福建九龙江流域历史旱涝急转的识别与情势分析.pdf
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1、第 卷 第 期 人民珠江 年 月 :基金项目:国家重点研发计划资助项目();福建省水利科技项目()收稿日期:作者简介:孙浩岩(),男,本科,主要从事水利港航水文水动力等工作。:通信作者:王立辉(),男,博士,副教授,主要从事河口海岸水文水动力研究。:孙浩岩,王立辉,唐萍,等 福建九龙江流域历史旱涝急转的识别与情势分析 人民珠江,():福建九龙江流域历史旱涝急转的识别与情势分析孙浩岩,王立辉,唐萍,徐普,江勇,余志明,邹清水(福州大学 土木工程学院,福建福州 ;福建省水文水资源勘测局 闽江河口水文实验站,福建福州 )摘要:为完善九龙江流域应对极端水文事件和旱涝急转的调度预案,根据九龙江流域历史观
2、测资料,利用短周期降雨旱涝急转指数 与标准差法对九龙江流域旱涝急转的历史典型年进行识别并分析。研究结果表明:年,九龙江流域的旱涝急转典型年共计 ,年份分布较均匀,近十年的旱涝急转典型年为 、年;九龙江流域四季旱涝转移的概率特征为在干旱情况下,由旱转涝的概率小于连旱的概率,在洪涝情况下,由涝转旱的概率大于连涝的概率;对九龙江流域旱涝急转历史典型年 、年的水文情势进行了分析,将典型年的降雨量、蒸发量与常年量作对比,得到了其逐月变幅情况,为制定旱涝急转应急调度方案提供数据支撑。关键词:旱涝急转;水文情势;九龙江中图分类号:文献标识码:文章编号:()牞 牞 牞 牞 牞 牞 牗 牞 牞 牞 牷 牞 牞
3、牞 牘 牶 牞 牞 牗 牘 牶 牞 牞 牷 牞 牞 牷 牞 牞 牞 牞 牶 牷 牷 牷 人民珠江 年第 期受大气环流和天气系统持续异常的影响,九龙江流域在时间演进过程中可能出现干旱和洪涝的交替发生,旱涝急转 属于其中一种特殊形式。旱涝急转,是指在前期无降水或降水偏少,且已出现旱情的情况下,紧接着在短期内发生高强度降水并形成洪涝的气象水文事件,当其发生时会对流域的防洪调度产生极大影响 。因此,对九龙江流域历史旱涝急转及其变化情势识别并分析具有重要意义,可为完善九龙江流域应对极端水文事件 和旱涝急转的调度预案提供科学依据。目前,水文学者对旱涝急转事件识别与情势分析已开展大量研究。在珠江流域方面,刘
4、艳群等 利用 指数旱涝指标对北江流域近 年来汛期的旱涝情况进行了分析;孙鹏等 基于东江流域 个雨量站 年的月降雨量资料,分析了东江流域汛期长周期和短周期降雨旱涝急转现象的趋势变化和时空分布特征;梁曼琳等 结合游程理论,探讨旱涝识别指数 (标准化降水指数)、(标准化降水蒸散发指数)和 (标准化加权平均降水指数)等 种指数在识别珠江流域短周期旱涝急转事件的适用性;陈旭哲等 基于华南地区 个站点的降水资料、再分析资料和海温资料,采用合成分析、相关分析等统计学方法,分析华南汛期旱涝急转特征及其成因。在长江流域方面,陶新娥等 采用日尺度的 (标准化加权平均降水指数)作为旱涝急转研究指标,并采用游程理论提
5、取指标,得到长江流域连续干旱与洪涝事件,判断其旱涝急转程度,分析其强度和发生频率的未来变化情况;孙玉燕等 从年、季尺度分析 指数与 事件的关系,揭示 对合肥市旱涝灾害的影响;彭高辉等 、谷红梅等 分析了贵州省烟草生长期内旱涝急转的时空演变特征;等 为了更好地探讨旱转洪水的发生机制和演变规律,本文建立了旱转洪水全生命周期模型。在其他流域方面,岳树朋 利用长周期旱涝急转指数()、短周期旱涝急转指数()和滑动平均法、线性趋势法、趋势分析法、分析法分析了大伙房水库流域(月)旱涝急转特征、旱涝急转趋势和旱涝急转强度变化及未来趋势;杨艳娟等 利用海河流域 个气象站 年逐日降水资料,研究了海河流域旱涝急转的
6、发生规律;杨星星等 基于 (标准化前期降雨指数)计算广西 年 (逐月旱涝急转指数),在讨论其阈值和适用性基础上,分析了区域旱涝急转事件的时空演变特征;等 构建了淮河流 域 月 尺 度 的 非 线 性 非 参 数 分 类 回 归 树(),用于阈值确定和危害评价。前人对于旱涝急转事件的研究主要集中于珠江流域和长江流域,目前还未有对于九龙江流域旱涝急转事件的研究,此外,现有研究一般为单一尺度下的旱涝急转识别研究,缺少多尺度下的比较分析,基于此,本文在收集九龙江流域长系列水文气象资料的基础上,在月尺度、季尺度下利用短周期降雨旱涝急转指数 与标准差法,对历史上九龙江流域发生旱涝急转的典型年进行识别并分析
