长江口徐六泾水文站极值水位研究

在气候变化背景下,极端天气和水位事件频发。为了分析长江口极端潮位的长周期特征,研究基于极值理论相关方法,采用近33 a实测资料对长江口极值潮位趋势性和重现期进行分析,结果表明:长江口徐六泾站年极值水位呈轻微下降趋势,直接原因是大通流量减少导致当地年均海面的下降;区分组模型结果显示,台风“温妮”期间长江口造成的风暴潮位为100 a一遇,而POT模型计算结果仅为60 a一遇,100 a一遇重现期潮位约7.0 m;潮位重现期的计算本质是一种用频率代替概率、从样本推求整体的过程,具有一定不确定性。其意义在于以可获取的数据为基础,计算事件发生的风险率,旨在为工程设计或风险管理提供依据。

渤、黄海天文潮—风暴潮相互作用及其对极值水位的贡献

基于Delft3D模型建立了中国渤、黄海风暴潮数值模型,选取1979—2020年影响该海域的93场风暴过程(包括台风、寒潮和温带气旋),模拟了所产生的风暴增水和风暴潮总水位。采用泊松—皮尔逊复合极值分布理论,推算了渤、黄海对应不同重现期的极值水位;通过数值试验,对天文潮—风暴潮非线性相互作用对极值水位的贡献进行了量化分析。研究结果表明,渤海的莱州湾、渤海湾,以及黄海的江华湾、西朝鲜湾风暴增水最大,其中江华湾北侧和渤海湾西南侧的百年一遇风暴增水可达4 m;天文潮—风暴潮非线性相互作用在潮差较大、水深较浅的河口、湾顶区域更为显著,与耦合模型结果相比,非线性作用使极值水位值偏小,天文潮、风暴潮增水的线性叠加可显著高估极值水位,高估的幅值可达0.5~0.8 m。考虑重现期极值水位是海岸灾害防护工程的关键设计参数之一,对海岸构筑物的安全和建造成本影响极大,应重视天文潮—风暴潮非线性相互作用对重现期水位的影响。

渤海天文-风暴潮数值模拟和一种多年一遇极值水位的计算方法

在渤海选用了82个强天气过程,利用三维模式模拟了海区的天文-风暴潮,模式经实测资料检验,获得了较满意的模拟结果。根据渤海沿岸主要验潮站观测年极值高(低)水位和年极值风增(减)水所得到的多年一遇高(低)水位和多年一遇风增(减)水,以及天文最高(最低)潮位,建立了由多年一遇风增(减)水和天文最高(最低)潮位的线性组合计算多年一遇高(低)水位的计算公式,并以此公式推算了渤海海区5个典型地区的多年一遇高(低)水位,供海洋工程设计时使用。

海平面长期变化对推算多年一遇极值水位的影响

利用乳山口24a的年极值高、低水位和年平均海平面,分析讨论了平均海平面长期变化对推算多年一遇极值水位的影响。同时讨论了消除平均海平面中长期变化的途径。比较了消除平均海平面长期变化和保留这种变化情况下推算出的两种多年一遇极值水位,可以发现,对多年一遇高水位来说,保留平均海平面长期变化所得结果高于消除了的,而对多年一遇低水位而言,情况正好相反。

考虑海平面上升影响的极值水位计算

本研究基于非平稳序列极值理论,定量分析极端水位事件年超越概率受海平面上升的影响;以工程设计使用年限内极端水位发生概率作为控制条件,构建考虑海平面上升的极值水位计算方法;结合平均海平面的长期变化过程,推算海平面上升下的极值水位。基于全球10个验潮站历史水位观测资料,验证历史平均海平面长期变化与高、低水位耿贝尔分布位置参数变化的一致性以及构建方法的合理性。结合政府间气候变化专门委员会对海平面上升的预测,推算和对比分析不同海平面上升情景下的极值水位,并评估相应极值水位在当前极值分布中的重现期。

