The Huelva (Spain) Tsunami-Ready Station and Its Interaction with Storm Emma (March 2018)

Abstract

The sea level station operating since 1996 at Mazagón (Huelva, Spain) has been progressively upgraded to fit tsunami warning requirements, due to its location in one of the main regions at risk. Its radar water level sensor was complemented in 2017, with the addition of a pressure sensor. The performance of both sea level sensors and their response to sea level oscillations, at different frequencies, is assessed. Particular emphasis is put on the effect of extreme events, such as Storm Emma, when alternative methods to obtain 1-min data are tested, in contrast to the one based on arithmetic means. The overall differences are small, for the whole period of study (centered-root-mean-square-error below 1?cm, for 5-min, and hourly data; similar tidal parameters and sea level oscillations with periods between 30?s and 5?min). However, during Storm Emma, the pressure sensor presents sensibly lower readings than the radar, with the centered-root-mean-square-error rising to 80?mm on the March 2^nd 2018. A new method to compute 1-min data, based on medians, reduced this value to 10?mm for the same day.     

Multivariate analysis of flood characteristics in a climate change context of the watershed of the Baskatong reservoir,Province of Québec,Canada

The analysis of the impact of climate change (CC) on flood peaks has been the subject of several studies. However, a flood is characterized not only by its peak, but also by other characteristics such as its volume and duration. Little effort has been directed towards the study of the impact of CC on these characteristics. The aim of the present study is to evaluate and compare flood characteristics in a CC context, in the watershed of the Baskatong reservoir (Province of Québec, Canada). Comparisons are based on observed flow data and simulated flow series obtained from hydrological models using meteorological data from a regional climate model for a reference period (1971–2000) and a future period (2041–2070). To this end, two hydrological models HSAMI and HYDROTEL are considered. Correlations, stationarity, change‐points, and the multivariate behaviour of flood series were studied. The results show that, at various levels, all flood characteristics could be affected by CC. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

梯级水库运行期设计洪水理论和方法

人类活动和气候变化显著地改变了河川径流及洪水的时空分配过程，直接影响下游断面的设计洪水。本文综述水库对下游水文情势的影响，提出梯级水库运行期设计洪水理论方法和研究内容；重点探讨非一致性洪水频率分析和基于Copula函数的最可能地区洪水组成法，比较各种方法的实用性；推荐采用运行期设计洪水及汛控水位指导水库调度运行，建议进一步加强水库运行期设计洪水计算理论和方法研究。     

梯级水库设计洪水最可能地区组成法计算通式

利用Copula函数建立各分区洪水的联合分布,基于联合概率密度最大原则,推导得到最可能地区组成法的计算通式,并用来推求梯级水库下游断面的设计洪水。选择清江流域水布垭-隔河岩-高坝洲梯级水库为例,开展了验证和方法比较研究。结果表明:最可能地区组成法计算得到的设计洪水值位于同频率地区组成法多方案计算结果的区间之内;受清江梯级水库调洪的影响,宜都断面设计洪水的削峰率十分显著,最可能地区组成法推求100年一遇设计洪水的削峰率达到30.2%。该法具有较强的统计基础,组成方案唯一,结果合理可行,为复杂梯级水库设计洪水的计算提供了一种新途径。     

气候变化对澜湄流域上下游水资源合作潜力的影响

澜沧江-湄公河（澜湄）流域南北跨越了25个纬度,流域上下游气候差异明显。同时遭遇干旱或湿润通常不利于上下游水资源合作,而水文气象条件正常或上下游间的干湿条件不一样时有利于缓解流域内的竞争性用水状况。为探究气候变化对澜湄流域上下游水资源合作潜力的影响,基于普林斯顿降水数据集与全球气候模型预估数据,利用标准化降水指数（SPI）和Copula函数计算了历史时期（1985—2016年）与未来时期（2021—2090年）澜湄流域上下游同时面临干旱、湿润以及干湿存在差异的发生概率。基于典型浓度路径RCP4.5和RCP8.5情景的预估结果显示与历史时期相比,未来时期澜湄流域在RCP4.5与RCP8.5情景下具有相似的变化趋势,即：遭遇同期湿润的概率在逐渐增大（最大达到199.5%),遭遇同期干旱的概率则在逐渐减少(最小达到-35.9%),而遭遇干湿差异时期的概率在所有时段均大幅减少（-53.1%~-42.5%)。未来澜湄流域上下游同期湿润概率的增加和遭遇干湿差异概率的减少预计将加大上下游面临水资源竞争的可能性,从而对澜湄流域各国家之间的水资源合作产生不利影响。这一研究可以为澜湄流域水资源合作策略的制定提供科学参考和依据。     

