极端气象水文条件下滨海地区小流域溃坝洪水模拟及风险评估

极端气象水文条件下的小流域水库溃坝,往往造成更为严重的洪水风险。为分析滨海小流域溃坝洪水风险,以粤港澳大湾区滨海小流域为例,基于二维溃坝洪水演进模型和洪水风险分级方法,探究小流域洪水淹没过程和风险分区,及极端降水和风暴潮影响下的变化响应。结果表明,溃坝洪水快涨慢退,主要敏感点约在17.5~22.0min之间达到最大淹没水深,退水时间约为6h,淹没范围占48.9%,以中、高风险区为主。极端降水和风暴潮对洪水涨退水规律影响较小,但对主要敏感点的最大流速和最大淹没水深影响较大。百年一遇极端降水叠加风暴潮,主要敏感点的最大流速、最大淹没水深分别增加了23.8%~39.9%、10.7%~31.4%,其中风暴潮贡献分别为8.3%~14.9%、4.7%~14.4%。极端降水使得洪水淹没范围扩大且风险等级上升,而风暴潮对风险区范围和等级影响较小,仅使临近海岸局部地区的风险等级有所上升。研究结果可为滨海地区中小型水库洪水溃坝风险管理提供参考。

数字滤波进行基流分割的应用研究

在傅里叶分析的基础上,阐述了数字滤波分割基流的基本原理;选择汉江老灌河流域为研究对象,采用数字滤波进行基流分割的应用分析研究。结果表明:该方法具有简单方便、可操作性强等优点,而且能够再现分割的结果,使用者能够在分割基流的过程中比较方便地加入自己的经验。一般取0.85、0.9和0.925三个滤波参数值分别进行正反两次的滤波,可以得到较好的结果。

利用遥感信息修正数字河网的研究

针对DEM本身存在的缺少关于平坦地区和洼地以及水库或湖泊水流路径的数据信息的缺陷,以及没有较高精度DEM的地区难以构建准确的数字河网的问题,提出利用遥感影像作为反输入修正数字河网的新思路,并尝试了利用遥感结合DEM提取河网水系的方法.应用分析表明该方法可以生成较符合实际的连续的数字河网,而且适用于没有较高精度的DEM的无资料地区。此方法值得进一步研究.

东江流域1959—2009年气候变化及其对径流的影响

依据东江流域21个气象站1959—2009年逐年平均降雨、蒸发、日照、湿度及气温等气象要素序列,选择常用的线性倾向估计及非参数M-K等趋势分析方法,分析了东江流域近50年来气温、降水、蒸发、日照及湿度等气象要素的变化趋势。选择降雨和蒸发两个气候要素两两组合,构成未来气候变动的36种假想情景,运用改进的SCS月模型模拟计算了顺天流域年径流量的变化幅度。结果表明:在过去的50年间,流域降雨量呈不显著增长,而气温则为显著上升,其他气候要素如蒸发、日照及湿度等均呈不同程度减少趋势;关联度分析表明降雨在所有气象要素中与径流的关联度为最大,说明了在东江流域降雨是径流量变化的主要驱动因子;未来流域降雨增加,蒸发减少的气候情景模式下,径流量会有所增加,反之亦然;由降雨变化引起的流域月径流量的增幅较由蒸发变化引起的相应流量的增幅变化大。

基于Copula-Glue的水文模型参数的不确定性

利用现行的Copula函数来描述模型参数之间的相关性,提出基于Copula-Glue的水文模型参数不确定性估计方法。选取采样次数为10 000、50 000和100 000,阈值为0.5、0.6和0.7的6种组合,进行了模型参数的不确定性模拟,并与Glue方法的模拟结果进行了对比。结果表明基于Copula-Glue的水文模型参数不确定性估计方法用联合分布代替单独的参数的分布,能够很好地考虑参数之间的相关性,在同样的采样次数下能够生成更多有效的参数组合,从而更加全面地估计参数的不确定性。

基于霍顿下渗能力曲线的流量过程线连续分割方法研究

在用前期影响雨量代替流域蓄水量的基础上,提出了基于霍顿下渗能力曲线的流量过程线的连续分割方法。选择西峡、猴子岩和东湾三个流域的降雨径流资料,采用该方法对流量过程线进行分割,并与现行的数字滤波法、非线性水库法和Boussinesq方程法相比较。结果表明,该方法具有一定的物理基础、符合产汇流基本规律,而且能够减少涨洪段流量过程线分割的主观性,对于流域时段单位线和降雨径流关系的推求均有重要的意义。

