義大利大型水壩及其上游集水區特徵綜合數據集報告

關鍵章節標題列表

1. 引言
2. 義大利大型水壩的分類、類型與用途
3. 水壩的結構特徵
4. 上游集水區的地貌與氣候特徵
5. 1 集水區屬性
6. 2.1 地貌屬性
7. 2.2 土壤、土地覆蓋與NDVI屬性
8. 2.3 氣候屬性
9. 2.4 極端降雨屬性
10. 基礎設施與上游集水區之間的相互作用
11. 數據可用性
12. 結論

文件簡介

本報告填補了義大利國內長期存在的關鍵數據空白，首次系統性地構建並發佈了一個全面的國家級數據集，涵蓋了義大利大壩總局監管下的全部528座大型水壩及其上游集水區。當前，全球及歐洲尺度的水壩數據庫（如GOODD、GRanD、GDW、AMBER項目數據集等）對義大利的覆蓋率不足，且普遍缺乏對上游流域水文響應的關鍵特徵描述。而義大利國內的現有資料（如大壩總局數字地圖、ISPRA報告）也多側重於水壩本身的結構資訊，忽視了集水區的地貌、氣候、土地覆蓋與土壤等對洪水形成至關重要的屬性。本研究旨在提供一個集水壩結構資訊與流域自然特徵於一體的綜合性資源庫，以支援精細化水文研究、洪水風險評估及水資源管理決策。

本數據集的核心內容包括兩大模組：水壩結構屬性與上游集水區特徵。水壩屬性部分整合了官方來源的數據，包含每座水壩的名稱、地理座標、建設起止年份、主要功能（如發電、灌溉、防洪、供水等）、運行狀態、建築類型（如重力壩、拱壩、土石壩、河堰等）、壩高、水庫庫容、水庫面積、允許最高水位高程以及溢洪道堰頂高程等。其中，水庫面積和允許最高水位高程是本數據集相較於其他全球或國家數據集的重要增量資訊，對於準確估算水庫的洪水調蓄能力至關重要。

上游集水區特徵部分是本研究的另一大貢獻。研究團隊基於30米解析度的SRTM數字高程模型，利用GIS工具（如r.basin）對每個水壩的上游流域進行了自動化劃界，僅對少數地形複雜的流域（如潘納羅水壩和普夏諾湖上游）進行了手動校正。針對這523個有效流域，計算並整合了四大類屬性：地貌屬性（如面積、平均高程、平均坡度、水系霍頓比率、主河道長度、形狀因子等）；土壤與土地覆蓋屬性（包括基於土壤質地的飽和導水率、基於CORINE土地覆蓋數據的五類地表覆蓋比例、以及基於長期統計的歸一化植被指數及其時空變化特徵）；氣候屬性（基於BIGBANG 4.0數據集提取的月均降水、溫度數據，計算得到年均降水/溫度、降水/溫度年循環的傅立葉係數、降水變異性等）；以及極端降雨屬性（基於改進的義大利極端降雨數據集，通過空間插值得到流域平均的強度-歷時-頻率曲線參數a和n，以及L矩統計量）。這些屬性與作者團隊此前構建的義大利流域特徵數據庫（FOCA）保持一致，極大地擴展了義大利境內具有高資訊密度特徵描述的流域數量。

本報告不僅提供了原始數據，還基於數據集進行了初步分析，探討了水壩與上游流域的相互作用，特別是其在水災削減中的潛在作用。報告分析了水庫面積與流域面積之比、庫容與流域面積之比等定性指標在義大利水壩中的分佈，並首次基於允許最高水位與溢洪道堰頂的高程差（ΔH），定量計算了每座水壩可用於防洪的潛在庫容。分析發現，約50%的義大利水壩（水庫/流域面積比小於1/150）對洪水的自發削減作用可能微乎其微。同時，ΔH值的經驗分佈顯示，75%的水壩其ΔH小於2米，這限制了它們在維持發電或灌溉主要功能的同時進行有效防洪操作的空間。

本數據集通過Zenodo平台公開提供，旨在成為研究人員、政策制定者、水壩運營商及利益相關者在進行水資源規劃、洪水風險管理、氣候變化影響評估和水文模型校準時的權威基礎數據。它代表了迄今為止義大利最全面的水壩與流域綜合資訊庫，為從國家到流域尺度的系統性水文與工程研究奠定了堅實的數據基石。