近60年渭河流域极端降水和洪水演变特征

渭河流域地处中国西北地区东部,是气候敏感区和生态环境脆弱区,极端降水事件往往引发洪水、泥石流等灾害。现有研究主要集中在降水引发的流域径流变化,而极端降水和洪水变化规律有待挖掘。本文基于1961—2021年气象水文资料,选用8个极端降水指数、4个代表水文站年最大洪峰流量,采用百分位阈值法、Kriging空间插值法、线性回归法、滑动平均法、小波分析法,分析了渭河流域极端降水和洪水时空演变特征、周期特征以及2021年极端降水和洪水特性。结果表明:(1)近60年渭河流域极端降水总量和暴雨频次显著增加的同时,极端降水强度亦有所增强,而弱降水事件减少。极端洪水整体呈不显著减少趋势。极端降水和洪水均在2000年以后显著增加,特别是极端降水总量和暴雨频次较多年均值偏多12%~22%,并且各极端降水指数极大值均出现在2000年以后。(2)极端降水和洪水年内分布不均,前者主要集中在7月和8月,后者除“七下八上”期外,9月也是多发期。(3)各极端降水指数均呈现由上游向下游递增的分布,中游南部极端降水普遍强于北部。流域内大部分站点极端降水指数呈增加趋势,显著增加地区位于中游周至—临潼区间以及长武—宁县。(4)极端降水和洪水存在多个周期变化特征,且极端洪水周期年代际特征显著。(5)2021年渭河流域极端降水强度、大雨以上降雨日数均为近61年来之最,华县站出现2012年以来最大洪水过程,咸阳站出现1935年有实测资料以来9月份同期最大洪水。研究结果可为渭河流域水旱灾害防御以及治理规划提供参考依据。

北江干流年最大洪峰流量变化特征及其影响研究

利用北江干流4个水文站资料建立了年最大洪峰流量序列,运用线性回归分析序列的趋势,利用Mann-Kendall法识别突变点,应用经验模态分解（EMD）分析序列的周期,采用R/S法分析序列的持续性特征,并初步探讨了序列的影响因素.结果表明：4个测站的序列均呈不显著增加趋势,不存在显著突变点,有4～6a、8～10a等多个波动周期;4个序列都具有长期记忆性,未来仍将呈不显著增加趋势.相关性分析表明,南亚夏季季风是序列的显著影响因素,太阳活动则可能影响其周期性.

汉江上游洪水特性复杂度分析

以汉江上游的两个代表站——石泉和安康水文站的年径流量及年最大洪峰流量时间序列为例,对径流特性和暴雨洪水特性进行了分析,结果表明:洪水年际变化极不稳定,流量变化幅度很大,年最大洪峰流量变化呈下降趋势;径流年内分配丰枯明显,径流年际分配不均匀,径流量总体呈下降趋势。现采用近似熵(ApEn)及算法复杂度C0作为复杂性测度,对石泉、安康水文站的年径流量和年最大洪峰流量序列进行了复杂性分析,分析得到年径流量的复杂性比年最大洪峰流量的复杂性大,即年径流序列的随机(复杂)程度越大。这一有益的结论表明年最大洪峰流量的可预测性大于年径流量,进一步研究年最大洪峰流量的预测方法对水库防洪具有重要的意义,并为汉江上游的防洪与发电调度起借鉴作用。

年最大洪峰流量群居蜘蛛优化投影寻踪预测模型

年最大洪峰流量预测,受较多的复杂因素的影响,不确定性较强,用常规统计方法做出准确预报具有较大困难。从水文序列本身出发,提出将投影回归模型应用于年最大洪峰流量预测,为了更好获得投影寻踪模型参数和预测精度,提出了运用延迟相关系数法确定回归预测因子、群居蜘蛛算法优化投影寻踪模型最佳投影方向参数a、利用最小二乘法确定多项式的权系数c、岭函数个数M的群居蜘蛛优化投影寻踪年最大洪峰流量预测模型,结合长江宜昌站(1882年-2004年)的年最大洪峰流量资料进行实例预测,训练阶段平均绝对相对误差为8.61%,预测阶段平均绝对相对误差为10.51%,该模型预测效果较好,模型结果稳定,可有效应用于年最大洪峰流量预测。

