• 2023年第43卷第4期文章目次
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    • >基础研究
    • 基于EEMD-PSO-GRNN模型的元江中上游径流预测

      2023, 43(4).

      摘要 (407) HTML (0) PDF 8.94 M (142) 评论 (0) 收藏

      摘要:径流序列的非线性和非平稳特性使得高精度的径流预报存在困难。本文组合EEMD和GRNN模型形成EEMD-GRNN耦合模型,预测时通过将径流序列分解为确定成分与随机成分并通过GRNN模型分别进行预测,预测值的加和则构成径流最终预测结果。EEMD-GRNN耦合模型应用到元江中上游,并与其他模型进行比较,结果表明:EEMD-GRNN耦合模型具有更高的预测精度,对径流的总体趋势预测有良好的效果,但在随机性的模拟上有待进一步完善。EEMD-GRNN耦合模型优于BP、GRNN、EEMD-BP模型,能有效提升径流预测的精度,可为流域的水资源优化调度等提供决策支持。

    • 长江流域夏季日面雨量精度与不同站数间关系研究

      2023, 43(4).

      摘要 (226) HTML (0) PDF 3.50 M (160) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探讨不同布站数对统计长江流域夏季日面雨量精度的影响,选取金沙江下游、鄂东北、青弋水阳江3个流域作为研究对象,并挑选出不同站网分布,统计各站网分布计算的2016-2018年夏季日面雨量,运用平均绝对误差(MAE)、均方差(MSE)和相关系数(r)3个技术指标来评价各流域夏季日面雨量精度与站数之间的关系。结果表明:各流域夏季日面雨量精度均受站数变化的影响,MAE、MSE均随站数的增加而减小,但当站数增加到一定数量之后趋于稳定,r也有相同的变化规律,只是随站数增加而增大。同时,通过计算3个技术指标随站数平均变化值,定量得到金下、鄂东北、青弋水阳江流域代表性站数分别为405站、293站、126站,与现有站数相比,分别减少25.1%、55.8%、56.6%,可为计算长江流域夏季日面雨量选用站数和站网布局提供参考。

    • 鄱阳湖洪泛系统淹没动态时空异质性特征及驱动机制

      2023, 43(4).

      摘要 (385) HTML (0) PDF 3.79 M (183) 评论 (0) 收藏

      摘要:摘 要:因鄱阳湖主湖区与毗邻碟形湖区之间存在季节性动态的连通条件,导致了主湖区和碟形湖区水体淹没状况的非一致性,这种差异造就了两者不同的生境特点。基于ESTARFM(Enhanced Spatial and Temporal Adaptive reflection fusion model)模型,通过重构2000-2020年鄱阳湖区连续的高时空分辨率水体淹没数据,分析了鄱阳湖洪泛系统淹没动态的时空变化特征及其驱动因素。研究发现,近20年来鄱阳湖洪泛系统主湖区与碟形湖区水体淹没面积多年平均值分别为1239 km2和407 km2。受湖泊淹水自然过程和人为干扰的影响,碟形湖的淹水动态在涨水期(3月)和退水期(10月)与主湖区存在明显差异。在空间上,鄱阳湖的淹没频率总体上呈“北高南低”的分布格局,主湖区和碟形湖区水体淹没频率分别为58%和36%。研究时段内,鄱阳湖洪泛系统水体淹没面积与淹没频率整体上呈减小趋势,但碟形湖区内二者均呈微弱的上升趋势。近年来,鄱阳湖流域入湖流量的增加是导致碟形湖区水体淹没面积和淹没频率呈现增加趋势的主要原因,而主湖区水体淹没面积和淹没频率的下降主要归因于长江中上游来水减少、三峡工程运行引起的长江中下游河床降低、以及鄱阳湖区大规模采砂活动引起的入江水道下切侵蚀等综合作用造成的湖泊泄流能力的增大。研究结果对于深化湖泊洪泛系统水文复杂性的认识、促进洪泛湿地系统的管理实践具有重要的科学意义。

    • >区域规律
    • 五台山积雪变化趋势及其影响因素

      2023, 43(4).