警戒潮位核定中建立年极值水位序列的方法研究

文章以山东省警戒潮位核定为基础,对其沿岸验潮站的实测数据情况进行分类;根据不同类别,分别采用相关分析、数值模拟等方法补充实测数据,获得年极值水位序列,并采用极值Ⅰ型方法计算重现期高潮位。在警戒潮位核定中建立年极值水位序列所使用方法的顺序是,有实测数据优先采用实测数据、没有实测数据利用相关关系、没有相关关系再使用数值模拟和调和分析的方法进行。值得注意的是,在使用相关关系建立年极值水位序列中,计算重现期高潮位时一定要满足潮汐性质相同、所受风暴潮过程相似等条件;在使用数值模拟建立年极值水位序列中,须与其全年天文潮最大值进行对比。

三峡工程对长江下游感潮河段极值水位的影响

以往河流极值水位的研究往往选取年最大和最小水位开展分析,但这容易忽略了小概率因素带来的随机性的影响。为了更合理揭示长江感潮河段极值水位的演变趋势,并分析三峡工程对其影响,文章通过概率密度函数法及NS_TIDE调和分析,分析了长江下游感潮河段极值水位的演变规律。结果表明:三峡工程的流量调节对长江下游高水位有着显著的影响,高水位的变化在三峡工程建成前后由上升变为下降趋势,但三峡工程对于低水位的影响较小;而在三峡工程流量调控的影响下,分潮振幅变化趋势与概率密度函数法得到的水位变化趋势相反,即对极值水位影响也相反,表明长江口感潮河段由于三峡工程流量调节后,导致潮汐振幅的改变对极值水位的影响较小,极值水位的变化直接对流量条件的响应更为显著。

海平面上升、强台风和风暴潮对厦门海域极值水位的影响及危险性预估

气候变化背景下海平面上升、强台风和风暴潮对我国东南沿海地区的洪涝灾害影响日益严重,为应对气候变化的影响,本文以位于我国东南沿海的厦门地区为例,应用多种海洋大气观测资料和数理统计及模拟方法,分析了历史上9914号和1614号两次台风对厦门海域极端海面高度(极值水位)的影响,预估了未来海平面上升情景下厦门海域极值水位的变化及其危险性。结果表明:(1)9914号台风期间,天文大潮、风暴增水和强降水的同时出现造成了厦门沿海地区超警戒极值水位(732 cm)的出现;(2)风(向岸强风)、雨(强降水)、浪(巨浪)、潮(高潮位)、流(急流)等多致灾因子的共同作用是厦门沿海地区发生严重灾情的重要原因;(3)在温室气体中等和高排放(RCP4.5和RCP8.5)情景下,到2050年(2100年),当前百年一遇的极值水位将分别变为30年(2年)一遇(RCP4.5)和25年(低于1年)一遇(RCP8.5)的频繁极端事件。这表明未来厦门沿海极值水位的危险性将显著上升,应采取充分的适应措施降低洪涝灾害风险。

海平面上升对中国沿海地区极值水位重现期的影响

基于中国沿海10个验潮站资料,利用皮尔森Ⅲ型(P-Ⅲ)模型探讨了典型浓度路径(Representative Concentration Pathway,RCP)情景下21世纪海平面上升对中国沿海地区极值水位重现期的影响。结果表明:海平面上升将显著缩短极值水位的重现期。在RCP8.5情景下极值水位的重现期缩短最为显著。预估到2050年,在RCP8.5情景下,所研究的中国沿海地区潮位站的百年一遇极值水位将变为9~43 a一遇。到2100年,在RCP8.5情景下,百年一遇极值水位变为1~18 a一遇。当前极值水位的低概率事件将在2100年变得普遍,在RCP8.5情景下,到2100年千年一遇的几乎每两百年发生一次。由于极值水位的重现期会随着气候变化而缩短,未来沿海地区将会面临更严峻的风险与挑战。

