近50年滇池流域汛期降水时空演变特征分析

以滇池流域1970—2020年汛期(5—10月)降水量资料为依据,利用地理信息技术,采用Mann-Kendall检验法、小波分析等方法,分析近50年来滇池流域汛期降水年际变化的趋势性、周期性以及集中度、集中期、降水中心和旱涝发生频率等演变特征。结果表明:(1)近50年来,滇池流域汛期降水总体呈减少趋势,中部地区降水呈增加趋势,盘龙江上游的松华坝水库以上区域及南部地区降水呈减少趋势;(2)汛期降水年际变化存在31 a的主周期,中部主城区降水集中度高于南部地区;(3)汛期降水的中心整体呈现向东部、南部方向偏移的态势,且移动趋势显著;(4)滇池流域旱涝频发,尤其盘龙江中段昆明主城区为旱涝多发区。该成果对滇池流域水旱灾害防御及水资源管理具有参考意义。

漳江口溶解态稀土元素的地球化学特征及影响因素

河口区域稀土元素(Rare earth elements, REEs)的地球化学行为对理解海洋中REEs的循环具有重要意义。本文通过现场调查对2018年9月(暴雨时期)、2019年12月(旱季)及2020年8月(湿季)溶解态REEs在漳江口的分布特征、REEs的主要影响因素及人为稀土元素钆(Gd)污染进行研究。结果表明:漳江口溶解态REEs在不同时期的分布及分异存在显著差异,溶解态REEs含量暴雨时期>旱季>湿季。暴雨时期溶解态REEs主要呈现轻/中稀土相对富集及Ce正异常现象,而旱季及湿季溶解态REEs主要呈现重稀土相对富集及Ce负异常现象,颗粒物-水作用是不同时期溶解态REEs含量及分异存在差异的主要原因。Gd在不同时期均呈现正异常,暴雨时期、旱季及湿季人为Gd占比分别为18%~29%、26%~69%及22%~60%,推测Gd污染可能受河口上游医院核磁共振造影剂使用的影响。以上研究表明暴雨导致的颗粒物释放对河口溶解态REEs具有显著的贡献,今后研究需要重视特殊事件(如暴雨)对河口溶解态REEs来源和收支的影响。漳江口上游的人口密度相比全国其他地区较低但存在较为严重的人为Gd污染,说明我国其他河口人为稀土污染及来源也应引起广泛的重视。

梯级水库运行期设计洪水及水位联合优化调控变革与启示

我国水资源时空分布不均,年际、年内变差大,洪涝和干旱并存,流域防洪与兴利需求并重。随着大规模水库群建成投运,流域下垫面条件及产汇流机制明显变异,水库及引调水工程运行等人类活动对设计洪水影响显著,梯级水库群运行管理中如何分析和应用设计洪水成为亟待解决的新问题,水库群联合优化调控、水资源高效利用的现实要求十分迫切,已列入中国科学技术协会2023年十大产业技术问题。经过多年探索实践,我国在梯级水库运行期设计洪水及水位联合优化调控方面已取得一定研究进展和成果,但仍存在对暴雨洪水季节性变化规律认识不足、梯级水库群系统中各水库运行相互影响考虑不足、现代水文气象实时预报信息运用不足等问题,亟须系统开展运行期设计洪水及水位联合优化调控体系研究,实现风险可控条件下水资源高效利用,保障防洪安全、供水安全、能源安全、生态安全,推进新阶段经济社会高质量发展。

1961—2016年果洛天然牧草生长季降水时空变化

为详细突出反映牧草生长季降水时空变化特征,以及降水和天然牧草生长、降水及旱涝之间的关系,采用目前最先进和简便的方法对果洛牧草生长季的侯降水时空分布以及和牧草、旱涝之间的关系进行了研究。结果表明:(1)果洛主要降水时间段分为1961—1969、1970—1979、1980—1991、1992年以后;从空间上看,降水从东南至西北呈减少趋势明显,最多降水量分布在久治,最少分布在玛多,最多降水量是最少降水量的2.3倍,中部地区降水量接近最多降水和最少降水量的平均值;(2)牧草产量与平均气温、降水量之间存在显著的正相关,与日照时数存在显著的负相关;(3)明显高于PCD趋势线的阶段和发生暴雨洪涝高频次时段相吻合,明显高于PCP趋势线的阶段和干旱发生高频次的时段相吻合。