花园口站年最大洪峰流量时间序列的HHT分析

Hilbert-Huang变换能够定量描述非线性、非平稳复杂时间序列的时频特性,较传统分析方法更具优势。通过对时间序列进行EMD分解,得到变化过程的内在模态函数和趋势项函数,而后对各内在模态函数进行Hilbert-Huang变换,从而揭示出时间序列的多时间尺度特征。以黄河花园口站1952-2009年的年最大洪峰流量时间序列为例,对其进行多时间尺度分析,得到不同波动周期的振荡分量及趋势分量,具体分析了各分量的变化特征。结果表明,花园口年最大洪峰流量变化过程中存在准3.2a、准6.4a、准11.8a和准31.0a周期的波动,其中准3.2a和准6.4a的周期波动是引起原序列波动的主要原因,近60年来花园口年最大洪峰流量变化呈递减趋势,由此揭示了年最大洪峰流量变化过程的多时间尺度特征。在此基础上,探讨了各波动分量变化的影响因素,其变化与大气低频振荡、ENSO、太阳活动及气候变迁等因素有关。

基于Copula函数的1977—2014年广东省年最大洪峰特征分析

基于广东省51个水文站的1977—2014年的年最大洪峰流量数据,分析了年最大洪峰流量序列的特征和趋势,综合运用MK和Pettitt等数理统计方法研究年最大洪峰流量的变化趋势,同时基于单变量和多变量Copula函数进一步分析洪水重现期及洪水联合分布,揭示土地利用对广东年最大洪峰流量频率的影响机制。研究结果表明:(1)广东省29(22)个站点年最大洪峰流量有增加(减小)的趋势,且北江的三水、石角、高道和西江的小罗年最大洪峰流量呈显著增加趋势,站点大多数集中于北江流域和西江流域;(2)Inverse Gaussian和Log-logistic是年最大洪峰流量拟合最优的单变量分布函数,Clayton Copula是年最大洪峰流量拟合最优的Copula函数;(3)在1977—2014年间,51个站点中有10个站点(其中六个集中在鉴江和漠阳江水系,其余集中在北江和西江水系)发生了百年一遇的洪水,有的甚至远远超过百年一遇,剩余的站点洪水的重现期多集中在20~30 a一遇;(4)选取考虑两站点(高道站与石角站、连平站与顺天站、马口站与三水站、潮安站与东桥园站、合江站和高州站)间年最大洪峰流量的联合分布情况,超过20 a一遇的洪水发生的概率很低,同时5种年联合分布情况下联合重现期和同现重现期随着流量增大而增大,同现重现期总体大于联合重现期。广东省51个站点中,无论是年最大洪峰流量的空间分布还是发生年份的时间分布上都受到了城市化进程下土地利用类型变化的影响,二者在空间和时间上存在一致性。

1959-2020年洞庭湖四水洪水情势变异特性及归因分析

近几十年来,湖南四水(湘江、资水、沅江、澧水)的水文情势发生了显著改变,对湖区调洪与区域防洪产生了一定的影响。为深入认识四水洪水情势发生的复杂变化,采用水文变异诊断系统对近60 a(1959-2020年)来洞庭湖四水出口控制水文站点的年最大洪峰流量序列、年最高洪峰水位序列进行了变异特性及归因分析。结果表明:湘潭站洪峰、水位序列未发生变异;受降水突变式跃升的影响,桃江站洪峰流量、洪峰水位序列在1987年发生向上的跳跃变异;因站点断面的水位流量关系发生了变化,桃源站年最高洪峰水位序列在1989年发生向上的跳跃变异;因江垭、皂市水库联合调度的影响,石门水文站年最大洪峰流量序列在2003年发生向下的跳跃变异。