3县降水稳定性分析得出:(1)汛期降水的主要集中在5—7月;(2)汛期雨量在年际间表现不够稳定,雨涝年的汛期雨量是干旱年的2倍多;(3)按滑动10 d计算集中期,松桃降水集中期主要是6月1—10日、6月22日—7月1日、7月10—19日;江口县降水集中期主要是6月29日—7月8日、6月1—10日、6月15—24日;印江降水集中期主要是6月18—27日、6月1—10日、7月15—24日。年际间降水集中期不稳定,需要常年做出预测。(4)印江、江口、松桃4月和10月有暴雨灾害出现,宜将当地的汛期定为4—10月。对长历时降水分析得出:(1)汛情的严重程度与4 d以内的长历时降水有较好的正相关,研究时长4 d以内的最大累积降水能反映汛情的基本情况;(2)依据经验频率,统计24 h、48 h、72 h和96 h共4个时长10 a 1遇、5 a 1遇、3 a 1遇的雨量情况,认为在无新增佐证的情况下,宜将3 a 1遇的降水量确定为长历时降水致灾风险阈值。

基于长历时互相关性的白石水库水沙预测及适应性调度策略

水沙是河流系统的基本要素和动力因子,其精准预测是干流水库调度的重要技术基础。文章以辽宁省白石水库为例,利用BP神经网络建立起基于长历时互相关性的水沙预测模型,进行了白石水库水沙预测及适应性调度策略研究。文章结论对提升水库的调度水平,最大限度发挥水库的经济和社会价值具有重要意义。

平原城市高度建成区暴雨内涝模拟及防治研究

针对平原城市高度建成区暴雨引发的城市内涝问题,以珠三角城市东莞市为例,基于MIKE FLOOD平台,利用MIKE URBAN、 MIKE 11和MIKE 21构建了城市内涝耦合模型。同时,结合历史暴雨事件提出一种长历时暴雨设计雨型,分析50 a一遇设计降雨重现期下东莞市中心城区暴雨内涝过程和积水特征,提出改善“大排水系统”排水能力的内涝治理措施并评估其实施效果。结果表明:东莞市中心城区内涝的主要原因为河道水流顶托及道路排水不畅,河道拓宽整治结合道路竖向调整可使管网溢流程度降低45%,内涝淹没面积减小73%。提高研究区内河、道路排水通道等“大排水系统”的排水能力对改善研究区域的内涝现状效果显著。研究成果可为平原城市高度建成区的内涝治理提供技术支撑。

舟曲虎家崖滑坡直接转化泥石流的特征、过程与机理研究

滑坡直接转化而成的泥石流通常比滑坡本身运移距离更远,波及范围更广,危害也更严重,但目前相关转化机制及其影响因素的研究较少。2020年10月20日位于白龙江左岸、甘肃省舟曲县的虎家崖暴发小型泥石流,侵入省道313,威胁毗邻村庄。通过现场调查、室内岩土试验、遥感解译和降雨资料分析,本文对虎家崖泥石流形成的地质环境条件、运移及堆积特征等进行了调查,研究了浅层滑坡失稳并直接转化为泥石流的主要特征、过程、影响因素及其形成机理,探讨其未来发展趋势。研究表明:(1)虎家崖上游狭长沟道堆积体受到长达19 d、累计98.5 mm的持续性降雨的激发而发生慢速滑坡,区域强震造成的坡体结构损伤对滑坡发育也有贡献。(2)滑坡后段与滑坡前缘的剪出部分在运动过程中直接转化为泥石流,但中段滑坡体则维持剪切滑动。(3)转化过程受滑坡前缘剪出土体饱水程度、沟道坡度与落差以及地表径流等因素的影响。(4)虎家崖狭长沟道后缘可能因毗邻泄流坡滑坡活动牵引而破坏,同时上游沟道残余滑坡体与灰岩崩塌体、出口右侧残余滑坡体可能受降雨、地震等激发而失稳,再次转化为泥石流,威胁沟道下方虎家崖村和省道S313。

基于暴雨衰减特性的江苏镇江市综合暴雨公式研究

推求不同历时的暴雨强度公式是城市防洪排涝规划设计的重要基础性工作。利用江苏镇江市丹徒气象站1981—2016年逐分钟实测降雨资料,分析暴雨强度随暴雨历时变化关系,基于暴雨衰减规律,推求单一重现期的暴雨强度公式,并借鉴雨力公式编制不同重现期的长历时综合暴雨强度公式。结果表明,不同重现期1~24 h历时区间的暴雨衰减指数约为0.683;综合暴雨强度公式可推求历时1~24 h、重现期2~100 a的设计暴雨,平均相对均方根误差、平均绝对均方根误差分别为3.874%、0.025 mm/min,满足规范要求。研究成果可为江苏镇江市构建排水防洪除涝一体化管控系统与推动海绵城市建设提供基础支撑。