Qualitative and quantitative uncertainties in regional rainfall frequency analysis

Uncertainty exists widely in hydrological analysis, and this makes the process of uncertainty assessment very im- portant for making robust decisions. In this study, uncertainty sources in regional rainfall frequency analysis are identified for the first time. The numeral unite spread assessment pedigree （NUSAP） method is introduced and is first employed to quantify qual- itative uncertainty in regional rainfall frequency analysis. A pedigree matrix is particularly designed for regional rainfall frequency analysis, by which the qualitative uncertainty can be quantified. Finally, the qualitative and quantitative uncertainties are com- bined in an uncertainty diagnostic diagram, which makes the uncertainty evaluation results more intuitive. From the integrated diagnostic diagram, it can be determined that the uncertainty caused by the precipitation data is the smallest, and the uncertainty from different grouping methods is the largest. For the downstream sub-region, a generalized extreme value （GEV） distribution is better than a generalized logistic （GLO） distribution; for the south sub-region, a Pearson type III （PE3） distribution is the better choice; and for the north sub-region, GEV is more appropriate.

长江中下游致洪大暴雨事件的关键环流型聚类分析

大范围的持续性暴雨事件会影响水文条件,造成洪水影响。本文针对20世纪60年代以来长江中下游致洪大暴雨事件个例,基于随机分化模拟退火聚类方法和扰动集合相似方法,研究致洪大暴雨事件的关键环流型及其对大暴雨的定量贡献。结果表明,长江中下游致洪大暴雨事件多发生在梅雨集中降水期,多个事件平均的日峰值降水强度达暴雨量级。致洪暴雨的500 hPa环流形势可聚类为4类,分别为:东亚南高北低型(1型)、东亚三明治型(2型)、南支槽型(3型)和高纬双阻型(4型)。4个聚类下的西太平洋副高和南支槽对致洪大暴雨的贡献较为稳定,约占3成和1.5成;而中高纬系统影响较不稳定,东北亚环流异常对聚类1、3和4型的贡献平均近2成,贝加尔湖阻塞异常对聚类2型有微弱贡献;中纬度西风槽异常对聚类4型的贡献约为2成。4个聚类下的10~30 d和30~60 d低频环流显著异常区和原始观测的环流异常关键区基本一致。西太平洋副高区的低频环流对所有事件均有正贡献,占比约2~7成;其中,除30~60 d低频环流对所有事件有影响外,其10~30 d低频活动对聚类1~2型事件也有明显影响。南支槽区的30~60 d低频环流对聚类3和4型事件的贡献占比为27%和16%。大暴雨事件相联系的高纬低频环流关键区分别位于贝加尔湖和鄂霍茨克海(1型)、乌拉尔山和西风槽区(2型)、东北冷涡(3型),且贡献各不相同(12%~31%)。上述关键环流型及其定量贡献评估结果可为加深对致洪大暴雨事件的形成认识和预报预测提供依据。

基于降雨资料的雨量预警指标阈值求解模型

为保证雨量预警指标阈值在有效周期范围内发挥预警作用,通过分析现有雨量预警指标阈值的确定方法,提出了基于区域临界雨量法-降雨灾害同频率法-R/S分析法的雨量预警指标阈值求解模型。将该模型应用于江苏省泰兴市降雨时间序列的分析,对最大日降水量时间序列进行阈值确定、趋势分析,并用指标阈值进行预警验证。结果表明,该模型的雨量预警指标阈值确定结果相较单一模型更为准确,且具有一定的时效性,可为农村基层防汛预报预警提供参考。

基于百分位数法的中国不同强度小时降雨频次空间分异格局及其变化模态研究(1961-2013)

高分辨率的降水数据有助于科学认识全球增暖背景下不同强度降雨事件的空间分异特征。采用1961-2013年中国545个气象观测站的小时降水数据,基于50%和90%分位数,将小时降水事件分为弱降雨、中等强度降雨、强降雨和总降雨四类事件,从气候态特征、波动特征、变化趋势和时空变化模态四个方面诊断了上述四类小时降雨频次的空间演变特征。结果表明:(1)基于50%和90%分位数阈值的方法表明中国小时降雨阈值具有明显的东高、西低,沿海高、内陆低的空间分异特征。(2)中国不同强度小时降雨频次在1961-2013年呈现出东南高、西北低的空间分异特征,其中从东北至西南存在一个介于东南和西北之间的过渡带,其不同降雨频次介于东南和西北之间。(3)中国不同强度小时降雨频次波动特征首先呈现出东南波动小,西北波动大;其次呈现出南方波动小,北方波动大的空间分异特征。中国不同强度小时降雨频次均在长江流域呈现出增加趋势,强降雨和总降雨频次在京津冀地区也明显趋于增加。(4)基于EOF分析的结果表明中国不同强度小时降雨频次在长江流域趋于增加是最主要的模态特征,该模态小时弱降雨、中等强度降雨、强降雨和总降雨频次的方差解释率分别达62.49%、59.41%、46.26%和67.20%。