      摘要 (301) HTML (0) PDF 1.88 M (151) 评论 (0) 收藏

      摘要:五台山是华北最高峰,受气候变暖影响显著,为研究五台山积雪变化及受气候变暖的影响,利用MODIS积雪产品结合微波遥感数据获取五台山积雪覆盖面积及积雪日数,通过对五台山2000年—2020年积雪参数的空间分布和变化趋势的研究,及对地形因子和气象因子的响应进行分析,结果如下:①五台山西北部的积雪最多,积雪覆盖面积变化有季节性,积雪期主要在10月底到翌年4月。②积雪的年际变化有负向趋势,积雪覆盖面积和积雪日数在各季节的年际变化也多呈减少趋势,均不显著,积雪初日显著延后,积雪终日提前,积雪持续时间随之缩短。③积雪覆盖面积在海拔2500m以上的地区呈显著减少趋势,2500m以下的地区波动减少,各坡度、坡向分区也呈波动减小趋势,均不显著。海拔、坡向与积雪覆盖面积在年内有一定相关性,坡度则没有明显相关性。④积雪覆盖面积在年内与气温和降水呈显著负相关,在年际与气温呈显著负相关,与降水呈正相关。气温在各季节与积雪参数均呈负相关,降水量在各季节与积雪参数均呈正相关。⑤全球积雪变化趋势及其影响因素基本与五台山相同,但仍需进一步探讨和研究。

    • >技术应用
    • 气象产品的广义联合偏差修正方法及其应用

      2023, 43(4).

      摘要 (382) HTML (0) PDF 2.49 M (149) 评论 (0) 收藏

      摘要:气象产品与气候模式预测数据与地面观测数据仍有偏差,通常需要对其进行偏差修正以保证数据可靠性;常用的偏差修正方法的修正效果受区域特征和气象要素等的影响,对于覆盖多个气候带、空间异质性大且多气象要素综合影响的区域,单一偏差修正方法效果不甚理想。为此,本文提出一种广义联合偏差修正方法,该方法根据降雨、气温双要素间时空相关性及两者对区域水文过程的作用程度,耦合了Quantile Mapping(QM)法和Joint Bias Correction(JBC)法联合修正。将该方法应用于澜沧江湄公河流域,结果表明:与Quantile Mapping(QM)法相比,广义联合偏差修正考虑了降水气温相关性改善了降水和温度极值的修正效果,纳什系数明显提升,尤其是5、6月份,纳什系数提升了0.5以上;与Joint Bias Correction(JBC)法相比,该方法考虑了气象-水文的动态关系降低了降水和温度频率分布及均值的偏差,使修正数据分布更贴近实测数据分布;利用修正后的气象数据驱动分布式水文模型时,径流模拟精度提升了91.2%;在此基础上将该方法修正气象数据用于流域未来气象水文预测。广义联合偏差修正方法实现了传统方法间的互补优势,推广了适用范围,提升气象数据修正精度,为后续流域未来径流预测和水资源规划管理提供可靠依据。

    • >区域规律
    • 基于条件分布模型的气象水文干旱传递分析

      2023, 43(4).

      摘要 (342) HTML (0) PDF 2.12 M (160) 评论 (0) 收藏

      摘要:气象干旱发展到一定程度可以转换为水文干旱。本文以潘家口水库流域1961-2010年逐月面平均降水数据和潘家口水库的入库径流序列为基础数据,分别计算了1、3、6、12个月时间尺度的标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SRI),以表征研究区域的气象干旱和水文干旱。基于条件分布模型,分析了不同时间尺度的气象干旱和不同的预测期(或滞后期)传递到未来的不同等级的水文干旱的概率。结果表明,当SPI时间尺度较小或预测期(滞后期)较短时,其转换的SRI的干旱等级越倾向于维持与SPI相同的干旱等级;随着SPI时间尺度的增长或预测期(滞后期)延长,其转换的SRI的干旱等级略低于气象干旱或恢复到正常状态。

    • >技术应用
    • 暴雨山洪水动力学模型研究进展

      2023, 43(4).

