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湖泊型流域洪涝灾害经济损失多情景模拟——以南四湖流域为例

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生态学报 2024年第10期44卷 4129-4141页

作者：刘洋韩雯颖孙志贤桑国庆济南大学商学院济南250002 扬州大学商学院扬州225127 济南大学水利与环境学院济南250022

洪涝灾害情景模拟与损失预估对湖泊型流域防洪减灾和可持续发展具有重要意义。以我国典型的湖泊型流域南四湖流域为例,利用CA-Markov模型预测2030年三种用地情景,采用P-Ⅲ型概率曲线构建10、20、50、100 a四个重现期强降雨情景,得到12... 详细信息

洪涝灾害情景模拟与损失预估对湖泊型流域防洪减灾和可持续发展具有重要意义。以我国典型的湖泊型流域南四湖流域为例,利用CA-Markov模型预测2030年三种用地情景,采用P-Ⅲ型概率曲线构建10、20、50、100 a四个重现期强降雨情景,得到12种组合情景;通过InVEST模型和等体积淹没法量化不同情景的径流和淹没深度;在各产业GDP空间预测的基础上计算12种情景的洪涝直接经济损失。结果表明:(1)CA-Markov模型在南四湖流域的土地利用模拟精度较高,三种用地情景的各地类变化显著;(2)用地变化对流域洪涝灾害的影响显著,其中城镇发展情景下洪涝灾害风险最大,而生态保护情景风险最低;(3)暴雨强度会明显增加各用地情景的经济损失,但增幅在50 a重现期后有所减缓;生态保护情景的经济损失最少,介于97.39—128.81亿元之间,与其他情景相比,该情景可在一定程度上减少洪灾损失。为此,在气候变化背景下湖泊型流域可持续发展应充分考虑土地利用变化对洪涝灾害风险的影响,合理扩张城镇建设用地,优化布局生态用地,充分发挥国土空间规划在防洪减灾方面的作用。

关键词：土地利用洪涝灾害情景模拟直接经济损失南四湖流域

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基于极端梯度提升算法的山洪灾害临界雨量计算模型

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济南大学学报（自然科学版） 2024年第4期38卷 391-398页

作者：李福晨桑国庆孙元森济南大学水利与环境学院山东济南250022 山东省日照市东港区河湖管理保护中心山东日照276800

针对无资料区域山洪灾害临界雨量计算的难题,以山东省五莲县45个山丘区小流域沿河村落为研究对象,开展基于机器学习的山洪灾害临界雨量计算模型研究;基于水文水力学法结合现场调研确定各村落成灾水位及临界流量,通过水文模型计算产汇流... 详细信息

针对无资料区域山洪灾害临界雨量计算的难题,以山东省五莲县45个山丘区小流域沿河村落为研究对象,开展基于机器学习的山洪灾害临界雨量计算模型研究;基于水文水力学法结合现场调研确定各村落成灾水位及临界流量,通过水文模型计算产汇流得到洪水过程,采用试算法计算临界雨量;选取水文、下垫面、沿河村落等相关特征参数及临界雨量计算结果作为训练参数,构建基于极端梯度提升算法的不同预警时段临界雨量预估模型,并采用平均绝对误差和决定系数进行模型精度评估。结果表明:该模型计算的各预警时段临界雨量的平均绝对误差分别为4.56、 6.68、 7.11,决定系数分别为0.955、 0.967、 0.973,预测精度较高,能够满足无资料地区山洪预警工作的应用需求。

关键词：山洪灾害临界雨量极端梯度提升算法预警指标五莲县

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南水北调工程对南四湖下级湖水体交换特征影响研究

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水利水电技术（中英文） 2024年第6期55卷 72-83页

作者：岳俊杰桑国庆张林刘阳济南大学水利与环境学院山东济南257000 南水北调东线山东干线有限责任公司山东济南257000

【目的】南水北调东线工程以南四湖为输水通道,工程运行后南四湖下级湖的流场变化较为复杂。为研究调水工程运行对下级湖及各个分区水体交换特征的影响,【方法】在收集南四湖下级湖地形、降雨、蒸发、风场等资料的基础上,构建了下级湖... 详细信息

