本文選題：變化環(huán)境　切入點：洪水　出處：《大連理工大學》2016年博士論文

【摘要】：洪水的防范與管理一直以來都是我國乃至世界各地關(guān)注與討論的焦點,也是難點,在人類活動的大背景下,變化環(huán)境成為了影響洪水發(fā)生與變化的首要原因之一。通過全面分析洪水發(fā)生環(huán)境的變化、了解變化環(huán)境與洪水之間的影響關(guān)系、提高降雨洪水預(yù)報預(yù)測技術(shù)、科學評價流域防洪等研究,可以全面提高人們對于洪水及其風險的預(yù)判,從而盡早采取相應(yīng)的防洪預(yù)警措施來應(yīng)對。但在變化的環(huán)境中通過科學的預(yù)測預(yù)報方法合理規(guī)避洪水風險并照顧到受災(zāi)體的方方面面是一個復(fù)雜且龐大的系統(tǒng)性問題。針對這些問題,本文以我國東北地區(qū)水資源豐富的第二松花江豐滿水庫以上流域為目標,綜合分析了流域環(huán)境的變化情況及其對洪水的影響；基于可變集理論構(gòu)建了流域洪澇易損性評價方法與指標體系,評估了流域在面臨洪水時的易損性；研究提出了有一定彈性空間的集合區(qū)間降雨預(yù)報方法,并將區(qū)間降雨預(yù)報信息用于流域的防洪預(yù)警,為提高二松流域防洪工程規(guī)劃建設(shè)、增強降雨預(yù)報方法認知能力、提高流域防洪預(yù)警的實際應(yīng)用水平,從而保障流域社會的協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學參考。主要研究內(nèi)容和成果如下：(1)通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)、ArcGIS工具、可變模糊評價等多種方法從定性、定量兩個角度研究分析了流域下墊面土地利用、水利工程與社會及水利基礎(chǔ)設(shè)施等的變化。結(jié)果表明豐滿流域三區(qū)(白山以上)森林覆蓋率長期保持在80%以上,二區(qū)(五道溝以上)則植被覆蓋率一直在20%以下較低的水平,土地利用整體來看變化不大,但不排除局部地區(qū)的較大變化；各地區(qū)人口保持穩(wěn)定,經(jīng)濟飛速發(fā)展,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度在不斷提高；流域水利工程數(shù)量與容量的變化最為明顯,中小水庫庫容總量達到10×108m3以上,接近豐滿水庫總庫容的10%,防洪庫容的40%,其巨大的蓄水能力既可通過汛期蓄水來提高防洪與興利,但也可能因為蓄水過多及工程等原因等給下游水庫帶來來水不確定性,從而增加了風險；通過研究環(huán)境的變化,可以為水庫運行管理提供決策依據(jù)。(2)以變化環(huán)境中的主因——水利工程為切入點,通過集總式新安江模型與分布式HEC-HMS模型來研究水利工程對洪水的影響規(guī)律。在新安江模型中主要通過調(diào)整模型參數(shù)的方式來考慮水利工程影響；在HEC-HMS模型中通過添加水庫模塊,將分區(qū)子流域上的所有水庫概化為一個虛擬聚合水庫,聚合水庫的庫容、壩高等物理屬性根據(jù)子單元的分布特征與單元主河道與最長河長來確定,假定子單元的降雨產(chǎn)流首先把聚合水庫蓄滿之后才可以出流到下游,這種壩頂過水方式比較符合研究地區(qū)絕大部分中小水庫的實際運行現(xiàn)狀。(3)基于可變集理論及其基本定理,提出了可變集易損性評價方法；在傳統(tǒng)的評價指標中加入了反映人的心理及行為的相關(guān)指標,形成了綜合評價指標體系,對研究區(qū)進行洪澇易損性評價。詳細闡述了可變集理論的三大基礎(chǔ)定理,提出了可變集易損性評價方法。在已有的評價體系致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承載體這類清晰確定性指標的基礎(chǔ)上增加了當前越來越加以重視的心理承災(zāi)能力以及當?shù)卣膽?yīng)急抗災(zāi)能力這類模糊性指標,將模糊性指標通過等效轉(zhuǎn)換的方式進行定量計算,最終得到綜合評價指標體系。運用本文提出的可變集方法進行評價應(yīng)用,得到研究地區(qū)的易損性分布圖,為流域的防洪預(yù)警提供有用信息,有助于做出更好決策。(4)提出了基于TIGGE數(shù)據(jù)的集合降雨區(qū)間預(yù)報方法。分析了集合預(yù)報思想的最終任務(wù)與目的,針對目前普遍采用的集合平均與控制預(yù)報這類集合預(yù)報產(chǎn)品在概率預(yù)報與定量預(yù)報中的缺陷,利用TIGGE平臺提供的ECMWF、NCEP、CMA、CMC四個數(shù)據(jù)中心的原始預(yù)報數(shù)據(jù),通過概率的方法從原始數(shù)據(jù)的初始預(yù)報區(qū)間中進一步篩選出更接近實測值的預(yù)報區(qū)間。區(qū)間形式的預(yù)報結(jié)果首先是定量的,不再是對是否屬于某一量級降雨的判斷；其次,結(jié)果本身包含了預(yù)報不確定的誤差,因而在對預(yù)報產(chǎn)品進行應(yīng)用時,用戶可以有充分的時間與空間對預(yù)報的風險與誤差加以考慮,從而減小預(yù)報不確定帶來的損失,其優(yōu)勢較為明顯。從研究區(qū)域的應(yīng)用結(jié)果來看,其結(jié)果從概率角度或定量角度都不輸于其它預(yù)報方式,在大雨及以上降雨的預(yù)報中效果更加明顯。(5)在集合降雨區(qū)間預(yù)報的基礎(chǔ)上,研究了將降雨預(yù)報信息用于流域防洪預(yù)警的方式以及有效性,并將流域的洪澇易損性與防洪預(yù)警信息進行結(jié)合,進一步提高預(yù)警的可靠性。對比了傳統(tǒng)上基于集合均值預(yù)報與控制預(yù)報的這種單一值與基于區(qū)間值的降雨預(yù)報在用于防洪預(yù)警時的原理與方法上的差別；通過統(tǒng)計分析研究區(qū)多年的降雨徑流數(shù)據(jù),確定研究區(qū)的分級預(yù)警閾值,將預(yù)警級別與國家氣象局發(fā)布的預(yù)警色標疊加；利用研究區(qū)集合降雨區(qū)間預(yù)報的結(jié)果進行防洪預(yù)警,以及基于降雨預(yù)報并考慮流域環(huán)境變化影響的洪水預(yù)報的防洪預(yù)警,最后結(jié)合流域洪澇易損性分布分析預(yù)警信息在不同地區(qū)、不同前期環(huán)境條件下的實際可利用性。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TV122;TV87

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本文編號：1701515