      摘要 (333) HTML (0) PDF 1.11 M (203) 评论 (0) 收藏

      摘要:山洪灾害突发性强、破坏性大、预测难度高,其预报是水文学及水动力学面临的重大科学问题。深入理解流域暴雨山洪响应机理是准确预测山洪灾害的关键。暴雨山洪通常发生在资料较为匮乏的小流域,给适用于较大流域的水文模型应用带来了挑战;而暴雨山洪完整水动力学方法对历史资料需求低,充分考虑了暴雨山洪形成与演化的物理机制,能够准确地描述降雨-产汇流-沟道洪水演进的全过程,减小了暴雨山洪预报的不确定性。本文首先比较了应用水文学方法和水动力学方法模拟暴雨山洪的优缺点;其次,详细梳理了暴雨山洪水动力学模型的关键技术,特别是结合暴雨山洪非规则坡面流动的特点,总结概括了浅水动力学控制方程离散中的地形源项和阻力源项处理方法;然后,系统探究了暴雨山洪水动力学关键物理因子(降雨、下渗、阻力等)作用规律及其定量化方法;最后,展望了模型精度、计算效率、应用领域等发展方向。

    • 山区小流域洪水分布模式模拟与危险性评估

      2023, 43(4).

      摘要 (387) HTML (0) PDF 2.69 M (139) 评论 (0) 收藏

      摘要:流域暴雨山洪过程时空异质性强,准确评估雨洪变化特性和洪水危险性对山洪灾害防治具有重要意义。以6个降雨特征指标和6个洪水特征指标刻画流域场次雨洪特性,采用中国山洪水文模型和洪水频率指标相结合,模拟和评估口前流域洪水过程及其危险性。结果表明:场次洪水洪峰模数、洪峰时间偏度、高脉冲历时占比、涨落洪速率与降雨总量、平均雨量、最大雨强、雨峰位置系数、基尼系数等降雨特征指标显著相关,三场致灾洪水过程的降雨均呈现量级大、强度大、历时短的特点;率定期和验证期的平均径流深相对误差均在9%以内,平均洪峰流量相对误差均在11%以内,平均峰现时间误差均在1.7 h以内,平均Nash-Sutcliffe系数为0.80和0.76;各场次洪水有0.0%~93.3%的河段流量达到一般危险及以上等级,三场致灾洪水过程的危险性等级最高,分别有80.0%、35.0%和1.7%的小流域河段流量达到高危险及以上等级。研究可为山区小流域暴雨洪水危险性评估、灾害响应和复盘等提供技术支撑。

    • >基础研究
    • 基于LQ-moments的洪水频率分布参数计算方法研究

      2023, 43(4).

      摘要 (383) HTML (0) PDF 4.03 M (127) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善频率曲线高尾部对实测洪水大值段的拟合效果,提高大重现期洪水设计值精度,研究LQ-moments (LQM)法在洪水频率分布参数估计中的应用。LQM法是L-moments (LM)法的扩展方法,在洪水频率分析中具有优越性。以6个年最大洪峰流量系列为例,进行P-III分布和GEV分布LQM法的参数估计,以累积相对偏差平方和(δ)、RMSE和平均绝对误差(MAE)为标准,评价和比较P-III分布LQM法和LM法、GEV分布LQM法和LM法的参数估计精度和拟合效果。结果表明,P-III分布LQM法在洪水频率计算中取得了很好的拟合效果,6个洪峰流量系列中,5个系列的最优参数估计方法为LQM法,其中3个系列的最优分布为P-III分布;与LM法相比,LQM法能更好地拟合洪水序列大值部分,提高大重现期设计值估计精度,是用于洪水频率分布参数估计的有效方法。

    • >技术应用
    • 机载水质定点分层采样装置设计与实现*

      2023, 43(4).