7、,研究成果可为九龙江流域今后应对旱涝急转极端水文事件、制定旱涝急转应急调度方案提供基础数据和技术支持。研究区概况九龙江是福建省境内第二大河流,位于 、,总流域面积为 。九龙江水系以北溪为主流,与支流西溪汇合后,向东南流经龙海石码,再纳支流南溪,而后注入东海。九龙江流域总体上处于亚热带季风区域内,属海洋性气候,部份地区属中亚热带季风气候,因地势不同,流域内各区域气温、风速、雨量略有不同,气候温暖,雨量充沛,年平均气温 ,由西北向东南递增,年平均降水量约为 。九龙江流域约占福建省陆域面积的 ,涵盖 个县(市、区),流域人口占全省人口总数的 ,经济总量约占福建省的 ,全流域的耕地面积 万 ,水田超过
8、 ,适合水稻、甘薯、小麦生长,山地、丘陵还种植烤烟等经济作物,此外流域内已开发小水电总装机 万 ,年发电量 亿 。人民珠江 年第 期 数据与方法 基本资料九龙江流域长系列水文气象要素资料是开展九龙江流域科学研究的前提和基础,本文采用了九龙江流域逐日过程降雨资料、蒸发资料和径流量资料均来源于国家气象中心与福建省水文水资源勘测中心。九龙江流域各分区资料较为完整的雨量代表站共计 个,依次为梅营站、长泰站、溪南站、溪口站、平和站、下寨站、归德站、南胜站、长桥站;流量代表站共计 个,依次为郑店站与浦南站,九龙江流域代表性水文站点分布见图 。图 九龙江流域地理位置本文降雨资料年限为 年连续系列,共 年。其
9、中 年为九龙江流域面平均雨量资料,年之前资料情况极差,测站少,系列不完整,年内数据缺测严重,通过筛选最终选择采用 年石码站降雨资料、九龙江流域内 个站点有的 年逐日降雨求得的面平均雨量资料作为九龙江流域的古老降雨资料;蒸发资料年限为 年连续系列,共 年,其中 年蒸发量从中国气象数据共享网获得,年蒸发量为长泰站逐日水面蒸发资料;径流量资料年限为 年连续系列,共 年,年九龙江径流量为郑店和浦南水文站径流量之和,年径流量采用浦南水文站径流量。本文对所选水文资料进行了“三性”检查,认为所选资料均具有较好的可靠性、一致性和代表性。旱涝划分方法九龙江流域干旱和洪涝的划分是研究旱涝急转的关键,划分结果既要符
10、合人们对旱涝的主观认识,又要符合九龙江流域的客观实际。本文结合九龙江流域实际情况,采用吴志伟 提出的短周期降雨旱涝急转指数 对九龙江流域进行月尺度下的旱涝划分,采用标准差法进行季尺度下的旱涝划分。)短周期降雨旱涝急转指数 。短周期降雨旱涝急转指数 具体计算见式():()()()式中、第 月、第 月的标准化降水量;旱涝急转强度项,其绝对值越 大,则 旱 涝 急 转 强 度 越 大;旱涝强度项,其数值越大,则干旱事件或洪涝事件强度越大;权重系数,用于增加旱涝急转事件所占的权重,并降低全涝或全旱事件所占权重。标准化降雨量计算公式见式():珔 珔()槡()式中 降雨标准化指数;珔 降水量均值;第 月的
11、降水量。)标准差法。本文选择标准差法作为九龙江流域旱涝划分方法,采用多指标进行综合旱涝划分,首先将各指标进行 标准化,然后通过加权求和的方式获得综合指标值,各指标权重取值方面,认为降雨量相对于蒸发量和九龙江径流量重要,因此给定降雨量、蒸发量和九龙江径流量的权重分别为 、。对综合标准值再利用标准差法进行旱涝划分,将流域或区域的旱涝状况划分为 个等级,即 级涝、级偏涝、级正常、级偏旱、级旱。各等级的划分区间见式()()。书书书人民珠江 年第 期级:(珔 )()级:(珔 )(珔 )()级:(珔 )(珔 )()级:(珔 )(珔 )()级:(珔 )()式中珔 计算时段内指标(降雨量、蒸发量、径流量等)的
12、多年平均值,一般采用近 的系列平均值;计算时段内指标的历年值;计算时段内指标的标准差。九龙江流域历史旱涝急转识别本文以不同时间尺度为单元,分月尺度、季尺度分别研究了旱涝分布及转移规律,为流域水利工程调度和月、季等时间尺度上的水资源配置提供依据。以月为时间尺度的旱涝急转识别 逐月旱涝划分标准受大气环流和天气系统持续异常的影响,九龙江流域在任何季节都有可能遭受干旱和洪涝灾害,因此本文拓展 指数计算到九龙江流域全年各月,为表征区域尺度旱涝急转情势,将各站点计算所得的 值进行面积加权平均得到区域尺度 序列。逐月旱涝划分标准采用 指数,指数的绝对值越大,表明旱涝急转事件强度越强。旱涝急转事件评判及分级标
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