水文双变量重现期分析及在干旱中应用

单变量水文统计中一些广为接受的概念在多变量环境下尚缺乏深入分析,也易被误解,如N年内重现期大于等于T的多变量事件发生的次数与N/T的关系。实践中,多变量联合重现期与其边缘分布变量重现期的一些经验关系被发现并通过了案例验证分析,但缺乏解释和推导。基于GH Copula推导了双变量联合重现期与边缘分布变量重现期的关系以及双变量事件发生次数与其重现期、变量相关程度间的定量关系。以昆明56年的逐月SPI(Standardized Precipitation Index)和SRI(Standardized Runoff Index)识别了干旱事件,采用GH Copula构建了干旱历时和烈度的联合分布函数,验证了双变量联合重现期与边缘分布变量重现期的关系以及多变量事件发生次数与其重现期的定量关系。表明不宜以“and”第1重现期是否接近于比该干旱事件的旱情更重的干旱发生的平均时间间隔来说明干旱特征值重现期分析的合理性。变量的相关性不强时,需谨慎采用边缘分布变量重现期的较大值近似代替“and”事件的第1重现期。     

应用超阈值抽样及Copula函数推求水库设计洪水

按照超阈值理论对洪水资料进行抽样,应用Copula函数分别建立了超阈值洪水洪峰、3d洪量和7d洪量与其发生时间的联合分布,得到了不同量级洪水在发生时间上的概率分布图,对水库汛期防洪调度运用具有一定的指导意义。同时,应用Copula函数建立了年最大超阈值洪水洪峰、3d洪量和7d洪量的联合分布,以此得到设计标准和校核标准的设计洪水,并通过同频率放大法得到了设计洪水过程线,该洪水过程线更符合水文现象的内在规律,展现了超阈值理论和Copula函数在水文洪水频率分析计算领域的良好应用前景。     

基于Copula函数的连河通江湖泊防洪安全设计:以洪泽湖为例

湖泊作为一种蓄水单元,尤其是大型过水性湖泊,是一种典型的平原型水库,在功能上与山谷型水库具有许多相似之处,但由于其特殊的地理地形构造,使得入湖洪水过程与入库洪水过程存在着较大的差异.在防洪安全设计研究中,山谷型水库关注的多是坝址洪水,即总的入库洪水过程,而对于湖泊来说,还需要关注各个分区的入湖洪水过程对湖区洪水演进的影响.针对大型过水性湖泊入湖洪水特征,本文采用Copula函数构造了多个联合分布函数,提出了一套基于总的入湖洪水过程推导各个分区入湖洪水过程置信区间的方法.以洪泽湖为应用实例,结果表明:1)在联合重现期已知的情况下,该方法能够确定总入湖洪量与洪峰的95%置信区间;2)该方法通过径流相关性分析对入湖河道合并聚类,形成分区入湖过程,既考虑了河道间天然的水文、水力联系,又避免了联合分布函数维度过高的问题;3)在总入湖洪量已知的情况下,该方法能够确定各分区入湖洪量分配95%置信区域.该方法具有较强的统计理论基础,拓展了多变量洪水频率分析技术在水利工程实际中的应用范围.     

琼州海峡海口站近岸风暴增水概率风险分析

基于海口站1976~1997年逐时潮位和逐日最大风速资料,利用阿基米德Copula函数构建海口年最大增水与相应日期最大风速的联合概率分布模型。结果表明:1)广义极值分布可作为海口站年最大增水和相应日期最大风速的边缘分布。两个序列之间存在强正相关关系,G-H Copula函数更适用于作为海口站年最大增水和相应日期的最大风速联合概率分布的连接函数。2)两变量联合作用的同频率增水高度设计值与增水的单变量边缘分布设计值之间的相对差值约为7.5%。3)条件概率1(P(Y≥y|X≥x))中同频率的年最大增水和相应风速的遭遇概率介于78.2%~80.9%,条件概率2(P(Y≥y|X≤x))中同频率的年最大增水和相应风速两者的遭遇概率小于4.8%。     

汉江流域极端水文事件时空分布特征

利用1960-2012年汉江流域15个气象站点的日降雨资料和3个水文站同时期日径流资料,分析了9个极端降雨指数的空间分布规律,运用广义极值分布（GEV）、Gamma分布两种极值统计模型对各站点的最大1 d降雨、最大3 d降雨极值样本进行拟合,遴选描述降雨极值分布规律最优概率模型,进而推算给定重现期下的降雨设计值,并分析其空间分布规律;选用Gumbel、Clayton和Frank这3种Copula函数建立降雨-洪量极值联合分布模型,优选最合适的Copula函数,由此计算给定重现期下的洪量设计值。结果表明：GEV分布模型能更好地模拟降雨极值序列,不同重现期下的降雨极值在空间上均呈西低东高的特征;3种Copula函数中,Frank Copula函数能更好地拟合降雨-洪量相关关系,由此推求的洪量设计值大于单变量拟合设计值。