紫坪铺水库溃坝洪水风险分析

溃坝洪水会对下游地区的人民生命和财产安全造成重大威胁,对溃坝洪水进行模拟及风险评估对防灾减灾工作具有重要意义。本文以四川成都市紫坪铺水库为研究对象,在模拟溃坝洪水流量过程的基础上,采用二维水动力模型模拟了溃坝洪水演进过程,分析了全溃、半溃和三分之一溃工况下紫坪铺水库发生溃坝洪水后下游的淹没情况,同时绘制了不同溃坝洪水工况下的淹没水深图和洪水到达时间图,为区域水灾害风险预警提供科学有力的技术支撑。

西藏高山区中小流域设计洪水计算方法研究进展综述

西藏高山区中小流域为亚洲众多大河的源区,是国家水资源安全战略基地和水能资源接续基地。然而,本区下垫面情况异常复杂且监测难度大,属典型的无(缺)资料地区,设计洪水计算方法发展缓慢,为当地水利水电项目的规划设计、施工建设和运营管理等带来了较大的风险和挑战。受水文观测资料、高度复杂的下垫面情况及暴雨洪水形成机制等制约,现有方法(如推理公式、洪水频率分析及水文比拟等)在西藏高山区的适用性和有效性不足。为解决西藏中小流域设计洪水计算的难题,建议通过数学物理途径推导流域关键带结构信息(如地形—植被—土壤)与径流响应的解析关系,进而建立由下垫面信息反演设计参数及洪水设计值的理论方法,发展适合西藏中小流域地理水文特性的新型设计洪水计算方法。

雨洪水回灌不同渗流状态下微生物迁移沉积特征

针对雨洪水人工回灌特有的水动力和水环境条件,通过系列一维渗流模拟试验,系统分析不同饱和度、酸碱环境、离子强度和回灌速度等渗流状态下堵塞模式微生物在多孔介质内的迁移沉积特征,进而明确不同渗流状态下多孔介质内部微生物堵塞发展状况,同时通过DLVO理论计算揭示不同酸碱环境和离子强度下微生物运移过程中主控作用力.结果显示,当介质饱和度降低、介质内pH值下降、回灌水离子强度增加或回灌流速降低时,堵塞微生物迁移均会变慢,在介质上的沉积增加且层间沉积非均匀程度降低,导致介质内部更易形成生物堵塞.饱和度介于60%~80%、pH值介于7.5~8.5或离子强度介于1~5mmol/L范围内时,分别改变饱和度、pH值或者离子强度,对微生物迁移的影响较弱.渗流速度在0.5~1mL/min范围内,非饱和条件会削弱流速变化对菌体迁移沉积的影响.不同酸碱环境和离子强度下,饱和与非饱和介质中微生物运移主控作用力分别为静电作用力和毛细管作用力.

2020年沂沭泗流域洪水多源遥感协同监测研究

文章综合利用光学、雷达多源卫星影像,采用自动提取与人工目视解译相结合的方法,提取河流水面面积,动态分析2020年沂沭泗流域洪水发展变化。结果表明,洪水期各监测河流水面明显展宽,新沭河洪水东调分洪效果显著,各河流中新沂河水面展宽最为明显,洪水期水面面积较洪水前增加了5倍;遥感监测成果与主要水文站水位观测数据变化过程基本一致,从时空上全面反映了洪水前后水面变化过程,为流域防洪提供了宝贵的监测资料。