不同气候情景下中国滨海城市海岸极值水位重现期预估

气候变化背景下,海平面上升叠加台风-风暴潮、天文大潮等产生的海岸极值水位事件趋多增强,对我国滨海城市社会经济的可持续发展构成了严重威胁。为认识未来我国滨海城市海岸极值水位危害性(强度和频率)的变化,本文首先采用第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)数据,分析了不同气候情景(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5,以下简称为RCPs)下,未来不同年代(2030年、2050年和2100年)我国滨海城市沿岸海平面变化幅度;其次,基于沿海验潮站的历史观测资料和文献数据,分析了未来热带气旋强度变化对海岸极值水位的影响;最后,利用皮尔逊皿型(P-DI)水文概率曲线方法,预估了不同气候(RCPs)情景下未来不同年代(2030年、2050年和2100年)我国9个滨海城市海岸极值水位重现期的变化情况。结果表明:(1)在不同气候情景下,我国滨海城市沿海平均海平面均呈现上升趋势。其中,到21世纪末,长三角地区沿海海平面上升幅度最大,上升速度比全国均值高出约30%;(2)热带气旋的强度与台风-风暴潮的增水幅度存在正相关关系。预计到21世纪末,热带气旋的整体强度很可能将增强,热带气旋引发的台风-风暴潮的增水幅度较当前很可能有明显提高。(3)未来我国滨海城市沿海极值水位将有显著增高的趋势,极值水位的重现期较当前将明显缩短。到21世纪末,我国滨海城市百年一遇的极值水位,重现期几乎都将缩短至20年一遇以下。其中,大连、青岛、上海和厦门等城市的海岸极值水位重现期很可能缩短为(或低于)1年一遇。本文虽在一定程度上反映了不同气候情景下海岸洪水危害性的变化,但对于未来热带气旋的变化及其影响尚有待进一步深入研究。

越南沿海多年一遇极值水位计算

分别基于Pearson-Ⅲ、Gumbel和Weibull概率分布利用越南沿海从北部到南部的9个代表验潮站的年最高水位观测数据序列计算出各站的10年、20年、50年、100年、200年一遇极高水位。结果表明Pearson-Ⅲ和Weibull分布推算的结果更相近,比Gumbel分布推算的结果有差距,但差距较小。将3种方法计算的各站结果取平均作为最终结果更合理。通过对各站的极值水位和各站观测水位资料进行拟合分析,结果表明越南北部的极值距平值比中部和南部地区的极值距平值大,可达3 m,极值距平最大值集中在越南北部沿海地区的验潮站,因此,在防洪的角度来看越南北部极易发生洪水、风暴潮灾害,中部和南部极值距平可达2 m,也可发生较小的洪水和风暴潮。

渤海沿岸风暴潮极值水位的预测分析

利用三维FVCOM海洋动力学模型,对渤海20年(1987~2006)风暴潮过程进行数值模拟,利用GEV广义极值理论对模拟数据进行统计分析,对渤海沿岸港口的风暴潮极值水位进行未来预测。结果表明,渤海沿岸的风暴潮重现期极值水位发生明显变化,特别是塘沽站和黄骅站重现期极值水位增加较大。在塘沽站,20年和30年重现期的风暴潮极值水位比目前增加了7.76%和10.53%。在塘沽站发生特大风暴潮的可能性在2030年内达到60%,在2050年内达到85%,而在2100年达到92%以上。

太湖流域典型区50年代以来极值水位时空变化

以武澄锡虞区和阳澄淀泖区为代表,研究太湖流域典型区河网极值水位的时空变化。采用改进的MK检验和均一性检验方法检测最高和最低水位的趋势,并识别突变点;应用克里金插值技术、半变异函数方法,探讨水位变化的空间特征。研究认为:时间变化上,1950年代以来研究区各站点极值水位存在一致的上升趋势,且以最低水位上升更为显著;最高、最低水位在1980年代左右普遍性地经历一次突变。另外,历年最高水位的年际变异大于最低水位。空间变化上,突变后最高与最低水位增幅较大的站点位于阳澄淀泖区,最高与最低水位变差系数的等值线梯度均增大,即空间变异加大;半变异函数分析结果表明,突变后极值水位的空间自相关性减弱,这与流域高强度的人类活动干扰有关。分析认为,研究区河网极值水位与历年降水的变化之间存在差异,而人类活动影响在水位变化过程中发挥着越来越重要的作用。