【目的】南水北调东线工程以南四湖为输水通道,工程运行后南四湖下级湖的流场变化较为复杂。为研究调水工程运行对下级湖及各个分区水体交换特征的影响,【方法】在收集南四湖下级湖地形、降雨、蒸发、风场等资料的基础上,构建了下级湖二维水动力和对流扩散模型,并进行了模型率定与验证,选取50 m^(3)/s、2020—2021年度调水期实际流量、设计流量125 m^(3)/s共3种流量工况进行了模拟分析。【结果】模拟结果显示:调水148 d时,3种流量工况下下级湖韩庄站至二级坝水位差分别为0.06 m、0.12 m、0.36 m,韩庄站至二级坝水位比降分别为1.0×10^(-6)、2.1×10^(-6)、6.2×10^(-6),下级湖平均流速分别提高0.15 cm/s、0.54 cm/s、0.87 cm/s,死水区和滞水区面积占比不断减小,湖区水体流动性大幅提升。实际流量工况模拟入下级湖共6.6亿m^(3),出下级湖6.3亿m^(3),其中下级湖旧水体占67%,外调水占33%。【结论】同一流量情况下,下级湖从南至北、从东至西水体更新时间逐渐变长,3种流量工况下下级湖水体更新时间分别为77 d、78 d、53 d。研究结果有助于定量分析调水情况下下级湖水体流动和交换过程,对南水北调东线工程南四湖段调度运行具有一定参考作用。

关键词：数值模拟水动力特征水体交换更新时间流量南四湖下级湖

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燕子河流域洪水演进数值模拟

济南大学学报（自然科学版） 2024年第1期38卷 68-77页

作者：韩松张威王豪刘玉玉桑国庆济南大学水利与环境学院山东济南250022 山东省水旱灾害防御中心山东济南250013

为了对中小河流流域洪水风险进行预测分析,以山东省临沂市燕子河流域为研究对象,利用水动力学模型对洪水演进进行数值模拟;采用MIKE 11软件建立一维水动力学模型,分别模拟洪水重现期为5、10、20、50、100 a的河道洪水演进过程;利用MIKE... 详细信息

为了对中小河流流域洪水风险进行预测分析,以山东省临沂市燕子河流域为研究对象,利用水动力学模型对洪水演进进行数值模拟;采用MIKE 11软件建立一维水动力学模型,分别模拟洪水重现期为5、10、20、50、100 a的河道洪水演进过程;利用MIKE 21软件对燕子河防洪保护范围构建二维模型;利用MIKE FLOOD软件侧向耦合一、二维模型,模拟不同洪水重现期洪水从河道漫溢至岸边的演进过程,对模拟结果进行分析,得到洪水的淹没范围、水深、流速等信息。结果表明:洪水重现期为5、10、20、50、100 a时洪水淹没范围分别为0、4.09、7.59、13.87、18.44 km^(2),最大淹没深度分别为0、4.56、5.46、6.20、6.49 m,洪水最大流速分别为0、3.04、3.58、3.98、4.70 m/s;罗庄区西陆庄村、为儿桥村以及兰陵县西庄村、松山东村等村落为淹没风险较大区域。

关键词：水动力学模型洪水演进数值模拟燕子河流域

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1976—2020年弥河流域旱涝急转特征分析

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人民黄河 2024年第8期46卷 31-37页

作者：张威刘玉玉陈安琪刘薇桑国庆济南大学水利与环境学院山东济南250022 山东省水文中心山东济南250002

基于弥河流域13个雨量站1976—2020年的逐日降水数据,使用长周期旱涝急转指数(LDFAL)、短周期旱涝急转指数(SDFAL),通过Mann-Kendall趋势检验、Mann-Kendall突变检验、滑动T检验、重标极差分析法(R/S分析法)、小波分析法、反距离插值法... 详细信息