2024年长江暴雨洪水特点与启示

2024年主汛期,长江干流接连发生3次编号洪水,部分支流发生特大洪水,中下游干流城陵矶以下河段及两湖湖区全线超警,主要控制站洪峰水位居有实测记录以来第7~9位,其中汉口站最高水位为21世纪以来第3位(仅次于2020年和2016年)。2024年长江暴雨洪水受梅雨、台风等影响成因复杂,为深入分析洪水特点,系统梳理了暴雨洪水发展过程,详细分析了洪水特点与成因,并以长江流域水模拟体系为基础对洪水进行了还原和定性分析。结果表明:2024年长江暴雨洪水具有降雨总量大、强度大、洪水编号早、超警河流多、洪水涨势猛等特点。从成因上看,主要是暴雨叠加效应突出、极端性强,台风影响恶劣,同时两湖洪水严重遭遇,洪水顶托宣泄不畅,沿江排涝影响突出。通过还原分析表明,2024年长江洪水定性为中下游型区域性大洪水。通过总结此次洪水特点,初步探讨了当前极端天气事件多发、散发、重发的背景下,长江流域防洪面临的新情况与新问题,以期为未来一段时间长江流域洪水防御工作提供参考。

“22.6”浈江流域暴雨洪水分析

2022年6月中旬,浈江流域遭受强降雨袭击,流域内相继出现了多个不同量级的洪水。其中,浈江出口控制站新韶水文站洪峰水位高达59.56 m,洪峰流量更是达到了惊人的6350 m^(3)/s,为历史实测最大洪水。针对此次灾害,深入剖析了此次暴雨与洪水的特征,致力于提高洪水预报的精确性和时效性,并对今后洪涝灾害的预报工作提出了切实可行的建议。

上海城区动态洪水风险图应用系统及典型暴雨内涝分析

【目的】为了提高沿海超大城市对洪涝灾害的先知先觉能力,快速预测分析洪涝潮组合影响下的淹没风险时空分布,【方法】以水文-水动力暴雨洪水分析模型为核心模块,通过与外部的气象精细化降雨预报数据库、自动雨量站实时监测数据库及实时水情、闸泵运行数据库相关联,研发了上海城区动态洪水风险图应用系统。采用由雨量站点到气象格网和水力网格的降雨二级空间融合技术,实现了模型与气象预报降雨数据的有效耦合。利用数据挖掘提取和GIS空间分析技术构建了包含10项洪水风险要素要点的城市内涝预报专报自动生成方法,实现了对内涝风险的快速一站式概览。利用系统可以对城市暴雨、河道洪水和风暴潮等单一发生或遭遇组合引起的淹没分布进行快速实时预报计算,模拟和预测城市洪涝潮灾害的有关淹没特征数据和淹没动态过程。【结果】利用系统分析了2023年6月23—24日暴雨的内涝风险分布,将模型模拟的积水区域与积水监测站、灾情直报和热线灾报的积水点进行对比,结果显示在150处对比积水点中,有129处误差不超过20 cm,占86%。模型模拟的积水空间分布与实际情况基本接近。【结论】结果表明:系统满足汛期常态化、业务化运行需求,能够为城市洪涝风险的实时动态分析和防汛指挥决策提供重要工具。

基于洪水退水过程的喀斯特小流域径流组分与含水层储水结构

岩溶含水层普遍发育复杂的管道和裂隙系统,对含水层储水结构的定量描述是岩溶水文地质研究中的一大难点,尤其是在小流域尺度上的挑战更为突出。以贵州省龙里县羊鸡冲喀斯特小流域为例,选取2019~2022年的4场典型洪水事件,通过水文时间序列分析和流量衰减分析对小流域洪水退水过程开展定量分析研究,识别水文过程中径流的组分及来源,进而揭示岩溶含水层的储水结构特征。结果表明:羊鸡冲小流域的洪峰流量衰减过程可以划分为坡面径流来水、岩溶管道来水、中宽裂隙来水和微裂隙-孔隙来水4个过程,各过程对应的径流成分占洪峰流量的比重分别为9.32%~10.32%、32.40%~36.35%、38.46%~40.87%、13.14%~19.41%,其中岩溶管道和中宽裂隙组分构成了流域洪峰流量的主要组成部分;该小流域岩溶含水层的储水介质对应划分为岩溶管道、中宽裂隙和微裂隙-孔隙3种不同类型,其中岩溶管道和中宽裂隙构成了含水层最主要的储水介质,占比为78%~85%。

