基于ParFlow.CLM的居民小区屋顶雨水断接水文效应研究

城市不透水面的快速扩张极大地改变了自然的水文循环过程,是造成城市内涝、河湖生态退化等城市水问题的主要原因之一。海绵城市建设及低影响开发利用源头海绵设施或城市绿地断接城市不透水面,减少不透水面的水文效应,是缓解城市水问题的重要措施。探究不透水面断接的水文效应对我国海绵城市建设具有重要意义。基于全分布式物理水文模型ParFlow.CLM,充分考虑城市地下构筑物,探究了不同土壤质地情景下西宁市某典型居民小区建筑屋顶断接在连续的降雨、蒸发过程中的水文效应。模拟结果显示,利用该居民小区自然绿地断接建筑屋顶能取得较好的径流控制效果:当土壤饱和导水率(K_(s))大于0.01m/h时,屋顶径流的年削减率能达到72.9%以上。屋顶断接在建筑物雨落管附近形成了集中入渗,增加了根区土壤湿度,且这一效应随着土壤渗透性的增加而增强。根区土壤湿度的增加进一步促进了绿地的蒸散发:与屋顶断接前相比,不同土壤质地情景下居民小区年蒸散发总量增加了6.2%~7.8%。另一方面,集中入渗在局部也形成了更深的湿润锋,使得更多下渗水量能够脱离植被根区的蒸散发作用,从而促进根区水分的深层渗漏。模拟结果表明,尽管该居民小区地下停车场限制了大部分区域的深层渗漏,当土壤K_(s)大于0.01m/h时,屋顶断接情景下的年深层渗漏总量仍能超过城市化前的水平。

基于HEC-HMS水文模型的潼三段流域2021年秋汛洪水模拟

水库精细化调度是确保防洪安全与提高水库综合效益的主要措施。以三门峡库区潼关至三门峡大坝间流域(潼三段流域)无测控区为研究区域,基于土壤、土地利用、降水、径流等数据,构建HEC-HMS水文模型,对2021年潼三段流域整个秋汛洪水过程进行模拟,分析区间各支流洪水叠加过程与径流量变化。采用径流系数法(算术平均法和泰森多边形法)计算潼三段流域径流总量并与实测值对比,验证HEC-HMS水文模型模拟结果的准确性。结果表明:HEC-HMS水文模型在潼三段流域表现出良好的适用性与可靠性,径流总量模拟值与实测值仅相差2.33%,模拟效果显著优于径流系数法。

不同调节能力水库对洪水四要素的影响分析

本文基于26个水库工程建库前后下游洪水四个要素的变化情况,分析不同调节能力水库对下游洪水的影响程度。结果表明,多年、年、季月调节水库总体对洪水首次出现时间有滞后作用、对洪水出现次数有大幅消减作用;周日调节水库对首次洪水出现时间影响不明显,且增加了下游洪水出现频次;同调节能力、不同流域的水库对下游洪水的影响程度与水库占流域面积比无明显线性关系。

不同降雨集中度下流域干支流洪水全过程模拟

为研究流域洪水形成过程及淹没风险规律,采用二维全水动力模型GAST模拟灞河部分流域的降雨成洪情况,分析不同降雨集中度下的洪水形成过程及淹没风险区变化规律。结果表明,降雨集中度影响流域洪水的洪峰流量与峰现时间,也影响淹没风险区面积及峰值出现时间。雨量大且集中的降雨容易在短时间内形成大洪峰洪水,也较快达到淹没风险区面积峰值;流域干支流在出山口断面峰现时间顺序为清峪沟、流峪河、灞河上游、蓝桥河,汇流起始点与流域出口断面峰现时间最大相差80 min;淹没风险区域主要分布于流域出山口外的灞河干流沿河两岸,淹没面积达到峰值最早为低风险区,最晚为极高风险区,峰现时间均在4 h之前。流域干支流洪水过程及淹没风险变化过程分析结果可为灞河流域不同降雨条件下的防洪响应及部署提供参考。

极端土地利用变化和降雨类型影响下洪水特征响应分析

为降低洪涝灾害影响、提高对洪水灾害的防御能力,评估极端土地利用变化和降雨类型对洪水特征的影响至关重要。基于分布式水文-土壤-植被模型DHSVM对浙江省汤浦水库上游流域20场洪水进行入库洪水建模,并采用模糊决策树法将洪水划分为快速洪水、短历时降雨洪水和长历时降雨洪水3种类型,研究极端土地利用和降雨类型对各类型洪水的特征指标影响。结果表明:DHSVM模型模拟效果较好,率定期和验证期各场次洪水纳什效率系数均值大于0.7。受区域内耕地面积影响,退耕还林和退耕还草对洪峰和洪量的消减作用皆小于2%。快速洪水的洪峰对下垫面变化最敏感,在退林还耕和城市扩张的极端土地利用变化下其洪峰平均增长率分别为12.87%和60.88%。下垫面变化对长历时降雨洪水的洪量影响最大,在退林还耕和城市扩张情境下其洪量平均增长率分别为10.48%和20.70%。城市扩张情景使得峰现时间平均提前2.10 h,降雨类型改变使得快速-短历时洪水开始时间平均延迟3.63 h,洪峰减小34.73%;短历时-快速洪水开始时间平均提前7.11 h,洪峰增大22.87%。