      摘要 (88) HTML (0) PDF 3.13 M (120) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高水质采样的自动化、精准化以及信息化水平,针对传统水质采样(人工采样和无人船采样)的低效率、高成本以及周期长等问题,提出了利用无人机技术取代传统的水质采样方式,使得采样方式更便携性、多样性以及高效性。该装置由无人机平台、采样装置以及标准取水容器组成,其采样过程首先是通过拨动无人机遥控器上的开关按钮预先设置好采样深度,然后在无人机地面站输入经纬度信息使得无人机能够飞行到指定的采样地点,进而拨动遥控器上的一键采样按钮自动完成取水操作,最后再一次拨动遥控器上的返航按钮使得无人机自动返航回到初始位置。该方法相比于传统方式具有安全性高、成本低等优势以及能够推动水文仪器现代化发展进程具有重要的理论和现实意义。

    • 三种插值方法在降水等值线绘制中的对比分析

      2023, 43(4).

      摘要 (419) HTML (0) PDF 2.41 M (214) 评论 (0) 收藏

      摘要:降水数据是水文模型重要输入数据之一,提高降雨数据的插值精度具有重要的理论与现实意义。为对比不同插值方法在宁夏自治区的适用性,基于宁夏自治区77个气象台站1956—2016年近61年的平均降水量为基础数据,运用泰森多边形法、距离平均反比法、克里金插值法对降雨量数据进行空间插值和交叉验证,通过方法稳健性和准确度结果进行对比分析,得出宁夏自治区所适用的插值方法。研究表明:①从准确度来看,克里金插值法与观测值走向、位置较为相似;②从稳健性来看,克里金插值法MAE平均值为4.43 mm、RMSE平均值为10.36 mm,显著小于泰森多边形法和距离平均反比法。从整体上来看,克里金插值法更为理想,可以用于宁夏自治区降水量空间插值分析。

    • >区域规律
    • 广东省东江流域降雨时空变化特征多角度分析

      2023, 43(4).

      摘要 (399) HTML (0) PDF 4.81 M (171) 评论 (0) 收藏

      摘要:在人类活动和气候变化的复杂影响下,广东省东江流域的降雨特征在66年间发生了显著改变,为了精准识别其时空变化特征,基于流域34个雨量站逐月长序列降雨数据,采用集中度、集中期、OLS回归法、M-K检验法、滑动t检验法、一维连续小波等多种方法,对广东省东江流域上下游降雨的年内分布特征,年际变化的趋势性、突变性和周期性特征以及空间变化规律开展多角度分析。结果表明:广东省东江流域降雨量从东北向西南递减;从上游到下游,年内降雨集中期从6月延迟到7月份,降雨由减少过渡到弱增长趋势;下游突变性较上游显著,上游周期性强于下游;上下游降雨主周期一致,均为17 a。研究成果可为广东省东江流域降雨预报及水资源开发利用等相关研究提供支撑。

    • >基础研究
    • 洪涝灾害风险评估与分区研究进展

      2023, 43(4).

      摘要 (375) HTML (0) PDF 1.40 M (352) 评论 (0) 收藏

      摘要:在全球气候变化和城市化进程不断加快的背景下,城市洪涝灾害频发,造成严重的经济损失和人员伤亡问题。对近年来中国典型城市洪涝灾害进行系统整理介绍,说明洪涝灾害带来的人员伤亡和经济损失巨大。风险评估作为一种非工程性防洪措施,是城市洪涝风险管理的首要工作,精确、高效的把握洪灾过程等特征可以为防灾减灾工作提供科学依据。对城市洪涝风险评估与分区的概念和内容进行系统梳理,常用的风险评估方法有数理统计法、不确定性分析法、遥感影像评估法、指标体系评估法、情景模拟评估法;风险分区常用方法有阈值法、经验公式法和物理机制法。论述了城市洪涝风险评估与分区常用方法的应用范围、优缺点及其发展前景。

    • >技术应用
    • IMERG卫星降水数据在嘉陵江流域的干旱监测效用评估

      2023, 43(4).