考虑人口分布和天气影响的溃坝洪水应急避难选址研究

针对现有选址研究对人口分布差异考虑不充分,以及选址方案难以满足溃坝洪水灾害发生时人口避难需求的问题,可利用土地类型和夜间灯光遥感数据进行人口分布模拟,结合溃坝洪水模拟结果确定受灾人数及分布情况,在筛选合格候选避难场所的基础上,分析量化其在正常天气和极端降雨天气下的有效容量和可达性信息;综合考虑人口转移效率、建设成本、避难场所容量限制等因素构建多目标选址模型,利用NSGA-Ⅱ算法求解得到最终的选址方案。将该方法应用于安徽省合肥市大房郢水库溃坝避难模拟,结果表明:下游35个街道的人口模拟整体平均相对误差为11.16%,拟合精度较高,可真实反映人口的分布情况;正常天气情景筛选得到合格的候选避难场所数量为352个,极端降雨天气下保留的避难场所数量为266个。人口分布和天气因素对避难场所的选择有显著影响。

嘉兴市城市防洪包围圈下垫面变化对洪水风险的影响

为分析人类活动引起的下垫面变化对平原地区城市洪水风险的影响,以嘉兴市城市防洪包围圈为研究区域,利用MIKE 11构建水文水动力模型,分析1990—2020年下垫面变化情况,并以不同下垫面条件作为模型的输入,模拟相应的城市洪水过程及其变化特征。结果表明:1990—2020年城市化进程迅速,约46%的耕地转变为建设用地,而建设用地扩张对洪水的放大程度随着降雨重现期的增加变得更加显著,其中50年一遇暴雨下的最高洪水位上涨程度较5年一遇暴雨下高0.206 m;在2020年的下垫面条件下,已有12.3%的河道无法满足30年一遇排涝标准,预计未来洪水威胁将随着城市发展进一步放大,亟须采取相应措施提高城市排涝能力。

上下游水深比对溃坝洪水最大波高演进影响

了解溃坝洪水演进过程中最大波高及其衰减过程,对水库下游洪水风险管理具有重要意义。研究基于大尺度水槽(长32 m、宽1 m、高1.2 m)实验,采用波高仪测量了溃坝波演进过程中波高随时间和空间的变化数据,以此研究不同上下游水深比α和坡度S对溃坝洪水最大波高演进形态、波速和衰减率的影响。此外,研究结合数值模拟对溃坝波波高进行了更深入的分析。研究结果表明:溃坝波的演进形态与上下游水深比α之间存在高度相关性,主要表现为两种典型形态:bore wave和undular wave。当上下游水深比α <0.4时,溃坝波以bore wave形式演进且溃坝波迅速爬升到稳定水位,此时溃坝波振幅小,且水面无显著波动;当上下游水深比α≥0.4时,溃坝波以undular wave形式演进且溃坝波会迅速爬升至最大值然后衰减,此时溃坝波振幅较大,且水面出现规则性波动。坡度S和上下游水深比α的变化影响波速和波速增长率。在相同α情况下,坡度S越大则波速和其增长率越大;在相同S情况下,上下游水深比α增大则波速变大且其增长率变小。对上下游水深比α=0.4~0.8的最大波高演进曲线采用Levenberg-Marquardt算法,进行非线性回归分析并构建最大波高衰减公式,同时通过数值模拟在x=21 m处进行验证,结果表明最大波高衰减公式和数值结果吻合良好。当上下游水深比α> 0.4时,溃坝波的最大波高衰减率都表现为首波的衰减率最大,然后衰减率逐渐减小为0。研究成果为深入理解溃坝洪水的演进过程提供重要支撑,同时为构建溃坝洪水灾害学提供理论依据。