分布式水文概念模型率定方案比较研究

本文在基于新安江模型的分布式水文概念模型的基础上,以伊河东湾流域为研究对象,分别采用集总式、半集总式、半分布式三种率定方案进行模型率定和径流模拟,并与传统的集总式水文模型进行成果比较。研究结果表明:总的来说,分布式模型的模拟结果略好于集总式模型;由于考虑了不同子流域参数变异性,半分布式方案要优于其他方案;但随着模型结构的复杂性增加,参数率定的难度增大,模拟结果的不确定性增多,分布式水文概念模型的模拟效率还有待于进一步的提高。

流量过程线分割的新方法——应用分析

介绍了基于Horton下渗能力曲线的流量过程线分割的新方法的计算流程。选择猴子岩、西峡、东湾、王窑水库和尚义五个分属于不同气候区流域的降雨径流资料。采用该方法对流量过程线进行分割,并与现行的非线性水库假设分割法和数字滤波分割方法相比较。结果表明,该方法是具有物理机制的、客观的分割方法,分割的结果符合水文的基本规律,比其他两种方法更加合理,对于流域时段单位线和降雨径流关系的推求均有重要的意义。

SWAT模型在东江流域的应用研究

以SWAT模型为研究工具，对该模型在东江流域的3个子流域的适用性进行研究，研究表明，SWAT模型在东江流域3个子流域的适用性较好，校准期（1970～1975年）日径流模拟和月径流模拟的相对误差Re均在10％以内，日径流模拟的决定系数R。均在70％以上．月径流模拟的决定系数尺。均在80％以上，Nash—Sutteliffe效率系数基本达到70％；验证期（1976。1985年及1996。2005年），月径流模拟的决定系数尺。和Nash—Sutteliffe效率系数均在70％以上．相对误差尺e基本在±20％以内，可以满足该流域的水资源评价与规划的要求。

基于Beta-PERT分布的水文模型参数不确定性分析

以汉中流域为例,引进Beta-PERT分布来描述模型参数的分布,结合蒙特卡罗模拟试验来研究TOP-MODEL模型参数分布特征对水文模拟不确定性的影响。结果表明:参数分布特征对模拟结果的不确定性有很大的影响;随着参数变差系数从7.6%变化到37.8%,模拟结果的不确定性区间在增大,尤其是参数变差系数从7.6%变化到15.1%,之后变化趋于缓慢;当偏态系数为0.61时,得到的模拟结果的不确定区间最大;参数分布特征的变化对信度水平为5%的不确定度的上边界的影响比较明显,对下边界的影响则较小。

深圳市1960-2009年降雨时空变化分析

依据1960-2009年深圳市9个雨量站逐月降雨量资料,应用Mann-Kendall趋势检验方法,分析研究了深圳市降雨量时空变化特征,结果表明:深圳市降雨年内各月分配比例差异较大,降雨主要集中在4-9月份,占全年降雨量的85.1%;近50a来,全市降雨量呈不显著增加趋势,四季及全年降雨量的趋势变化突变点均在1973年前后;降雨量高值区主要集中于大鹏半岛、龙岗区中南部及盐田区,总体而言,深圳市降雨量东南多,西北少,自东南向西北递减,空间分布不均。掌握深圳市降雨特征及时空变化规律,对深圳市的水资源开发利用和规划具有现实的意义。

DEM网格尺度对水文模拟影响的研究

选择汉江上游旬河流域为研究对象,研究了DEM网格尺度对提取流域地形特征参数的影响,采用基于地形指数的TOPMODEL模型进行水文模拟,进而分析DEM网格尺度和不同流向分配方法对径流模拟结果的影响。结果表明,DEM网格尺度对流域地形特征参数的影响还比较大,但由于模型参数率定采用了优选算法,掩盖了不同DEM网格尺度和不同流向分配方法计算的地形指数的差别,使得模拟的结果相差不大。但随着网格尺度的增大,多向分配法模拟的结果要比单向分配法好一些。

基于MIKE的滨海城市内涝模拟及深隧工程排涝效果评估

在暴雨及风暴潮等极端气象水文条件潮位影响下,快速城市化的滨海地区内涝问题日益凸显。以粤港澳大湾区深圳市西部为研究区,耦合一维河道洪水模型及管网排水模型和二维地表漫流模型,模拟极端降水和典型风暴潮条件下城市内涝淹没过程,开展内涝风险分级,评估深隧工程排涝效果。结果表明:MIKE多模型工具相结合能够较好地模拟城市内涝形成过程及淹没特征,引入概率矩阵法能够更清晰地揭示内涝风险等级之间的变化。极端气象水文条件下的滨海城市内涝淹没呈现快涨缓退特征,设计50年和100年一遇2 h极端降水下的内涝风险区面积分别为4.24、5.04 km^(2),其中1级到4级风险区范围的相对比例分别约为0.9:37.5:28.5:33.0和4.0:33.7:26.8:35.5,考虑深隧工程排涝的淹没范围分别减少了17.0%和13.4%、内涝风险区面积分别减少了28.8%和30.2%、典型易涝点的淹没持续时间缩短了60.0%~80.8%。大部分地区的内涝风险等级显著下降,深隧工程改善排涝效果明显。