基于小波分析的长江和黄河源区汛期、枯水期径流特征

利用db3小波分解和重构1965～2007年长江源沱沱河站、直门达站和黄河源吉迈站、唐乃亥站春汛期、夏汛期和枯水期流量数据,除沱沱河外,各站春汛期、夏汛期和枯水期流量皆呈下降趋势,各站流量下降速率依次为夏汛期>春汛期>枯水期。沱沱河站多年流量呈增加趋势,夏汛期变化速率依然高于春汛期。应用复Morlet小波分别分析上述4个水文站实测流量的周期特征。黄河源总体存在11～12 a波动周期;长江源春汛期有4～6 a波动周期,夏汛期有13～14 a波动周期。不同流域春汛期、夏汛期和枯水期主周期分布规律不同。

近50年华南前汛期降水、江淮梅雨和华北雨季旱涝特征对比分析

利用全国160站逐月降水资料,统计分析了1951～2000年50年华南前汛期降水、江淮梅雨和华北雨季旱涝事件的分布特征,结果表明：近50年无论是华南前汛期降水、江淮梅雨还是华北雨季,旱（涝）事件频率相当,华南和江淮洪涝强度大于干旱强度,华北干旱与洪涝强度相当,华南前汛期降水和华北雨季总体呈趋旱的趋势,而江淮梅雨呈趋涝的趋势;华南前汛期降水年际变化最为显著,江淮梅雨次之,华北雨季最弱,年代际变化的情况正好相反;从同期500 hPa高度场来看,华南前汛期降水多少与其北侧有无低值系统向南发展关系密切,江淮梅雨和华北雨季均与副高相关显著,不同在于前者还和鄂霍茨克阻塞高压呈显著正相关,而后者受其西北侧中高纬地区的环流影响较大;从前期海温来看,华北雨季与大西洋西部和北太平洋海温关系比华南前汛期降水和江淮梅雨更为密切,江淮梅雨与中国近海海温相关关系最为显著,而华南前汛期降水与孟加拉湾附近海温相关最明显.

1960—2014年辽宁省汛期暴雨气候特征

利用1960—2014年辽宁省54个国家气象站逐日降水观测资料,对近55 a辽宁省汛期(6—9月)暴雨日数和暴雨强度的时空变化特征进行了分析。结果表明:1960—2014年辽宁省暴雨集中出现在汛期(6—9月),其中尤以7—8月暴雨出现最多,7—8月暴雨总量占年暴雨总量的72%。近55 a辽宁省汛期暴雨日数呈由东南部地区向西北部地区减少的分布,暴雨强度则自沿海地区向内陆地区减小;辽宁省汛期持续性暴雨主要为连续2 d的暴雨过程,暴雨发生次数不同区域差异较大。1960—2014年辽宁省汛期平均暴雨日数、暴雨强度和暴雨范围均无明显变化趋势,汛期暴雨日数和暴雨强度序列主要变化周期均为12 a,在20世纪90年代二者还存在显著的2 a变化周期。

黄河下游河道未来冲淤趋势研究

进入21世纪以来,黄河中游产水产沙环境发生显著变化,潼关站实测来沙量大幅减少。在中游来沙减少和小浪底水库调水调沙运用的条件下,进入下游的泥沙主要集中在大流量洪水期,其他时段进入下游的水流以清水小流量为主。研究建立了不同时段下游河道冲淤量与水沙量的关系,计算了未来可能水沙条件下下游河道的冲淤趋势。结果表明：在未来年来沙量2亿~3亿t、来水量220亿~250亿m3时,利用4 000 m3/s左右大流量输沙,基本可以维持下游河道主槽不萎缩。

分期设计洪水重现期计算模型研究

年最大洪水与分期最大洪水序列是两个选样不同的样本,其重现期和设计值计算对于水库安全防洪、提高兴利效益和洪水资源安全利用至关重要。本文根据重现期的定义,运用数理统计法,推导了独立同分布单变量和多变量水文事件重现期的计算公式。在此基础上,结合现有的3种分期洪水概率模型,严格推导了年最大洪水重现期与分期最大洪水有关重现期计算模型和关系式。采用蒙特卡洛试验,经模拟计算,文中有关重现期模型计算值与经验重现期一致,表明文中推导的重现期模型是正确的。最后,以南四湖流域1963—2008年分期7日最大入湖洪量资料为例,给出了分期最大洪水分布参数估计、年最大洪水分布计算过程,说明分期最大设计洪水的计算问题。文中模型与计算方法以期为我国分期设计洪水计算提供理论支撑。