      摘要 (328) HTML (0) PDF 4.95 M (108) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对嘉陵江流域存在雨热同期,水旱灾害频发的现象,为快速且准确地把握流域内降水与干旱情况,利用覆盖范围广且分辨率高的网格化IMERG卫星降水数据对嘉陵江流域进行多时空尺度反演,并基于卫星降水数据采用标准化降水指数(SPI)对流域实行干旱监测。结果表明:1)根据分类指标与统计指标的计算结果,三种卫星降水数据中的IMERG-F能更准确地反映流域内的日降水量,与地面降水数据CC达0.737,整体高估地面降水2.6%,具有在干旱监测方面的应用潜力。2)三种卫星降水数据驱动的SPI指数在干旱监测方面存在一定的差异,IMERG-F驱动的SPI指数与地面降水数据驱动的SPI指数保持较高的一致性(CC>0.9),较近实时产品IMERG-F更能准确地呈现出流域的干湿特征。3)卫星识别降水与干旱监测的能力受地形地貌的影响,IMERG卫星降水数据在平原丘陵地带具有较好的适用性。

    • >基础研究
    • 校园雨涝灾害风险因素影响机制研究

      2023, 43(4).

      摘要 (298) HTML (0) PDF 1.29 M (211) 评论 (0) 收藏

      摘要:当前中国正处于高质量现代化发展的攻坚克难期,城市安全稳定是发展的重要前提。洪涝灾害作为我国最突出的水患问题,给城市生态安全带来严峻挑战。校园作为城市的重要组成单元,也频繁遭受着雨涝灾害。如何降低校园雨涝灾害风险,完善防灾系统,提升校园韧性成为当下校园可持续研究的重要议题。目前校园雨涝灾害的研究主要从地理学、灾害学等角度在灾害模拟、防灾景观规划等领域展开,缺乏对校园雨涝灾害风险影响因子及其内在作用机制的研究。因此,本文综合运用DEMATEL-ISM法,明确各因素间的影响机制及作用程度,构建多级递阶结构模型。结果表明:校园雨涝灾害韧性影响因素可分为五级三阶结构,其中极端日降水量是最关键的根本致因,土地覆盖类型、人口密度、人均GDP、医疗能力是最有效的直接致因。研究可为校园雨涝灾害防治提供科学依据,有助于校园可持续发展。

    • >区域规律
    • 里下河地区极端降水时空变化及未来趋势分析

      2023, 43(4).

      摘要 (224) HTML (0) PDF 3.19 M (170) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着全球变暖,极端天气事件逐渐增加,影响着社会经济发展,揭示区域极端降水时空变化对防洪减灾具有重要意义。基于1960—2019年的逐日降水,通过MK趋势检验、小波分析、重标极差以及克里金插值方法,从强度、频率和持续性三方面分析里下河地区的极端降水指数,并进一步探究其未来趋势变化。结果表明:(1)里下河地区多年平均降水为1017.25 mm,呈不显著增加趋势;空间分布差异明显,总体呈自西北向东南逐渐增加的分布。(2)研究区内各站点极端降水指数变化不同,总体而言,极端降水强度、频率均呈现增加趋势,持续性呈减少趋势。(3)极端降水指数变化过程中存在3类尺度的周期性变化,在整个时间尺度上存在3个偏多中心和2个偏少中心。(4)除R10mm和R20mm未来变化趋势与过去趋势相反且呈弱持续性,其他极端降水指数未来变化趋势与过去相一致,且过去总体趋势对未来趋势的影响时间长度在9~16年左右。研究结果为里下河地区科学合理应对气象灾害、合理配置水资源提供依据。

    • 水文模型参数区域化研究进展

      2023, 43(4).

      摘要 (372) HTML (0) PDF 1013.93 K (210) 评论 (0) 收藏

      摘要:参数区域化方法是解决缺资料地区水文建模和预报的有效手段,主要包括回归法、空间邻近法和属性相似法,可将有资料流域的水文模型参数移用到缺资料流域。首先回顾了区域化方法基本原理和应用方法,并分析了三类区域化方法的适用性。从区域化方法比较、流域特征指标、水文模型及参数、不确定性探讨四个方面综述了区域化方法的研究进展。分析发现,当前区域化方法缺乏完善的理论基础,流域特征指标选择存在主观性,水文模型及参数的适用性方面研究不足。最后展望了未来研究重点:(1)多维度适用性比较;(2)水文过程和参数的空间分布规律;(3)参数的尺度问题及不确定性问题。

主编:蔡阳

国际标准刊号:ISSN 1000-0852

国内统一刊号:CN 11-1814/P

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