云南保山市1991—2020年暴雨洪水特性分析

选取云南保山市境内1991—2020年具有30 a水文监测年限的38个雨量站、6个基本水文站作为代表站。根据实测系列气象水文资料,运用水文统计分析方法和GIS空间分析技术,以流域或代表水文站为单元,分析研究区域暴雨天气系统、暴雨地区分布、年际变化规律和暴雨强度频次特征;对洪水类型、分布规律、年际变化、洪峰模数及主要河流水文站超定量洪水频次等进行分析探讨。研究成果可为暴雨洪水分析计算与设计、水文预报预警及暴雨洪水灾害防治提供参考依据。

基于HEC-RAS的莲花水库溃坝洪水风险分析

准确高效预测分析大坝失事后溃坝洪水的演进,对于应急抢险决策与风险处置有重要意义。文章以黑龙江省牡丹江市莲花水库为研究对象,在HEC-RAS软件中输入水库的库容、水位以及2023年8月水库洪水过程数据,来分析计算莲花水库大坝溃坝后的淹没范围,并建立二维水动力模型模拟水库溃坝后的洪水演进过程。研究结果表明溃坝洪水将对下游河道沿岸的居民和田地造成严重威胁,溃坝洪水影响范围超400km^(2)。研究成果可为水库防洪抢险指挥和应急预案的编制提供理论依据。

海河“23·7”流域性特大洪水北京市永定河洪水调查分析及对设计洪水的建议

受2305号台风“杜苏芮”影响,海河流域发生“23·7”流域性特大洪水,造成严重人员伤亡和财产损失。通过对北京市境内永定河全面开展降雨分析和洪水调查计算,并与设计雨量、历史洪水、实测洪水和设计洪水进行对比分析,确定永定河不同历时雨量、流量、洪量及重现期标准,结合本次暴雨洪水特点重点分析了永定河三家店至卢沟桥段洪水规律的变化情况。针对永定河防洪工程设计洪水工作中存在问题和“23·7”特大洪水实际,提出防洪工程设计洪水工作思路和建议,以期为防洪工程规划设计提供参考。

广东漠阳江“23·09”洪水分析与流域防洪问题思考

2023年9月8日—13日,受台风“海葵”影响,广东省漠阳江流域遭遇特大洪水,阳江市多个乡镇和街道受灾。基于收集的气象和水文数据,结合新安江模型和MIKE 11水动力学模型,对此次洪水的成因、演进过程及防洪体系短板进行深入分析,并提出相应改进措施与建议。研究结果表明,洪水演进中,大河水库的科学调度显著缓解了下游城区的防洪压力,将接近100年一遇的洪水削减至20年一遇,最大洪峰流量减少了21.4%。调查分析显示,流域现有防洪体系存在两方面问题,一是部分堤防标准较低,二是涝区排涝能力薄弱。针对上述问题,研究提出工程措施与非工程措施相结合的综合防洪策略。工程措施方面,建议尽快推进漠阳江出海口综合整治工程,优化堤防及排涝设施,建设骨干水库调控洪水;非工程措施方面,建议加强防洪预报调度系统建设,提升洪水预测与调度能力。

GIS与IFMS模型耦合在大通江洪水风险分析中的应用

大通江流域地形地貌复杂,易发生山洪灾害。精确模拟该区域径流过程和地表淹没范围,对于区域防洪管理和决策有重要意义。通过IFMS洪水分析软件构建大通江计算片区水动力学模型,并结合GIS软件分析洪水淹没区域。结果表明,10年一遇洪水时大通江干流洪水未出堤防,20年一遇洪水时大通县城城区上下游局部发生漫溢,50年一遇洪水时漫溢更为严重,洪水淹没范围进一步扩大;除两河口镇堤防尚不满足防洪标准外,其余堤防皆满足其相应防洪标准。研究结果可为该河段防洪工程规划、防汛抢险指挥等提供参考。