水库防汛信息网的设计与开发

针对我国许多水库已建立了水情自动测报系统和洪水调度系统 ,但水雨情的传输主要是通过电话或传真 ,无法实现资源共享 ,各级防汛指挥部门不能及时提出调度方案和意见 ,有可能错过调度决策的有利时机这个问题 ,应用FrontPage、Dreamweaver开发工具以及ASP技术建立了一个支持网络浏览、查询统计的水库防汛信息网 ,能直观、快速地了解水雨情变化过程和预报调度成果 。

基于FCM-SCEMUA的水文模型参数不确定性估计方法

引入模糊C-均值聚类(FCM)方法对水文过程进行分类,结合SCEMUA方法,建立了基于FCM-SCEMUA的水文模型参数不确定性分析方法。选择南水北调水源区所在的汉江上游的江口流域,以新安江模型为例进行了实例研究。结果表明,FCM-SCEMUA方法通过对不同分类的似然函数分别设置阈值,在阈值同样为70%的情况下,所得到的有效参数组比通过SCEMUA方法得到的减少了64.8%的不合理参数组。所推求的参数后验分布更能够朝着高概率密度区进化,推导出更加合理的水文模型参数的后验分布,从而得到更加合理的预测区间,有效地减少了水文模拟与预测的不确定性。

汉江流域数字河网的构建

介绍了自动提取数字河网的常用方法和不足,阐述了利用DEM和DRLN(digital river and lake network)的改进算法的基本思路。基于全球陆地一公里基础高程GLOBE数据,利用遥感影像获得的自然流域水系矢量数据对DEM进行重新处理,自动提取了汉江流域的数字河网,能够有效避免了原始DEM可能造成的错误。最后,利用ArcHydro工具构建了具有拓扑关系的水文网络,从而为进一步开展汉江流域分布式水文模拟和计算以及水资源优化配置等分析提供了充足的空间信息。

基于DEM的汉中流域水文过程分布式模拟

选择汉江上游的汉中流域为研究对象,在基于栅格DEM流域水文特征的获取和降雨空间插值的基础上,建立了基于TOPMODEL的松散耦合型结构的分布式水文模型。应用该模型对汉中流域的水文过程进行模拟,结果表明:该模型的模拟精度与集总式TOPMODEL和集总式三水源新安江模型基本相当,而且能够得到流域内部产汇流的分布状况等信息,基本上能够满足流域水资源规划与管理的需求。

基于Web的实时水库洪水调度自动化系统

利用Visual Studio.NET集成开发环境、采用SQL Server数据库设计和开发了结构合理、功能齐全、界面友好、具有很强实用性的基于Web的水库洪水调度系统,可实现在Internet环境下从卫星云图、气象预报信息、水雨情实时信息、防洪工情信息的收集处理到水库洪水预报调度方案的制定、评价与优选及防汛会商决策。简要介绍了系统结构和功能、运行环境、规范化和标准化设计,提出了解决问题的途径和方法。

基于极大重叠离散小波变换和Elman神经网络的磨刀门咸潮模拟研究

近年来磨刀门水道咸潮上溯频发,引起广泛关注。对该地区建立了基于极大重叠离散小波变化(MODWT)和Elman神经网络的咸潮模拟模型(MOD-Elman),模拟预测日均氯度,并借助一维纵向扩散方程分析河段的含氯度分布。结果表明:(1)MOD-Elman模型对非平稳的含氯度变化模拟效果较优且泛化能力较好;(2)咸潮影响预测图在一定程度上能反映站点之间各点含氯度变化。利用MOD-Elman模型和一维纵向扩散方程,可预测未来一段时间内磨刀门的受咸潮影响情况,对预警压咸有一定帮助。

基于碳循环的化石能源及电力生态足迹

研究在对陆地生态系统的碳循环的进行分析后,将化石能源地定义被修订为"吸收化石能源燃烧排放的温室气体排放的森林和草原"。然后,基于净生态系统生产量(NEP)——植被体内碳净累积量计算了全球森林及草原对温室气体的平均吸收能力。最后,结合能源热量转换和碳排放数据,重新计算了各种化石能源及电力的生态足迹。