基于弥河流域13个雨量站1976—2020年的逐日降水数据,使用长周期旱涝急转指数(LDFAL)、短周期旱涝急转指数(SDFAL),通过Mann-Kendall趋势检验、Mann-Kendall突变检验、滑动T检验、重标极差分析法(R/S分析法)、小波分析法、反距离插值法对弥河流域旱涝急转的时空分布特征进行分析。结果表明:在45 a内,弥河流域长周期6—9月共发生18次旱涝急转现象,LDFAL呈现下降趋势,表明未来“旱转涝”现象将占据主导。SDFAL在6—7月和8—9月呈现上升趋势,表明未来“涝转旱”现象将占据主导;7—8月呈现下降趋势,表明未来“旱转涝”现象将占据主导。LDFAL与旱涝急转强度均未发生突变,SDFAL只在2007年6—7月发生突变,短周期旱涝急转强度在2007年的6—7月和2005年的7—8月发生突变。长周期旱涝急转现象变化存在11 a主周期,短周期6—7月、7—8月、8—9月的变化主周期分别为34、64、43 a。

关键词：旱涝急转趋势分析时空变化弥河流域

1976—2020年弥河流域不同等级降雨时空分布特征

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济南大学学报（自然科学版） 2024年第2期38卷 140-148页

作者：刘薇丛鑫刘玉玉桑国庆郭成徐征和山东省水文中心山东济南250002 济南大学水利与环境学院山东济南250022

为了对弥河流域的降雨特征及未来演变趋势进行研究,基于流域15个气象站1976—2020年的逐日降雨数据,应用Mann-Kendall检验、反距离插值和重标极差(R/S)分析法,研究不同等级降雨量与降雨时间的时空分布特征,并探讨不同等级降雨对年降雨... 详细信息

为了对弥河流域的降雨特征及未来演变趋势进行研究,基于流域15个气象站1976—2020年的逐日降雨数据,应用Mann-Kendall检验、反距离插值和重标极差(R/S)分析法,研究不同等级降雨量与降雨时间的时空分布特征,并探讨不同等级降雨对年降雨的影响以及流域未来降雨结构的发展趋势。结果表明:研究期内弥河流域年降雨量呈逐年增加趋势,除大雨外,其他等级降雨量呈增长态势,降雨时间总体呈减少趋势,仅中雨、暴雨时间呈增加态势;流域年降雨量从上游向下游呈递减趋势,与大雨、暴雨空间变化一致,年降雨时间与小雨时间空间分布格局一致;中雨对年降雨量的贡献率最高,为27.99%,小雨的发生率最高,为72.07%;相关性分析显示,流域年降雨量与降雨时间分别受暴雨降雨量、小雨时间的影响最大;流域暴雨降雨量、暴雨时间与年降雨量都表现出较强的持续性,未来变化趋势与过去相一致,降雨等级存在向暴雨转变的趋势。

关键词：降雨量降雨等级时空分布弥河流域

降雨时程分配对小流域山洪灾害临界雨量的影响——以滕家河流域为例

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济南大学学报（自然科学版） 2024年第4期38卷 399-405页

作者：张明芳桑国庆李福晨张士儒徐艳会山东省威海市水文中心山东威海264209 济南大学水利与环境学院山东济南250022 北京七兆科技有限公司北京100071

为了提高小流域山洪灾害预警准确率,以山东省威海市滕家河流域为例,研究小流域不同降雨时程分配对山洪灾害临界雨量预警指标的影响;首先基于现场调研以及一维水动力模型确定研究区的成灾水位及临界流量,基于历史降雨数据采用模糊识别法... 详细信息

