长江中下游夏季极端降水事件频次的统计降尺度模拟与预估

利用CMIP5三个耦合模式的历史模拟及不同情景预测结果、NCEP/NCAR再分析资料和长江中下游观测降水资料,采用统计降尺度方法对长江中下游夏季极端降水频次进行模拟和预估。首先,通过计算相关的方法,获取建立统计降尺度预测模型所需的预测因子。提取的预测因子同时满足既是观测环流要素场影响极端降水的关键区域,又是模式要素场预报的高技巧区域两个条件;然后,结合挑选出的预测因子,利用多元线性回归方法建立长江中下游极端降水的统计降尺度预测模型,并对模型性能进行检验。交叉检验结果表明,此种统计降尺度方法能对过去长江中下游极端降水变化有较好的再现能力,且多个降尺度模型结果的集合能进一步提高降尺度方法的模拟技巧;最后,将建立的统计降尺度模型应用于CMIP5未来3种不同的排放情景来对极端降水进行未来预估,并对多模式结果进行集合。结果显示,统计降尺度模型预估未来几个年代际长江中下游夏季极端降水频次相对于1986~2005年呈增加趋势,21世纪中、后期高排放情景下极端降水频次增加幅度高于低排放情景。     

基于自适应网络模糊推理方法在河道洪水预报中的应用

对于易受洪灾的地区而言,快速而准确的洪水预报非常重要,能够为洪水预警消息的发布提供更长的先导时间,从而为可能受灾地区的人们提供更充足的时间以采取相应的防洪措施或安全转移。 常用的预报模型包括基于物理性模型和基于系统技术模型。尽管物理性模型能对洪水形成的物理过程提供很好的解释, 水文学家并不愿意使用它们,因为模型中参数的率定是比较复杂的。因此,一种基于纯数据集的黑箱技术已被广泛采纳。常用的黑箱模型包括线性模型(LR)、自回归移动平均模型(ARMA)和人工神经网络模型（ANN）等。 在当前的研究中,一个相对新颖的黑箱模型--基于自适应网络的模糊推理系统（ANFIS）被用来对长江某河段的洪水进行预报。与此同时,一个线性回归模型（LR）用来作为ANFIS模型的对照。在构建ANFIS中,混合学习算法 (即误差反衍（BP）耦合最小二乘法（LSE）) 用来训练模型的参数。此外,为避免出现过度训练现象,原始数据集基于统计特征值划分成3个子集：训练集、测试集和校正集。当对ANFIS模型训练时,测试集用来帮助控制训练代数。结果表明,ANFIS的预报效果优于LR模型。分析认为ANFIS能够提供预报精度是因为其采用了局部拟合技术,通常它会优于LR模型所采用的全局拟合技术。最后,对本研究而言,最适合的ANFIS模型是输入量为梯形的成员度函数。     

TRMM和GPM卫星降水数据在中国三大流域的降尺度对比研究

以中国三大流域为研究区域,分别针对TRMM 3B43和GPM IMERG降水数据,构建基于归一化植被指数(NDVI)和数字高程模型(DEM)数据的地理加权回归(GWR)模型,以2014年夏季(6～8月)数据为例,得到了三大流域1 km分辨率的降尺度降水数据,并进一步通过气象站点数据对降尺度结果进行验证.研究表明:(1) GPM原始数据整体精度优于TRMM数据,两种数据在黄河流域的精度评价指标优于长江流域与珠江流域;(2)经降尺度计算,两种数据空间分辨率得到了显著提高,且表现出更多降水变化的细节与趋势,但精度指标对原始数据依赖性大,导致提升并不显著;(3)当联合使用NDVI及DEM作为GWR降尺度模型的辅助变量时,两种降尺度结果的差异值在长江流域与珠江流域的高海拔地区中更为显著;(4)黄河流域中,使用不同辅助变量下的降尺度结果在空间分布上总体相似.TRMM数据使用地形作为单独辅助变量的降尺度结果最佳,而GPM数据不同辅助变量下降尺度结果差异并不明显.     

HEC RAS模型在汉江上游郧县尚家河段全新世古洪水流量重建中的应用

以汉江上游郧县尚家河段含有4期全新世古洪水事件的沉积剖面为例,采用HEC RAS模型计算出这4期最大古洪水最大洪峰流量为45 550~61 750 m3/s,与比降法重建的古洪水洪峰流量结果相比,误差为158%~309%。同时,采用相同水文参数和模型,计算了剖面附近的2010年7月18日洪痕洪峰流量,与实测流量相比,误差为491%,说明重建古洪水洪峰流量时水文参数选择与洪峰流量计算结果是合理的,同时也表明利用HEC RAS模型在重建古洪水流量中简捷,可操作性强,其研究结果为古洪水水文学研究提供一种新的方法     

汉江中下游防洪调度程序研究

汉江洪水历来是我国中原地带的心腹之患，为了使洪灾损失减少到最低限度，从总结历年洪水调度人手，结合工程现状，有机地将气象、洪水预报、洪水调度三者一体进行研究，延长了预见期，增强了科学性，赢得了决策时间，取得了防汛斗争的主动。本调度程序使一次洪水从降雨、产流、汇流、河道洪流演进、超额洪水的处理等全过程展现出来，具有准确性、实用性、可操性。     

