水文极端事件强度和频率变化规律研究——淮河上游区域为例

在气候变化和人类活动共同影响下，水文循环加快、稳定性被破坏且更加脆弱，对水文极端事件的强度和频率等产生重大影响。研究区淮河上游区域是南北气候、中低纬度和海陆相三种过渡带的重叠地区，项目首先通过径流还原计算得出观测期（1961-2010年）研究区12个水文站点天然径流序列，采用四大类20种分布函数以寻找最佳的水文极端事件频率分析方案；再利用统计降尺度方法引入高分辨率区域气候模式(RegCM3)生成未来气候情景的降水、温度等数据，输入HBV水文模型获得情景期（2011-2060年）研究区径流序列；最后分析对比观测期和情景期水文极端事件强度和频率的变化特征等，揭示变化环境下水文极端事件强度和频率的演变规律，分析水文极端事件对变化环境的敏感性及区域差异性。项目有助深入认识变化环境下气象水文要素平均值变化与水文极端事件之间非线性关系，提高水文极端事件预测能力和研究区水利工程安全运行提供支撑。

利用淮河流域1959-2008年日尺度降水及径流数据，采用4大类33种概率分布函数等方法，分析淮河上游地区极端降水与径流的强度和频率变化规律，基于区域气候模式RCP4.5情景预估数据(2005-2040年)，探讨变化环境下的水文极端事件发生规律。结合流域农作物旱涝灾害受灾面积，提出旱、涝致灾气候阈值概念，分析旱涝灾害发生的时空特征，并定量评价不同重现期暴雨洪涝灾害风险，基本达到预期目标，完成项目主要研究内容：.1. 极端降水与径流强度时空变化。淮河流域1959-2008年极端降水的空间分布为东西两端高流域中心低，且有淮河上游地区及沂沭泗流域东部两处强降水中心。淮河流域中上游主干流两侧13个水文站点中，极端径流强度6个站点呈增加趋势，7个呈减少趋势；极端径流在时间上的发生频率8个站点呈增加趋势，5个减少趋势。.2. 极端降水与径流频率分布特征。经K-S法检验，Wakeby函数是极端降水AM及POT序列的最优概率分布函数；AM序列总体较服从Weibull分布，POT序列总体仍较服从GP分布；基于POT序列GP分布估算的50年一遇的极端径流值精度最高，大部分地区误差低于0.2。气候变化背景下，极端径流频率分布特征发生变化，致使流域上游地区工程标准可能需调整。.3. CCLM区域气候模式数据能较准确地模拟流域逐月平均温度时间变化；在试验期(1960-2004年)模拟逐月平均降水量总体趋势与实测值变化一致；预估期（2005-2040年）RCP4.5情景下，空间上流域未来温度和降水与观测期相比变幅小，时间上年均降水量无显著变化，气温年际变化率约0.21℃/10a，极端高温持续增长，低温持续下降。.4. 淮河流域旱涝灾害致灾气候阈值。通过计算发生旱涝事件时间段累积降水量除以1959-2008年相应时段累积降水量的平均值得到旱、涝致灾气候阈值在不同尺度下对旱、涝灾害事件均有较好地稳定反映；洪涝致灾气候阈值与农作物受灾面积存在一致的变化趋势，干旱致灾气候阈值与农作物受灾面积相关系数高达0.96，构建基于干旱致灾气候阈值的农作物受灾面积预测模型。.5. 淮河流域暴雨洪涝灾害高风险区为流域中上游干流蓄洪区及周边地势低洼地，流域中部、西南部以及东部部分地区为中高风险区，低风险区分布于流域北部与中南部。整体呈现“流域东部大灾减少、小灾不断，西部高值区遇水成灾，北部中南部相对安全”的空间格局。