基于SWMM的城市暴雨内涝风险分析——以南昌工程学院瑶湖校区为例

为解决城市内涝问题,以南昌工程学院瑶湖校区为研究区,利用SWMM构建了暴雨洪水管理模型,模拟不同重现期暴雨情况下研究区淹没时长和积水深度的空间分布,结合高程分布对研究区进行了暴雨内涝风险区划分,并对研究区内涝成因进行了分析。结果表明:SWMM模型的模拟结果与实测结果接近,模拟效果较好;随着暴雨重现期的增加,研究区内的淹没时长和积水深度增加,遭遇50年一遇暴雨时内涝中高风险区面积相较于5年一遇暴雨时增加了12.51%,其中次高风险区面积增加了9.94%,中等和高风险区面积增加较小。研究结果可为海绵城市建设提供参考。

基于SWMM模型的低影响开发设施雨洪控制效果分析——以南昌工程学院瑶湖校区为例

随着城市化的快速发展,城市内涝问题日益严重。为解决城市内涝问题,以南昌工程学院瑶湖校区为研究区域,利用SWMM(Storm Water Management Model)构建了暴雨洪水管理模型,并加入低影响开发设施(Low Impact Development,LID),分析在LID设施建设前后,不同重现期暴雨情况下LID设施对研究区域降雨径流的控制效果,为海绵校园的建设提供科学依据和参考。结果表明:(1)研究区域内SWMM模型雨洪模拟的结果在参数调整后与实际情况比较吻合,表现出较好的适用性;(2)LID设施对降雨径流有较好的控制效果;(3)LID设施建设后对研究区域排水口峰值流量有较好的削减效果,随着暴雨重现期的减小,削减率基本维持不变,对排水口峰现时刻延迟效果增强;(4)LID设施建设后对研究区域内各子汇水区峰现时刻的径流量减少了约0.02 m^(3)/s,学生宿舍、图书馆等降雨径流较大的区域峰现时刻的径流量可降低至0.05 m^(3)/s左右,减小了降雨径流对师生出行的影响。

混合智能算法及其在供水水库群优化调度中的应用

将遗传算法中的进化思想和蚁群算法中的群体智能技术有效地耦合,提出了一种基于两者的混合智能算法,应用于供水水库群系统的优化调度研究中。算法利用蚁群算法的并行性、正反馈性以及良好的全局寻优能力,避免搜索陷入局部最优,同时借鉴遗传算法的进化思想,利用杂交、变异算子来进行局部寻优,使其能快速搜索到全局最优点。在种群随机搜索过程中嵌入确定性的模式搜索,使得算法同时具有随机性和确定性。结合模拟退火思想,构造了罚因子处理约束条件,使该算法对水库优化调度问题以及其他优化问题具有一定的通用性。通过实例验证,并与大系统聚合分解经典算法进行比较,结果表明该算法是可行的和有效的。

基于MIKE Flood的中小河流溃堤洪水演进数值模拟

针对水文资料缺乏的中小河流,以贵溪市罗塘河下游段为例,应用MIKE软件对河流溃堤洪水演进进行了研究。采用瞬时单位线法推求断面各频率的设计洪水,并将其作为洪水演进模型的输入;利用MIKE软件建立了贵溪市罗塘河下游段的一、二维耦合水动力模型,对该河下游段溃堤洪水演进过程进行了模拟;通过模拟分析,得到了溃口流量过程和堤防保护区洪水淹没过程。研究成果可为中小河流洪水风险分析和灾害损失评估提供技术支撑。

X波段测雨雷达系统在鄱阳湖降雨监测中的应用

鄱阳湖湖盆内存在雨量站分布不均、密度较低的问题,而X波段测雨雷达系统在解决遥测站少、面雨量计算代表性不足方面具有独特优势。基于鄱阳湖湖盆区周边34个地面雨量站观测资料,选取鄱阳湖2024年4~6月6场强降水过程,评估了X波段测雨雷达降水量估计产品的可靠性与准确性。结果表明:测雨雷达与地面雨量站在累计降雨量方面的相关性较好,相关性系数为0.8702。同时,短时(1,3,6 h)降雨时段下比对遥测站点雨量和对应的雷达监测雨量,在累计时段和雨量达到一定等级后两者相关性明显提升,但测雨雷达在短时段降雨的监测中具有一定的局限性。整体而言,X波段测雨雷达对降雨过程的监测能力较好,能够更好地呈现流域降雨的时空分布。