云南省缺资料小流域临界雨量计算分析

小流域因缺乏长期监测的降雨径流资料,临界雨量的计算是其山洪灾害防治面临的难题之一。针对云南省山洪灾害特征,以典型资料匮乏小流域为基本单元,采用水位流量反推法、频率曲线法、灾害与降雨频率分析法3种方法分析临界雨量,并通过适用于资料匮乏地区的地貌瞬时单位线模拟流域汇流过程。结果表明,3种方法计算的临界雨量值较为接近,其中结合了地貌瞬时单位线的水位流量反推法更适用于计算分析云南地区临界雨量;可见在推求山洪灾害临界雨量计算时采用地貌瞬时单位线模拟云南省流域汇流过程合理可行。

小样本流域降雨强度公式和设计降雨分布的推求方法

以挪威中部瑞斯沃伦(RISVOLLAN)流域1991年—2000年的降雨观测资料为基础,采用中国国家标准(GBJ14—87)推荐的适用于观测期较短、观测雨量数据较少的年多次取样方法,在进行经验和理论频率分析的基础上,确定了设计降雨的重现期(T)及其对应的频率(P)、降雨强度(i)和降雨历时(t)的关系(即P～i～t曲线),以及降雨强度公式和设计降雨分布,从而为该流域现有管网的排水能力校核提供了参考依据。

山洪灾害雨量预警分析——以乐山市犍为县敖家镇为例

四川省山洪灾害防治工作正在火热进行中,山洪防治预警指标确定结果对洪灾防御至关重要,针对降雨量的控制性指标是山洪灾害气象预报预警与制定综合防治方案的关键依据问题。基于山洪防治区的基本情况,对防灾对象采用模型分析法对不同时段雨量进行试算,得到山洪发生雨量的上包线,再结合降雨预报信息,实现山洪动态预警,并且确定了准备转移和立即转移的预警指标,对全省的防洪减灾工作具有十分重要的现实意义。

北京市暴雨-突发地质灾害量化关系分析

强降雨是突发地质灾害的主要诱发因素,不同特点的强降雨诱发不同数量的突发地质灾害,研究暴雨强度与突发地质灾害之间的数量关系,成为防灾减灾工作的重要突破点之一。采用典型案例对比分析方法,在对北京3场典型特大暴雨及其激发的突发地质灾害特点分析的基础上,引入了暴雨强度指数和突发地质灾害响应指数,初步研究了降雨强度与突发地质灾害数量的关系。结果表明:暴雨强度指数越高,暴雨的致灾能力越强;暴雨强度与突发地质灾害数量存在指数关系。研究结果可为突发地质灾害防灾减灾和应急救灾部署提供参考,为有效提高防灾减灾的效率提供技术支撑。

湖北宜昌市区暴雨雨型的演变特征

利用湖北省宜昌市宜昌基准站1956—2013年逐分钟降雨资料,对宜昌市区暴雨雨型的演变特征进行分析,并采用同频率分析法推求该地区历时6 h、12 h、24 h的设计暴雨雨型。结果表明:宜昌市区1956—2013年汛期(5—9月)前期易发生持续12~24 h或24 h以上、降雨量50~100 mm的暴雨,而中后期易发生持续12 h以下、降雨量30~70 mm的暴雨。1956—2013年,宜昌市区短历时、中长历时、长历时暴雨和大暴雨发生次数缓慢增加,而特长历时大暴雨明显减少。其中,短历时暴雨的峰值趋于增大,持续时间趋于增加;中长历时暴雨的小时雨量无显著变化,但雨量分布、雨峰趋于后移,持续时间趋于增加;长历时暴雨的小时雨量趋于减少,雨量分布、雨峰趋于前移,持续时间趋于缩短。宜昌市区历时6 h、12 h、24 h的设计暴雨雨型均为典型的单峰型,雨峰分别位于第20、34、113时段。