长江中下游岸线利用对防洪累积影响初步研究

在分析长江中下游岸线开发利用现状及存在问题基础上,分别选取武汉河段和扬中河段作为代表性河段,针对桥梁群和码头群两类主要岸线开发利用形式,开展了涉河工程群对河道洪水位及流场累积影响的数学模型计算分析。计算结果表明,群体工程共同作用后将引起河道洪水位和流场的叠加影响,其影响值及影响范围远大于单个工程,当群体工程的影响积累到一定程度,可能对河道的行洪与河势稳定带来不利影响。建议桥梁群应保持合理的密度,码头群应合理控制港区规模,上下游港区间应保持合理的距离,在岸线开发过程中应制定岸线利用规划,规范涉河工程设计,以尽可能减小对防洪的累积影响     

洪灾风险评价通用模型系统的研究

针对目前洪灾风险评价中存在的问题,建立了通用的洪灾风险评价模型系统,包括水文模型、水力模型及损失评估模型三部分。其中水文模型主要研究洪水的线发丰;水力模型主要研究河道及洪水风险区的洪水演进问题;损失评估模型主要对洪水灾害给人类生存和发展所造成的危害程度大上作出定量评估。该模型系统为洪灾风险评价提供了一个统一的标准,是一个综合性强、操作简单的实用模型。最后,通过实例研究,进一步证明通用系统的可行性和有效性。     

基于支持向量机的洪水灾情综合评价模型

在阐述支持向量机的基本原理、二值分类和多值分类技术及各自特性的基础上,结合洪水灾情综合评价中受自然环境、社会经济等诸多因素的影响且实测样本资料较少的特点,以及目前已有评价模型不能或难以解决的小样本、“过学习”、局部最小等实际难题,提出了基于支持向量机的洪水灾情综合评价模型,并应用实例进行了验证。研究结果表明,此模型和传统的灾情评估法、人工神经网络评价模型一样有效合理,并且模型运算时间比人工神经网络模型要短。因此,不仅为洪水灾情综合评估提供了一种新的模型,而且由于支持向量机遵循统计学习理论中结构风险最小化的原理,具有解决有限样本、非线性及高维识别中的优势,必将比其他传统的评价模型得到更广泛的应用和发展。〖     

对长江防洪规划的思考

在初步分析长江１９９８年水情与防汛情况的基础上,对长江防洪体系中各项措施的情况作了研究,说明在９８年抗洪斗争中已建控制性水利枢纽发挥了较好的作用,如三峡工程已建成则防汛情势会有本质变化;长江主要堤防均保证了安全,出险多的是一些保护面积相对小的堤段;分蓄洪区安全建设严重滞后,从而难以决策实施计划分洪：“平垸行洪,退田还湖”应区别对待,植树造林,水土保持很严重,但不是影响９８年洪水的主要因素。长江防洪     

我国洪灾发展特点及成灾机制分析

洪涝灾害是一种严重的自然灾害,无论是它发生的普遍性和破坏性,还是它发生的经常性,都居各种自然灾害之首,本文利用大量数据对我国洪灾发展的特点进行了分析,并指出：与历史相比,近年来我国洪涝灾害呈“频发,灾重”的趋势。对洪水的成灾机制进行了介绍,并将诱发洪涝灾害的原因分自然和人为两个方面进行了比较全面的论述。     

长江中游防洪减灾系统可持续性评价研究

长江中下游平原地区是我国经济发达地区，也是我国洪涝灾害最严重地区之一，根据长江流域可持续发展要求，提出两个问题，一是长江中下游平原区要走可持续发展之路，如何使区内社会经济发展与洪涝灾害相协调，这属于地区可持续发展问题，二是防洪减灾系统能否持久地发挥作用，为社会经济可持续发展提供保障，即防洪减灾系统可持续性评价问题，首先讨论了防洪减灾系统可持续性评价的基本涵义，提出了可持续性评价的5个准则，即功能持久性，风险最低性，经济可行性，环境可承受性及社会可接受性，其次，以长江中游平原分蓄洪工程为例，提出了相应的评价指标体系；最后，选择有效蓄洪量，蓄洪面积，围堤长度，耕地面积，区内人口，区内安全台面积等为指标，建立了分蓄洪工程可持续性评价模型－均衡规划模型，并进行了实例分析探讨。     

长江中游地区洪涝灾害的土地利用思考

长江中游地区是我国长江产业带的腹地和承东启西的重要地区。进入20世纪90年代以来,长江中游地区的洪水屡屡成灾,经济损失越来越大。尽管洪涝灾害的发生与气象、地貌等自然条件密不可分,但人类不合理的土地开发利用对洪涝灾害的影响不容忽视。通过定性与定量相结合的方法分析了洪水位、河流湖泊的调蓄能力、洪涝灾害的经济损失等与土地开发利用的关系,论述了长江中游地区土地利用,特别是围湖造田、围垦江洲、分蓄洪区的开发等,与洪涝灾害的关系,指出长江中游地区不合理的土地利用所引起的河湖调蓄能力的下降是加剧中游地区洪涝灾害的重要因素。据此提出了中游地区减轻洪涝灾害的土地利用对策,如编制易灾区土地利用总体规划、实施“退田还湖、移民建镇”战略、发展“避洪农业”、建设分蓄洪区、提高土地利用率等。最后,分析了实施这些措施的可能性及实施过程中有待进一步解决的问题。