干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 天山北坡融雪洪水过程、机制研究以及预测预警

Arid

	天山北坡融雪洪水过程、机制研究以及预测预警
	刘志辉; 孟现勇; 赵求东; 房世峰; 秦艳; 王岚; 孙志群; 张波; 蔺虎; 李诚志; 肖继东; 刘永强
完成单位	新疆大学
登记(发布)日期	2015
中文摘要	由于全球增温,20世纪80年代以来,新疆洪水灾害频繁发生,尤其是1988年3月发生了建国以来新疆最大的春季融雪洪水,造成直接经济损失高达数十亿元。2010年春季融雪期,由于天气连续升温,阿勒泰、塔城地区的部分区域突发洪水,给人们的生命财产安全造成巨大损失。目前,天山北坡已经是新疆经济最发达的地区,而随着经济发展和人类活动影响范围逐步扩大,洪水灾害呈现上升趋势,造成的损失也将日益增大。如果冬季积雪丰厚,气温回暖后必定会导致积雪融化,加之季节性冻土如果较厚,将影响雪水的下渗,形成超渗并产生融雪性洪水。若伴随着雨天气,还会加速积雪融化,引发雨雪混合型洪灾,冲毁农田,阻碍交通,威胁人民的生命财产安全。融雪洪水形成过程模拟和预报一直是国际水文界研究的难点之一,虽然遥感、地理信息系统以及全球定位系统、“3S”技术在冰雪水文学方面发展迅速,然而,由于融雪洪水过程中存在较多的不确定性,融雪过程模拟与预报的研究发展并不理想。以中国为例,对于融雪洪水的预报预警研究工作就较少。新疆的经济发展具有典型的“绿洲经济”特征,其关键要素就是水资源的开发与利用。新疆融雪水资源占据新疆水资源总量比例较大,无论是从资源角度,还是从防治融雪洪灾的角度,融雪径流预报、预警都具有十分重要的意义。尽管诸多模型如SHE,TOPMODEL中均有融雪模块,但仍然没有做到深入细致的研究,很多并不能达到实际业务需求的精度。次外,新疆大多数山区气象站点分布少且不均,甚至一个流域内都没有一个气象站点;同时由于山区地形复杂,站点气象数据变差非常大。分布式水文模型由于缺少高时空分辨率气象场数据支持,难以做到准确的融雪过程模拟。而融雪洪水预警决策支持系统在我国目前仍是空白,决策支持系统中的模型库和知识库管理系统的研究在我国也为起步阶段,虽然见到个别研究成果,仍未见可实际应用的成熟的实例。融雪径流模型是研究融雪水文过程及融雪洪水预报一个重要部分,融雪径流模拟精度首先取决于积雪消融和积累的模拟值,积雪消融和积累的模拟过程中,由于融雪水在雪盖内部再冻结以及融雪水在雪盖内的出流机制较为复杂,现阶段大多数融雪模型均给予一个冻结比率来确定重冻结量,未冻结融雪水部分如果超过雪盖最大的持水量(经验性的比例系数)则进行出流,但这两个经验系数与雪盖的性质密切相关,需观测和实验室模拟实验建立数学关系来解决这一问题。此外,在新疆天山北坡主要积雪分布区都存在季节性冻土,而冻土是一种含冰晶的特殊土水体系,春季融雪期,由于冻土的不透水性,融雪和降水下渗在冻层,上层土壤含水量增加,易于饱和。由于冻土的存在,使得土壤入渗能力降低,提高了流域融雪径流的产流量,增大径流系数,极易形成突发性的春季融雪洪水。反之,冻土消融使大量的融雪水下渗,产流量减小,并不产生大型融雪洪水。与此同时,融雪入渗作用影响复杂,一方面,融雪水入渗至冻土中,为冻土层提供潜热,冻土层的土壤温度将会升高,促使液态土壤水大量增加。另一方面,融雪水在冻土层中的再冻结过程将降低融雪下渗率。鉴于水的相态变化,融雪入渗过程受到许多要素的影响,包括土壤温度、冻结深度、冻融前土壤含水量、雪盖厚度以及要素间的相互作用。当总土壤水含量(包括冰和液态水)比较高时,融雪水入渗过程受到冻土层厚度的制约,不过浅薄的冻结层也有可能导致大量融雪水入渗,但其动力机制目前还不很清楚。为了研究其内部动力机制,团队利用GIS和RS技术,结合野外实际观测和室内模式模拟,建立新型融(雪)水产汇流模型和较长预见期融雪洪水预报模式,研发出一套适用于天山北坡的融雪洪水预报业务的中短期预报预警系统,这大大提高了融雪水文模型在西北干旱区融雪径流模拟的性能和精度,同时在减少新疆融雪洪水灾害的同时缓解了水资源供需矛盾。本项目立项的指导思想是：在全球变暖的背景下,针对新疆干旱半干旱气候背景和复杂的地形地貌及灾害频发自然背景,通过地面常规观测及TM影像分析,结合国家气象中心、自治区水文局和气象局提供的相关资料,分析天山北坡军塘湖流域融雪洪水的过程、机制;建立基于热量平衡和水量平衡的分布式融雪模型;研制新疆融雪洪水的预警预测决策支持系统、新疆融雪洪水WEBGIS预警系统,实现新疆地区融雪洪水实时预报预警,提高重点区域融雪洪水预报的准确率,为新疆防灾减灾工作和社会经济的可持续发展提供科学支撑。
中文关键词	融雪 ; 洪水 ; 新疆 ; 天山北坡 ; 冻结
成果类型	应用技术
中图法分类号	X43
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001708936
来源机构	新疆大学
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243548
推荐引用方式 GB/T 7714	刘志辉,孟现勇,赵求东,等. 天山北坡融雪洪水过程、机制研究以及预测预警[Z]. 应用技术,2015.