基于MIKE FLOOD的中小河流溃堤洪水风险分析

近年来洪水引发的中小河流堤防溃决等洪水灾害风险问题凸显,因此进行溃堤洪水风险分析对于加强中小河流的洪水管理及减少溃堤洪水带来的损失具有十分重要的意义。以江西省罗塘河为例,借助MIKE软件中的MIKE 11、MIKE 21及其耦合模块对罗塘河遭遇10a一遇及20a一遇洪水进行溃堤洪水演进模拟。然后依据灾害系统理论从洪水的危险性和易损性两方面选择淹没水深、淹没流速、淹没历时等7个指标构建溃堤洪水风险评价指标体系。最后利用GIS技术与层次分析法对罗塘河洪水风险进行了评价。结果表明:洪水危险区面积为0.19 km 2,占研究区总面积的2.18%,主要分布在地势低洼的富港地区;重灾区和中灾区面积为1.25 km 2,占研究区总面积的14.37%,主要分布在重文和蒋元乐家;安全区为研究区域内洪水没有到达并且地物覆盖价值较低的地区,包括游家店、下胡、大塘杨家和马山等处。研究成果可为中小河流防洪规划、避洪转移等提供参考依据。

基于多指标多级可拓评价的地下水环境脆弱性分析

通过分析地下水环境脆弱性影响因素,以物元模型、可拓集合与关联函数理论为基础,建立了多指标多级的地下水环境脆弱性可拓综合评价的物元模型,通过计算其关联度,将多因子的评价归结为单目标决策,以定量的数值表示评定结果,从而能较完整地反映地下水环境的脆弱性。宁陵县的应用表明,多指标多级可拓评价模型在地下水环境脆弱性评价中具有较好的应用效果。

暴雨洪水相似性分析及其应用研究

将雨洪信息应用于研究实时暴雨洪水与历史暴雨洪水的相似性问题,初步提出了暴雨洪水相似性分析的指标体系,总结归纳了几种不同类型的相似性分析数学方法,通过指标体系化雨洪信息并运用相似性分析方法将实时暴雨洪水与历史暴雨洪水进行相似性分析,推选出与实时暴雨洪水相类似的历史暴雨洪水,为暴雨洪水研究提供了一条新思路。

地下水环境脆弱性评价的遗传投影寻踪插值模型

针对传统地下水环境脆弱性评价方法的不足,提出了基于大样本数据、投影寻踪、遗传算法以及插值型曲线评价地下水环境脆弱性的遗传投影寻踪插值模型(GPPIM),并给出了该模型建模的一般步骤。以宁陵县为例,在分析地下水环境脆弱性评价因素的基础上制定了宁陵县地下水环境脆弱性分级标准,分析了样本容量对评价模型参数的稳定性影响后,选取样本容量为4 000建立了GPPIM模型,并对该区的地下水环境脆弱性进行了评价。结果表明,GPPIM的评价结果可靠、可比性强,比模糊综合评价更为合理、精确。

1980-2015年江西省土地利用迁移变化分析及驱动机制研究

厘清江西省土地利用转换时空特征,明晰驱动因子,可为该区土地资源的合理开发和生态环境保护提供科学依据。基于Landsat遥感影像,利用ArcGIS空间分析和SPSS主成分分析等方法,通过土地利用单一和综合动态度、土地利用转移矩阵和土地利用程度综合指数,以及土地利用重心迁移等,研究了1980—2015年江西省土地利用时空变化,并探究了驱动机制。结果表明:(1)1980—2015年江西省土地利用综合动态度为0.168%/a,类型主要为林地和耕地,两者面积占总面积的89.85%,其中建设用地面积变化最大,期间共增加了2241.01 km^(2),为主要变化类型。(2)1980—2015年江西省土地利用转出和转入面积最大的分别是耕地3190.67 km^(2)和建设用地2325.20 km^(2),而林地和草地也分别转出2830.77 km^(2),885.18 km^(2),迁移变化总体上为居民建设用地大量扩张,耕地和林地面积均大为减少。(3)江西省土地利用重心随土地利用变化发生相应改变,其中建设用地和耕地重心变化较大,建设用地向东北方向迁移,耕地向西南方向迁移,二者变化轨迹相反。(4)江西省建设用地的驱动力为城镇发展水平和人口数量与结构两个方面,耕地的驱动力为农业水平和产业机构以及自然条件。综上,近35 a江西省土地利用变化较大,其中耕地和建设用为主要变化类型,其变化主要受社会因素影响。

基于多变量相空间重构的地下水动态神经网络预测模型

从多元变量时间序列出发,以相空间重构理论为基础,结合偏最小二乘回归与神经网络方法,提出了基于多变量相空间重构地下水动态预测的神经网络模型.通过分别确定各个时间序列的时间延迟和嵌入维数的方法对地下水动态的多变量时间序列进行相空间重构,采用偏最小二乘回归法提取对系统解释最强的成分作为网络输入,利用神经网络模型进行各成分之间的非线性拟合.将基于多变量相空间重构地下水动态预测的神经网络模型应用于黑龙洞泉域地下水位预测,并通过分析与比较验证了该方法的有效性.

