新疆北疆地区融雪洪水灾害预警模型的建立与验证

结合新疆北疆地区春季融雪洪水的特点以及当地的经济、社会现状,将影响新疆春季融雪洪水灾害大小的主要因素划分为自然、经济、人口、防洪设施贡献四大类因子,对这四大类因子进一步细化,经过量化处理成为相应的指数,综合各类指数,构建出度量融雪洪水灾害大小的预警指数模型。采用呼图壁县军塘湖流域历史洪水灾害资料对该预警指数模型进行验证,得到较好的效果。通过对导致预警产生偏差的影响因素进行分析表明,由于经济因子指数的估计受主观影响较强,该模型无法验证北疆地区所有情况。随着监测的不断深入,并与积雪遥感监测相结合可以进一步提高模型的预测精度。总之,该预警模型的建立有助于新疆春季积雪的监测和评估,可以有效减少春季洪水损失,保护当地人民生命财产安全,为融雪洪水的预警提供决策依据,具有显著的社会效益和经济效益。

新疆春季融雪洪水危险性动态评价研究

从新疆春季融雪洪水发生的机理出发,选取雪深、高程、水系距离3个评价因子,结合历史灾情数据,利用客观性较高的信息量模型以及GIS技术对新疆春季融雪洪水灾害的危险性开展了定量评价,获取了新疆春季融雪洪水危险性区划图。利用动态致灾因子日正积温和日降水量,驱动静态新疆春季融雪洪水危险性区划,建立了春季融雪洪水危险性动态评价体系,在日尺度上对全疆春季融雪洪水的发生进行了动态评价。结果表明:(1)新疆春季融雪洪水的高危险区主要分布在北疆的伊犁河谷、博州、中天山北坡、塔城北部和阿勒泰地区。(2)对新疆伊犁地区2005年3月中上旬的融雪洪水灾害进行动态评价检验发现,融雪洪水危险性动态评价结果精度较高,可应用到全疆的融雪洪水动态评价中。本研究可为新疆春季融雪洪水的防治和水资源管理提供支撑。

基于信息扩散理论的洪水风险评估模型的研究及应用——以阿克苏河流域新大河暴雨融雪型洪水为例

针对新疆一些河流实测洪水系列较短、传统的统计模型进行风险估计难以胜任的特点,引入了信息扩散理论的模糊数学方法,提出了洪水风险评估的实用模型,并以新疆阿克苏河流域新大河暴雨融雪型洪水为例,进行洪水风险估计,结果令人满意。

新疆地区季节性融雪洪水模拟与预报研究

新疆春季积雪融化极易引发融雪性洪水,给当地的农牧业生产和人民生活都带来严重影响和财产损失.融雪中包含复杂的水-热耦合过程,融雪水产流机制受冻土影响,融雪洪水模拟与预报十分复杂,一直是水文研究的难点.新疆大学刘志辉研究团队长期开展季节性融雪洪水模拟与预报研究,在积雪特性监测、冻土融雪水产流机制、分布式融雪径流模型以及融雪洪水预警等方面进行了深入研究.首次提出冻土条件下的融雪水的三个产流机制,即冻土未融化时的超渗产流、冻土部分融化时的饱和产流以及冻融期的交替产流;基于热量平衡和水量平衡研制出分布式融雪径流模型,耦合WRF(Weather Research and Forcasting model)模型实现融雪洪水预报;研制出新疆融雪洪水预警决策支持系统,实现融雪洪水预警系统的应用.研究成果有助于融雪洪水模拟的进一步研究,也为政府部门融雪洪水预警决策提供科学依据.

冰雪融水与雨水混合洪水的预报方案

基于NAM融雪径流计算思路,改进了SRM融雪径流模型,使SRM与三水源新安江流域预报模型形成统一整体,构建了冰雪融水与雨水混合洪水预报模型.为进一步提高洪水预报精度,弥补积雪量、气温等相关因子实测资料的不足,考虑运用实测水位(流量)资料进行实时校正.同时运用卫星遥感图及GIS系统工具,结合模型参数调试,实现模型参数的确定.将该模型应用于吉林台水库冰雪融水与雨水混合洪水预报中,结果表明,拟合过程与实际情况基本相符,该模型可以用于冰雪融水与雨水混合实时洪水预报中.

伊犁河流域春季融雪型洪水危险性评价与区划

将春季融雪型洪水发生最为频繁的伊犁河流域作为研究区,选取高程、坡度、地形起伏度、与水系距离、土地利用/覆被、冬季积雪深度作为春季融雪型洪水的影响因子,利用GIS技术和信息量模型定量计算了春季融雪型洪水的危险性,并基于总信息量最终将研究区域划分为极高度、高度、中度、低度和极低度等5个等级危险区。研究表明:春季融雪型洪水灾害主要沿河谷地带发生,并且与冬季积雪深度、农田等分布相一致,灾害点与危险性区划具有很好的空间相关性,运用信息量模型开展春季融雪型洪水危险性区划具有较好的科学客观性和业务应用价值,可为该区内的春季融雪型洪水精细化预报提供有力的技术支撑,可为防灾减灾决策服务提供参考依据。