瞬时单位线法在湖北省山洪灾害分析评价中的应用及探索

随着全球气候的变化、极端天气事件的增多,湖北省山区和山丘区防灾减灾的形势异常严峻,对山洪灾害的预警与防范工作也显得更加迫切和重要。湖北省自2013年国家防总全面启动山洪灾害调查评价工作以来,共完成了73个县(市、区)的山洪灾害调查评价任务。在总结山洪灾害调查评价实践经验的基础上,对瞬时单位线的应用与改进进行了探索,为今后该项工作的完善与推进提供借鉴和参考。

小流域山洪灾害分析评价中产汇流计算方法及应用

产汇流计算作为山洪灾害分析评价的重要内容,其计算结果的精度直接影响预警指标的准确性。针对小流域分析评价无水文资料的问题,在产流计算时,移用小流域附近下垫面条件相似水文站的产流曲线,利用DEM资料建立不同雨强条件下的单位线进行汇流计算,并选取裴河水文站的流量和降雨资料进行模拟分析。结果表明,采用降雨径流相关图与地貌单位线相结合的方式,完全满足分析评价产汇流计算要求,可很好地解决小流域无水文资料和暴雨图集法计算精度较差的问题。

城市设计暴雨雨型的推求及应用

雨型是一定降雨历时和间隔下的设计降雨总量和分布规律,不同雨型得出的洪峰流量可能有较大差异,科学的雨型是使用水力模型进行排水防涝规划的基础。本研究介绍了几种国内外常用的雨型推求方法,并以深圳市为例,分别采用芝加哥雨型和同频率分析法,来推求2h短历时雨型和24h长历时雨型,为深圳市排水防涝规划编制提供理论支持。

基于特征分析的设计降雨过程分析与计算

设计降雨是工程水文计算的重要内容.为提高设计降雨的客观性及工程水文计算的区域适用性,选取河北省永年站1980-2018年逐小时降雨观测数据为研究数据,在分析其降雨年际、年内分布特征的基础上,以降雨量、降雨峰值、降雨历时、峰值比四个特征作为关键要素,采用以降雨量和降雨历时为变量的排频法,分别对永年站汛期、非汛期的典型降雨过程进行设计和分析.结果表明:永年站近39年降雨过程具有明显的丰平枯交替变化特征;汛期典型降雨过程的降雨量为16.5 mm、降雨峰值为6.2 mm、降雨历时为3 h、雨型为单峰靠后;非汛期典型降雨过程的降雨量为15.9 mm、降雨峰值为2.6 mm、降雨历时为10 h、雨型为单峰居中;汛期设计降雨过程具有历时短、峰值大、变化急且降雨量集中于后部的特点;非汛期设计降雨过程具有历时长、峰值小、变化缓且降雨量主要集中在中后部的特点.不同时期特点迥异的设计降雨过程较好地反映了区域降雨的时程特征,可为城市防洪排涝的计算、科学灌溉制度的制定提供参考.

贵州省近60年旱灾损失非一致性频率分析

近几年贵州旱灾频繁发生,为准确研究贵州旱灾损失情况,文中依据变化环境下非一致性水文分析方法的原理,提出了基于趋势分析的非一致性旱灾损失频率分析方法。利用该方法对贵州1950-2011年的旱灾损失资料进行趋势分析,从频率曲线变化表明：频率低的极端旱灾成灾率呈现降低趋势,频率高的旱灾成灾率呈现增加趋势。为研究结果的合理性,利用Mann-Kendall非参数秩次检验和线性回归方程法对旱灾损失成灾率和影响旱灾损失的降雨进行相关分析,结果表明：在研究序列内,降雨的突变特征和旱灾损失成灾率的突变特征总体上一致,旱灾损失成灾率和降雨呈现负相关关系。

关于低影响开发设施设计降雨量确定方法的讨论

我国《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》(简称《指南》)中以年降雨总量控制率作为径流总量控制目标,并由长系列多年全样本统一排序的方式确定标准控制率下对应的设计降雨量。由于降雨的年际变异性,采用这种多年平均的方法仅能体现降雨量的多年平均控制程度,其置信概率有待进一步确定,该方法也未明确"年控制"的概念。为此,以我国北京、武汉、广州为代表城市,比较分析了多年平均和年单样本两种方法下低影响开发设施的降雨量设计问题,并通过P-Ⅲ型频率曲线推求了年单样本方法下的设计降雨量。将两种方法得到的80%控制率下的设计值与《指南》中的同标准设计值进行对比,结果表明,《指南》中的设计值反映的是多年平均降雨水平,该设计值下仅有约60%的概率实现年降雨总量控制目标;而年单样本方法考虑了降雨的年际变异性,可通过频率分析的方式实现统计意义上的"年控制",此方法能给出不同频率下的设计降雨量,可避免决策者和公众对城市降雨控制水平的错误估计。