修河流域洪水变化特征及其对气候变化的响应

利用修河流域主要控制站万家埠、晋坪和虬津水文站实测最大洪峰流量序列,采用Mann-Kendall检验法和小波分析等方法,对修河洪水极值流量的趋势性、突变性及周期性进行了分析,并探讨了洪水极值流量变化与厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)、北大西洋涛动(NAO)、太平洋—北美型(PNA)、东亚夏季季风指数(EASMI)、南中国海夏季季风指数(SCSMI)、太阳黑子(SS)、西太平洋型(WP)等15个气候指标之间的相互关系。结果表明:万家埠站年最大流量表现为不显著减少趋势,晋坪和虬津2站年最大流量表现为不显著增加趋势。万家埠站年最大洪峰流量突变点为1972年,在1972年后最大洪峰流量发生由减少到增加的突变;晋坪站年最大洪峰流量突变点为1977年,在1977年后最大洪峰流量发生由增加到减少的突变;虬津站年最大洪峰流量突变点为1990年,在1990年后最大洪峰流量发生由减少到增加的突变。修河流域万家埠、晋坪和虬津站年最大洪峰流量系列在时频域中都存在着不同尺度的周期,既有2~8年的短振荡周期,也有超过20年的长振荡周期。除万家埠站最大洪峰流量存在22年显著周期,其余周期均不显著。修河流域年最大洪峰流量与ENSO,EASMI,PNA和WP均呈显著相关(p<0.05)。研究结果可为修河中长期洪水预报提供参考。

赣江中下游枯水期水量调度研究

针对近年来赣江中下游枯水年枯水期因河道径流量较少而引起的赣江沿岸地区生产生活用水安全问题,进行了赣江中下游枯水期水量调度研究。在分析河道合理流量和水库可调水量基础上,考虑赣江中下游地区水资源、自然生态环境的实际情况和社会经济发展水平,提出赣江中下游枯水期水量调度原则与方法,制定了赣江中下游枯水调度方案,为赣江流域的水资源管理和调配提供技术支撑,对于缓解流域用水紧张局面,保障赣江中下游地区用水安全,维持赣江健康生命及区域经济社会可持续发展具有重大意义。

基于CMIP5模式和SDSM的赣江流域未来气候变化情景预估

赣江流域未来气候变化预估,对于了解该流域未来水资源的变化、指导流域防洪抗旱和水资源的合理开发利用具有重要意义。为预估该流域未来气候变化,利用1961—2005年赣江流域6个气象站数据、NCEP再分析数据并选择了CMIP5中CanESM2模式下3种排放情景RCP2.6,RCP4.5,RCP8.5,采用SDSM模型研究了赣江流域未来气候变化。结果表明:(1)赣江流域未来温度和降水总体均呈上升趋势。(2)在RCP2.6,RCP4.5,RCP8.5这3种排放情景下赣江流域未来最高气温分别增加1.8,2.1,2.8℃;未来最低气温分别增加1,1.2,1.9℃;未来平均气温分别增加1.5,1.6,2.3℃;3种排放情景下未来温度空间分布都是南高北低,西高东低,并在南北方向呈带状和环状分布。(3)在未来3个时期(2020s,2050s,2080s)、3种排放情景下赣江流域气温呈上升趋势,且6月份增幅最大,2月份增幅最小。(4)在未来3个时期、3种排放情景下,赣江流域未来降水均呈增加的趋势;5—10月降水量均呈现下降趋势,1—4月、11—12月降水量呈现增加趋势;3种情景下的未来降水空间分布基本呈南低北高,在南北方向呈递增趋势。对赣江流域气候要素模拟与预估表明,赣江流域未来气候变化存在降水增加及极端天气事件发生的危险,分析结果可为赣江流域气候变化的水文响应及气候变化的适应性研究提供科学依据。

修河中上游流域土地利用变化对径流的影响

[目的]土地利用的变化对流域水文过程产生了重要的影响,研究土地利用变化下的水文响应已成为水文学科研究的一个热点。[方法]以修河中上游流域作为主要研究区域,分析了35年来修河中上游流域各种土地利用类型的变化特征,并利用1987-2000年水文气象数据资料,构建了SWAT模型,通过设置1980年、1990年、2005年和2015年4种土地利用情景,定量分析了修河中上游流域土地利用变化对径流的影响。[结果]SWAT模型在研究区具有较好的适用性。1980-2015年,修河中上游流域主要用地类型为林地、耕地和草地,三者面积之和占流域的98%。其中高利用城市用地和耕地对径流的影响系数是正值,说明高利用城市用地和耕地对径流起促进作用;林地、草地对径流的影响系数均表现为负值,说明林地和草地对径流有抑制作用,且草地的抑制作用更加显著。此外,林地和草地在丰水季会减少径流,在枯水季却会增加径流,有类似海绵的作用。[结论]模拟研究土地利用变化对修河中上游流域径流的影响在合理规划水土资源、改善生态环境方面具有十分重要的现实意义。