融雪型洪水量级的流域积温分布模型研究及应用

鉴于对高寒山区融雪洪水预警精度的迫切需求,利用能量守恒原理和水量平衡原理,选取经典分布式水文模型反序架构,构建了基于融雪型洪水量级下的积温阈值及流域积温分布模型。首先利用流域集总算法计算流域面的平均积温,然后基于气温直减率进行分配,最终确定积温分布,该模型在本质上属于热传导方程的逆问题。在模型驱动数据方面,采用NCAR再分析资料用于模拟输出流域的总体平均温度,同时利用高光谱遥感数据计算出流域平均雪深,结合对新疆地区天山北坡中段军塘湖流域长期的雪特性观测、SWAT及DHSVM径流模拟试验中径流和下渗的相关性试验数据,获得了诱发得到的4次融雪型洪水过程流域的积温分布特征。最后,根据气温直减率,确定军塘湖流域面上的积温分布特征。在对研究区4场融雪型洪水进行模拟验证后发现,该模型的输出结果较为精确(纳什效率系数NSE为0.815)。然而由于模型的水文过程(下渗、蒸发等)仍存在一定的不确定性因素,因而模型结果与实际观测结果依旧存在一定差异(算术平均误差为10.65%)。研究认为,该积温模型的研制对于空间气象站点缺少区的高纬度融雪型洪水多发区的预警、预报具有较大的理论价值及应用价值。

气候变化背景下黑河上游春季融雪洪水预估研究

气候变暖将导致高山区冰冻圈加剧融化,一方面融水资源时空分布的不确定性增大;另一方面,融水洪水灾害发生的频度和强度也将发生改变。基于气象、水文数据和MODIS积雪覆盖数据,利用融雪径流模型(SRM),对1990—2012年共23年祁连山黑河札马什克控制区融雪期径流进行模拟与验证。结果表明:SRM在该流域具有较高的模拟精度(纳什系数为0.91),可用于分析和预估控制区径流强度变化。为此,采用黑河流域气温、降水降尺度数据,预估了未来气候变化背景下积雪范围变化及不同重现期洪水变化趋势。结果显示,与基准期相比,在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,最大积雪范围可减小3%~7%,且随着海拔升高,变化愈剧烈。RCP2.6情景下因气温和降水变化幅度较小,到21世纪末各重现期洪水强度保持在10%以内波动;RCP4.5情景下,各重现期洪水强度最高增大约20%;在RCP8.5情景下,各重现期洪水强度最高可增大超30%。相关分析结果显示,不同重现期洪水径流与气温和降水均具有较强相关性:重现期越长,洪峰与气温的相关性越大;重现期越短,洪峰与降水的相关性越大。通过预估气候变化背景下的融雪性洪水事件强度及重现期变化,有助于有效开展区域洪水风险管理、提高洪水资源的利用价值。

新疆洪水预报预警中融雪径流模型应用进展

针对全球变化背景下极端升温、暴雪和暖湿化现象以及中国新疆地区融雪洪水灾害风险增大问题,概述了新疆不同类型洪水灾害特征,重点阐述了近年发生频率增加、致灾性强、灾害风险增大,但在新疆未引起重视的融雪洪水的研究进展,对比分析了不同类型融雪径流模型特点和研究现状。综合目前融雪径流模型已有进展和面临的挑战,提出新疆未来研究需考虑融雪径流模型的物理机制和融雪消融过程,以提高预报预警精度。回顾了融雪洪水在新疆的预报预警技术,指出构建高精度预报预警融雪洪水模型所面临的风吹雪、冻土表层雪和雪面雨等关键问题,并提出提升新疆洪水模拟、预报预警、应对突发洪水的综合能力的关键技术,为提升新疆融水洪水预报预警技术提供思路与建议。

SRM融雪径流模型在奎屯河流域洪水预报的应用

我国中小河流域防洪标准普遍偏低,急需加强洪水预报工作,特别是在站点稀少,资料匮乏的高寒山区,由融雪产生的径流与由降水产生的径流难以区分,加大了洪水预报工作难度。SRM融雪径流模型是专门解决这个问题的水文模型,它对于山区流域融雪径流预报和模拟研究起着非常重要的作用。基于SRM融雪径流模型,以新疆地区典型山区中小河流域奎屯河为例,通过MODIS遥感数据提取流域积雪覆盖率,并结合气象台站数据,对研究区进行水文模拟,研究结果认为:融雪径流模型能够很好的模拟奎屯河流域的径流过程,率定期与验证期Nash效率系数都达到了0.7以上,说明融雪径流模型能够适用于奎屯河流域的洪水预报,对高寒山区中小河流域防洪预警具有一定的指导意义。

基于Web的融雪洪水预警模型库系统研究与实现

在总结前人研究的基础上,建立并实现了基于Web的融雪洪水预警模型库系统。该模型库系统将成熟的关系型数据库系统技术与模型库理论集成在一起,提供对模型及其数据的各种操作。并且充分利用面向对象技术,从根本上解决了模型的表示、管理、组合运行、复用以及模型与参数的相互独立等关键性问题,与传统模型库系统最大的不同是实现了完全基于Web方式的管理和运行。

新疆山区中小河流洪水预报模型及其应用

我国中小河流防洪标准普遍偏低,突发性洪水频繁,洪灾损失极为严重。选取新疆山区金沟河和奎屯河,通过MODIS遥感数据提取流域积雪覆盖率,并结合气象台站数据,基于SRM融雪径流模型、逐步多元回归模型和最近邻抽样模型,对流域进行径流模拟。结果显示:3种模型均能很好的模拟金沟河与奎屯河流域的径流过程,率定期与检验期Nash效率系数均达到0.7以上,且3种模型各有优缺点,说明融雪径流模型、逐步多元回归模型与最近邻抽样模型能够应用于金沟河与奎屯河流域的洪水预报,对新疆山区中小河流域防洪预警具有一定的指导意义。