一种新的汛期降水集中期划分方法

汛期降水集中期是近期气象学者提出的表征汛期气候的一种新的特征量,它在气候研究中体现了较好的灵活性、客观性,通过对其分析,可为汛期气候的诊断和预测提供依据。但现在普遍使用的降水集中期在计算方法和时间长度上存在缺陷,特别是运用到时间跨度较长时段的气候分析时,特征量表征作用就有所缺失,而且计算方法较为复杂。为更好地使用降水集中期这一特征量,提出了以15天作为时长,用滑动统计来划定汛期降水集中期的新方法,并运用统计方法、天气气候学方法进行了论证,同时在长江下游主雨季降水集中期分析和金华地区汛期分析两个实例中进行了应用检验。结果表明,汛期降水集中期新方法划定的特征量与汛期降水总量存在时间上的相对独立性和总趋势上的显著相关性,且在汛期气候极端灾害事件上有较强的描述能力。因此认为,15天滑动统计新方法划定的汛期降水集中期使用便捷,天气气候意义明确,在实际应用中更为客观有效。

分形维数在洪水分期的应用

分数阶积分是分形理论的一个重要分支,应用分数阶积分进行时间序列维数估计,其精度比box维数、量规法等方法高。在此方法的基础上,以金沙江上游石鼓站42年的流量数据为研究对象,对流量散点序列进行了分形分析,在初步证明洪峰散点序列是一种分形的前提下,将分数阶积分应用到洪水分期上,通过估算的维数确定洪水分期原则并定量划分了洪水的分期时间,论证了洪水分期的合理性,并将分数阶积分估算维数法与容量维数法进行比较。对比传统洪水分期方法,分形维数分期结果较为客观,受经验和人为影响较小,但是容量维数方法需要选择大量的洪峰点,分析计算的工作量很大,而分数阶积分具有运算方便、结果准确等优点,而且建立的分形函数关系方便进一步分析研究。

北疆汛期降水集中程度的特征分析

基于1961—2007年新疆北部43站逐日降水资料,分析了天山山区、天山北麓、伊犁河谷和北疆北部汛期降水集中度和集中期的气候特征。结果表明,北疆北部汛期降水总量虽然最小,但年际变化较大。天山山区汛期降水总量虽然最大,但年际变化较小,说明山区降水稳定。北疆以及4个子区域多年平均的汛期降水集中度约为0.2左右,汛期降水集中期出现在32~37候。北疆北部汛期降水集中度和集中期的年际变化均相对较大。北疆地区汛期降水偏多时,降水量在整个汛期分布比较均匀,而汛期降水偏少时,降水量比较集中。

华南前汛期雨季开始期的降水及环流特征

根据较客观的分析，给出了历年华南与前汛期雨季开始期的划分结果。然后分析了华南雨季开始期的降水特征、雨季开始期前后５００ｈＰａ平均环流的差异以及开始期内各种降水分布型的５００ｈＰａ环流特征。结果表明，华南前汛期雨季开始期前后，５００ｈＰａ平均环流发生明显变化。开始期前，环流场有利于华南升温增湿。开始期后，环流场有利于冷空气向华南输送。在雨季开始期，华南地区的降水具有６种主要分布型，各型具有不同的环流特征。在不同环流形势下水汽输送及冷空气的强弱不同，从而造成不同的降水分布。

基于NSGA-Ⅱ方法的三峡水库汛末蓄水期多目标生态调度研究

为充分发挥三峡水库的经济效益和生态效益,建立了以三峡水电站发电量最大和下游河道适宜生态流量改变度最小为目标的水库优化调度模型,基于生态水文学法量化了下游河道适宜生态流量。为有效求解多目标优化问题,引入带有精英保留策略的非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-II)作为调度模型的寻优算法。通过比较2015年调度期内三峡水库优化调度方案和现行调度方案的发电效益和生态效益表明:提高生态流量改变度0.63%可使发电量增加2.32%,降低0.58%的发电量将生态流量改变度降低8.86%。该算法避免了对多目标进行加权求解的盲目性,能获得多个兼顾两个目标且分布均匀、收敛性较好的优化调度方案,为决策者提供了多种可行的选择。研究成果为三峡水库蓄水优化调度提供理论依据和具体方案参考。