水库泄流洪水波在宜昌—大通河段传播规律研究

在当前水利工程和防洪管理中,水库泄流洪水波传播问题备受关注。以长江宜昌—大通干流河段为例,构建了一维水动力学模型,模拟了不同工况条件下洪水波的传播特性,并对比分析了沿程洪水演进规律。研究结果表明:(1)断波洪水的形成可在不同程度上缩短下游河段的峰现时间,随着断波流量的增加,以运动波传播的河段距离明显缩短,洪水波形变指数增加;(2)随着洪峰流量持续时间的延长,同样会缩短以运动波特性传播的洪水波演进的距离,并增加洪水波形变指数,但同一站点或是里程上的峰现时间会有推后,洪峰历时延长;(3)多波束断波条件下,计算波速普遍较高,随着沿程距离的增加波形变指数递减,但多波束传播条件下形变指数沿程衰减过程明显放缓;(4)当有支流入汇时,沿程站点洪峰流量变化均表现出明显的非一致性,高流量历时明显延长。研究成果对于揭示水库泄流洪水波传播规律具有重要意义,可为区域防洪管理提供参考。

考虑顶托效应的山丘区洪水模拟及水力特征分析

针对山丘区河道山洪频发、干支流洪水顶托条件下放大山洪效应、增大山洪灾害风险的现状,以浔河、沭河为研究对象,构建一-二维耦合水动力学模型模拟洪水演进及淹没情况,分析干、支流洪水遭遇概率,设定顶托组合工况;选取壅水距离、壅水高度、流量、淹没面积、淹没历时等指标,分析干支流顶托工况下洪水水力特征变化规律。结果表明:受沭河洪水顶托的影响,浔河山洪放大效应明显,且与沭河洪水量级成正比;浔河上游来水条件一定时,沿程壅水距离、壅水高度、流量降幅随着沭河洪水量级的增大而增加,在浔河洪水重现期为20 a、沭河洪水重现期为200 a的工况下,较非顶托工况沿程壅水高度达3.9 m,最大影响范围距交汇口8.48 km,沿程平均流量减小15.6%;当浔河与沭河洪水量级相对增大时淹没指标影响显著增加,在浔河洪水重现期为50 a、沭河洪水重现期为200 a的工况下,淹没面积达17.46 km 2,淹没历时达26.7 h,分别较同量级浔河洪水的非顶托工况下的增加了90%、55%。

基于DL Breach模型的堰塞湖溃决洪水分析

为了高效精准地分析预测堰塞湖溃决洪水,回顾了DL Breach模型的基本原理,反演分析了唐家山堰塞湖溃决洪水流量过程,并与实测流量过程作对比。结果表明DL Breach模型具有可靠性和稳定性,利用该模型计算得出的唐家山堰塞湖溃口流量过程与实测流量过程较为接近,溃口峰值流量计算值为7 323 m^(3)/s,较实测值6 500 m^(3)/s误差约为11.2%,峰值出现时间计算值较实测值提前近1 h,主要是由于唐家山堰塞湖溃口的小石梁提升了堰塞体的抗冲刷能力。此外,坝体材料粒径增大会降低峰值流量;而黏聚力、上游坡比及初始溃口深度增大会降低溃口底高程,对峰值流量的影响较小。

北京“23•7”特大洪水复盘分析

本文分别采用地面雨量站和雷达反演降雨数据,利用北京山区洪水预报模型对北京“23•7”暴雨洪水开展了复盘分析。结果表明,雷达反演降雨与地面雨量站测量结果一致性较强,可较好地反映降雨的时空变异性;同时,利用二者分别驱动水文模型后所得的预报效果也基本一致,说明在水文预报工作中雷达反演降雨可作为地面站网的可靠替代品。本文改进的考虑北京山区产流特点的水文模型可对大部分预报断面做出较高精度的模拟。北京山区水文过程具有很强的非线性,基于不同量级历史洪水率定的水文模型参数具有不确定性,为了适应产汇流和洪水演进规律的变化,提高洪水预报的可靠性,预报实践时需要结合实况数据及时优化模型参数,完善洪水预报方案。