基于MIKE模型的南丰景观坝行洪能力影响分析

近年来洪水引发的灾害日益凸显,造成的破坏持续增多,因此进行河道行洪能力影响分析对于加强河流的洪水管理及减少洪水带来的损失具有十分重要的意义。为评价南丰景观坝的防洪安全,基于MIKE水动力软件中的MIKE11、MIKE21模块,构建盱江南丰段的一、二维数值模型,对景观坝建设前后20 a一遇设计洪峰流量进行洪水模拟,然后选取河道水位和流场等指标的变化,分析景观坝的建设对研究河段河道行洪能力影响。研究结果表明,在20 a一遇洪水情况下景观坝上游壅水里程约3 km,且最大壅高约为0.1 m,同时两岸基本无漫堤险情;河道流态无明显变化,但局部流场产生发生一定变化,其中曾巩大桥等四座大桥桥墩处流速有不同程度的减小并产生局部回流,景观坝坝址处流速略有增大。

基于SPEI的1958-2018年鄱阳湖流域干旱时空特征及其与ENSO的关系

采用鄱阳湖流域13个气象站点1958-2018年的气象资料,计算不同时间尺度标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI),结合M-K检验、小波分析方法、经验正交函数分解(EOF)和干旱评价指标等方法,分析了鄱阳湖流域61年来干旱的演变趋势和周期变化规律,讨论了干旱特征与多变量ENSO指数(MEI)的关系。结果表明:SPEI年际变化在1967年发生突变,由干转湿,春季整体干旱趋势最显著,夏季次之,秋、冬两季仅在局部地区有干旱趋势;流域干旱强度呈不明显轻微上升趋势,主要以轻旱和中旱为主,干旱发生范围主要是全流域干旱与局部性干旱;EOF结果表明第一空间模态干旱变化在空间分布上具有一致性的干旱的情况,第二空间模态以28°N为分界,由南向北呈纬向分布逐渐增加;小波分析的结果表明鄱阳湖流域26~32年尺度范围内存在着干-湿-干交替的周期变化,MEI在1977年和1999年发生冷暖位相的相互转变,MEI、降水、气温年际变化整体呈现冷-暖-冷趋势;MEI和SPEI存在正相关关系,即MEI暖相位时,存在湿润趋势,反之则出现干旱。

庐山风景区山洪灾害风险区划研究

以庐山风景区为例,基于GIS技术和层次分析法开展了山岳型景区暴雨山洪灾害风险区划研究。结合庐山风景区山洪灾害的特点,从洪灾危险性和易损性2方面选取了年最大1、6、24 h暴雨均值等8个指标构建了山洪灾害风险评价指标体系;采用层次分析法确定各指标因子权重,利用Arc GIS进行空间叠加分析,得到景区山洪灾害危险性程度图和易损性图;在此基础上,根据山洪灾害风险评价模型,基于自然间断点重分类法,对庐山风景区山洪灾害风险进行了区划,并对景区山洪灾害进行风险评价。结果表明:景区西部山洪灾害风险明显高于东部,山洪灾害高风险区主要分布在景区西北部,包括星龙索道、石门涧、仙人洞和牯岭街心公园等地,山洪灾害低风险区主要分布在景区东北部。

松花江流域暴雨洪水相似性分析及管理信息系统研究

在对松花江流域历次大暴雨天气成因、暴雨分布及其洪水地区组成分析的基础上,通过雨洪发生发展过程的划分以及相应相似因子的选取,联合采用模糊聚类分析、物元可拓及非平权距离系数法3种相似性分析方法,建立相似性分析模型,初步构建了流域暴雨洪水相似性分析及管理信息系统。系统采用MapObject与VB语言开发,通过将历史和实时暴雨洪水相似特性和信息的有效地组织及表达,为防汛会商决策提供技术支持。

基于SDSM的赣江流域未来降水与气温的时空变化分析

利用赣江流域6个气象站数据(1961年~2005年)和NCEP 再分析资料,建立了气候要素的SDSM降尺度模型,并将模型应用于CanESM2模式的RCP4.5情景,得到了流域未来气温与降水的变化趋势。即SDSM降尺度模型对赣江流域气温的模拟效果较好,降水略差;赣江流域未来降水均呈增加的趋势,降水空间分布基本呈南低北高趋势;未来气温均呈增加的趋势,各时期最高气温稍大于基准期;各时期最低气温稍大于基准期;赣江流域未来不同季节的平均气温均大于基准期;赣江流域未来气温空间分布呈现南高北低,西高东低的趋势。