塘沽海洋站水位变化及其极值与海面风的相关关系研究

在海洋工程设计中，水位极值是一个重要的设计参数。对塘沽海洋站54a每小时的水位观测资料（1950-2003）和38a的海面风观测资料（1965-2003）进行了分析，探讨了该站水位的变化特征及海面风与水位极值的相关关系。分析结果表明，在水位时间序列中M2分潮占总能量的60％以上，六个主要分潮M2，S2，N2，K2，K1和O1占总能量的93％以上。年平均海平面的变化并不是简单的线性变化，而是存在3～5a的周期性波动，这可能与厄尔尼诺、太阳黑子活动和交点周期等周期性和准周期性变化过程有关。由54a实测资料计算得的年平均海平面的年变率为1．64mm/a。54a中最高水位为5．81m，发生在1992年9月；最低水位为-0．99m，发生在1968年11月。100a一遇的最高水位为6．02m，由偏东向风引起，而西向风引起塘沽海洋站减水。对于100a一遇的各向最大风速，北向偏东风的100a一遇的风速为最大，其值为26．78m／s，其可能引起的最大增水为2．06m。西风的100a一遇最大风速为20．5m/s，其可能引起的减水水位为2．28m。

土石坝渗压水位极值预测

渗压水位极值预测是监控土石坝安全的主要途径之一,目前用于渗压水位极值预测方法需给出正确的自变量。渗压水位极值最主要的影响因素是上游水位,当渗压水位极值与上游水位相关性弱时,预测模型准确度低。提出一种仅考虑测值序列、不考虑自变量的渗压水位极值预测及评价方法。该方法基于最大Lyapunov指数建立预测模型,利用马氏链的遍历性和平稳分布对该无自变量模型进行评价。算例表明:对于与自变量相关性弱的渗压水位极值,预测模型的预测效果优于常规方法,误差评估模型评价合理。基于混沌理论和随机过程的预测模型及评价方法能形成一套精度较高、实用性强的序列预测及评价方法,覆盖常规预测方法的弱能力区域,可用于建立自变量不明确的测值序列预测模型。

国内外港口工程水位确定方法对比

按照国内港口工程规范工程水位计算的要求,需要使用长短期实测水位资料。而海外工程项目实测数据匮乏,资料深度不满足工程水位的计算要求。以埃及苏赫纳项目为依托,对港口工程水位进行计算,阐明国内外港口工程水位计算方法的异同。

华南海平面变化及其对水位极值估计的影响

应用奇异谱(SSA)分析方法,预测了华南海平面的变化。应用海门站31a的最高潮水位资料,求作了P-Ⅲ型和Gumbel型极值水位频率曲线,比较分析了海平面上升对极值水位推算的影响,表明由于海平面上升,导致多年一遇高水位增高。

坪石(二)、赤溪(四)、乐昌(二)召测水位比测分析

对水文召测系统使用进行了介绍和分析,以期提高水文信息采集技术,实现水文数据采集自动化,提高工作效率。

南沙永暑海区潮汐特征分析

文中对永暑礁海域1988—2011年逐时潮位、风速、气压等观测资料进行统计分析,讨论该海区的潮汐特征。结果表明,南沙海区全日分潮大于半日潮,属不规则日潮,9月平均海平面最高,1月最低,该海区年平均海平面具有上升趋势,上升率为0.16 cm/a,月平均海平面与气压具有显著相关性,月平均潮差与风速具有显著相关性,平均海平面具有1 a的季节变化周期。采用M-K检验法分析该海域年平均海平面的突变特征,突变点为2001年和2008年。功率谱方法得出月平均海平面变化的显著周期为1 a,表明海平面的季节变化是该海域潮汐的主要特征。此外,利用潮位频率分布得到海区设计高水位为75 cm,设计低水位为-85 cm,同时第一型极值分布曲线较好地拟合了南沙海区年最高水位的分布,50 a一遇高水位为120 cm,低水位为-152 cm,给海洋工程设计提供了可参考的设计参数。

基于Pearson—Ⅲ曲线和Matlab工具箱的上海近岸潮位频率研究

应用上海沿岸各长期验潮站(南门港、横沙、长兴、吴淞以及中浚)最近几十年各年最高高潮位数据和Pearson—Ⅲ分布理论,对上海沿岸多年一遇最高水位进行了概率计算。给出的各站理论曲线与实测值的经验频率之间符合较好(拟合度在0.97以上)。这些结果对上海近岸、近海海洋工程开发建设有一定参考意义。