引汉济渭工程调水区月径流预报模型研究

针对各预报模型预报结果精度评价不统一的现状,考虑径流具有非线性、突变及非平稳性等特点,本文构建了包含均方根误差(RMSE)、平均绝对百分误差(MAPE)和Nash效率系数(NSE)三项指标的综合评价系统,对自回归滑动平均模型(ARMA)、人工神经网络模型(ANN)和支持向量机模型(SVM)在径流汛期和非汛期内进行了预报精度评价。结果表明:①单一评价指标下,ARMA模型与SVM模型预报结果精度相近,而综合评价系统表明,SVM模型预报精度优于ARMA模型;②三种模型在非汛期预报精度均高于汛期预报精度,SVM预报效果均最好。将径流进行分割后预报,预报精度可提高。本研究获得了可靠性和精度较高的月径流预报模型,可为工程水资源高效配置提供理论和技术支撑。

海温对辽宁省主汛期降水异常影响的统计分析

在对辽宁省主汛期降水异常的时变特征进行分析的基础上,研究了前期海温场对辽宁主汛期(7-8月)降水影响的统计特征.结果表明:1)辽宁省汛期降水异常有明显的年际、年代际变化特征,近44a降水呈减少趋势.小波分析表明存在3～5 a的年际周期和10～12 a的年代际周期.2)存在2个影响辽宁汛期降水异常的海温关键区及相应的关键时段,它们分别是南大西洋(1-5月)和西太平洋(3-4月),综合考虑2个关键区可更好地预示辽宁汛期降水的异常.

基于模糊统计法与分形分析法的洪水分期研究

为有效利用水库的兴利库容,提高洪水资源的利用效率,需要对洪水汛期的分期开展研究。因此,阐述了模糊统计法与分形分析法的洪水分期方法的原理及其计算步骤。并以安康水库为例,分别利用这两种方法对水库洪水进行分期,结果表明,这两种方法均可用于汛期分期计算中。同模糊统计法相比,分形方法具有定量和客观、分期准确细致等优点。

江西省汛期降水集中度和集中期时空分布特征

利用1961-2021年汛期(4—6月)江西省83个气象站点的逐日降水序列资料,计算了江西省汛期候尺度降水集中度(PCD)和集中期(PCP),运用合成分析、趋势分析方法分析了江西省汛期降水的不均匀特征。结果表明:江西省PCD的变化区间为0.12-0.43,PCP的变化区间为5月第1候至6月第5候,说明江西省汛期降水较为均匀,但近年来降水有更集中的趋势。在空间分布上,赣南南部和赣北东部降水较为集中,降水集中期自南向北逐渐推迟,主要出现在6月中下旬。从变化趋势来看,PCP在赣南南部和赣中东部为偏早趋势,赣中北部和赣北地区有偏晚的趋势,PCD的趋势并不明显。多雨年PCD大值区主要在赣中地区,最大降水出现在6月;少雨年PCD大值区在赣北中南部和赣南东部地区,最大降水出现在5月。

基于模糊统计法的浙江省洪水分期过渡期及其空间分布规律

鉴于确定洪水分期过渡期在水库实际调度中的重要意义,针对浙江省洪水分期的主要特点,基于浙江省9个代表性雨量站1961~2010年降水资料,应用模糊统计法确定了各雨量站洪水分期过渡期,进而分析了全省分期过渡期的空间分布规律。结果表明,浙西、浙南地区率先进入汛前过渡期,浙中及杭嘉湖平原地区进入汛前过渡期的时间最晚;率先进入汛后过渡期的同样是浙西、浙南地区,其次是浙中及杭嘉湖平原地区,最后进入汛后过渡期的是浙东沿海区;浙西和浙中地区汛前过渡期持续时间较短,而其他地区稍长;浙东沿海区汛后过渡期持续时间较短,其次为浙中地区,而浙西地区最长。

公伯峡水电站施工期设计洪水流量的合理选择

针对近年来黄河上游来水偏枯、龙羊峡水库处于低水位运行等特点 ,业主和设计单位对公伯峡水电站施工期的设计洪水流量进行了压缩调整。此举不但解决了截流时间推迟后大坝第一年的安全度汛问题 ,而且取得了可观的经济效益。