为了提高小流域山洪灾害预警准确率,以山东省威海市滕家河流域为例,研究小流域不同降雨时程分配对山洪灾害临界雨量预警指标的影响;首先基于现场调研以及一维水动力模型确定研究区的成灾水位及临界流量,基于历史降雨数据采用模糊识别法确定雨峰靠前、雨峰靠中、雨峰靠后3种模式雨型进行降雨时程分配,采用美国陆军工程兵团水文工程中心流域性洪水模拟系统(HEC-HMS)模型计算产汇流,通过试算法计算不同雨型雨量对应的临界雨量,并分析不同降雨时程分配对临界雨量的影响,确定不同预警时段的临界雨量范围;采用历史数据对滕家河流域6 h临界雨量指标进行预警检验。结果表明:预警检验成功率为87.5%,效果较好;基于雨峰靠前模式雨型的临界雨量值普遍大于基于雨峰靠中、雨峰靠后模式雨型的,不同降雨时程分配对临界雨量产生较大影响。

关键词：山洪灾害临界雨量降雨时程分配滕家河流域

宁夏哈巴湖国家级自然保护区植物群落遥感分类研究

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宁夏农林科技 2024年第1期65卷 17-22页

作者：任成宝余殿庞海威边振桑国庆宁夏回族自治区哈巴湖国家级自然保护区管理局宁夏吴忠751100 济南大学水利与环境学院山东济南250022

为准确监测宁夏哈巴湖国家级自然保护区植物资源,以2017年Landsat8遥感影像、高分卫星遥感影像结合实地调查和无人机多光谱影像,分析保护区9种典型植物群落的光谱特征,并利用2种分类方法对保护区植被进行分类。研究结果表明,面向对象分... 详细信息

为准确监测宁夏哈巴湖国家级自然保护区植物资源,以2017年Landsat8遥感影像、高分卫星遥感影像结合实地调查和无人机多光谱影像,分析保护区9种典型植物群落的光谱特征,并利用2种分类方法对保护区植被进行分类。研究结果表明,面向对象分类法分类精度为79.90%,最大似然法分类精度仅为52%,面向对象分类方法比最大似然法更适合进行研究区植物群落尺度的分类制图;研究区分布范围广泛且集中连片分布的是沙柳群落和柠条群落,与多年来保护区长期治理措施有关。

关键词：遥感植物群落面向对象分类

面向洪水预报的雨量站网合理性评估与优化研究

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水利水电技术（中英文） 2024年第5期55卷 1-14页

作者：陈安琪刘玉玉高艺雄徐征和桑国庆刘鲁霞刘薇李庆国济南大学水利与环境学院山东济南250022 山东省水文中心山东济南250002

【目的】雨量站作为专为收集降水资料而设计的观测点,是收集水情信息的重要来源。雨量站的合理布设可以及时、准确地反映流域降水情况,是洪水预报的必要信息。【方法】以山东省弥河流域为研究对象,基于锥体梯度法和泰森多边形理论,对现... 详细信息

【目的】雨量站作为专为收集降水资料而设计的观测点,是收集水情信息的重要来源。雨量站的合理布设可以及时、准确地反映流域降水情况,是洪水预报的必要信息。【方法】以山东省弥河流域为研究对象,基于锥体梯度法和泰森多边形理论,对现有雨量站网的合理性进行了评估。结合信息熵理论和最大信息最小冗余准则(MIMR),利用流域内22个地面雨量站的小时尺度降水序列,构建雨量站网优化模型,提出优化方案。【结果】结果表明,流域部分雨量站控制面积过大且部分雨量站之间相关性较差;雨量站间信息熵的变化规律表明:随着迭代次数的变化,联合熵逐渐变大并最终趋于稳定,互信息先增大后减小,冗余度越来越大,迭代17次后所选站点的信息量占信息总量的比值达98%;考虑到洪水预报的要求,建议在合理位置增设5个雨量站并改进修缮1个雨量站。【结论】优化后的雨量站网能更好地反映流域降雨信息。研究成果可为今后优化流域雨量站网提供理论依据。

关键词：熵 MIMR 雨量站洪水预报降水气候变化时空分布互信息