连江流域中小河流洪峰模数分布规律初探

以连江流域中小河流(200~3000 km^(2))实测洪水资料为基础,无资料地区由设计暴雨推求设计洪水,统筹考虑上下游、干支流和下垫面条件等因素,并结合历史洪水调查资料、已有工程规划和设计洪水成果、基础地理信息数据等,绘制连江流域中小河流不同重现期下洪峰模数等值线图,探索洪峰模数分布规律。结果表明:连江中下游的乳源南部、英德西北部、阳山南部、连南中部和南部等区域洪峰模数较大,防御洪水过程中应当加以重视。本次研究成果可为防御连江流域中小河流洪水提供参考和决策依据,对连江流域水文分析计算、水利水电工程规划与设计具有一定的参考意义。

沈坊圩涝区水面线推求及电排站运行方案分析

为提升沈坊圩防洪排涝水平,对区域设计洪水位进行推求计算。结合区域实际情况,采用能量方程进行水面线推求,分别获取设计洪水位、施工期水位以及枯水位,为下一步工作提供参考。为改善排涝现状,提出新建电排站方案,并根据防洪规划对电排站运行调度方案进行分析,可为电排站运行管理提供参考。

基于无人机航测成果的洪峰流量推算

因山丘区小流域暴雨洪水洪峰流量实测困难,为及时掌握暴雨洪水特征参数,亟须完成洪峰流量推算工作。无人机航空摄影测量装备的发展为暴雨洪水应急调查工作提供新思路。研究利用无人机航测效率高、数据成果丰富等特点,在不依赖地面实测数据前提下,基于高精度航测成果DOM(Digital orthophoto map)和DSM(Digital surface model)提取河道高程、洪痕边界和糙率等计算参数,结合比降-面积法(曼宁公式)提出一种推算洪峰流量新方法。以东风沟“7·12”暴雨洪水为例,提取15组断面数据、按三种比降取值方案推算洪峰流量,以GNSS-RTK测量数据推算的洪峰流量为标准值检验该方法。均值检验结果显示,该方法成果样本均值与检验值差别不显著(P>0.05);流量测验精度评定显示该方法成果精度满足三类精度水文站标准(随机不确定度<15、系统误差<±2)。综合分析显示,该方法与GNSS-RTK测量数据推算洪峰流量在外业效率、环境适应性、数据种类和数量等方面具有优势,证明将无人机航测高精度成果与典型洪峰流量公式相结合的可行性。研究结果为山丘区小流域暴雨洪水洪峰流量推算、洪水调查等工作提供参考。

基于长短时记忆网络的顶托影响下干支流洪水模拟研究

干支流交汇河段易发生洪水相互顶托现象,造成河段持续处于高水位,极大地增加了洪水模拟的难度。以三岔河口上游受顶托影响显著的嫩江大赉站为研究对象,首先分析识别大赉站历史洪水的顶托关系,并根据洪水顶托关系划分洪水类型;在此基础上采用长短时记忆(LSTM)网络建立洪水模拟模型,评估模型的模拟效果。结果表明,采用流量、水位变化率可以较为有效地识别洪水顶托关系,历史上嫩江受到洪水顶托影响的年份较多;LSTM模型输入中仅考虑上游来水对大赉站流量模拟精度影响相对较小,而对水位模拟精度影响显著;考虑顶托影响的LSTM模型对大赉站的流量、水位模拟精度均较高。可见,所构建的LSTM模型能较准确地模拟出顶托影响下的大赉站洪水过程,为类似流域或站点的洪水模拟提供参考。

黑河莺落峡水文站洪水过程预报

黑河莺落峡站洪水过程预报分析了洪水影响因素、涨水过程及洪水特性,采用莺落峡水文站多年洪水系列资料,选择典型洪水过程,计算洪水历时,对洪水过程放大,然后求流量相对数。对多场洪水的相对指标进行平均分析,求得典型洪峰值,再进行反推每一时刻流量,得到一条经验洪水涨水过程线。最后,通过近年随机洪水过程的检验证明,该平均洪水过程线适用于黑河流域的洪水预报。选用的预报方法在实际预报中简单易操作,实用性强,很大程度上提高了预报精度。

新型储水储能模式在引沅补资方案中的初步探索

跨流域调水需要水源工程和能量驱动,而汛期超额洪水及电力系统弃能需要寻找出路。文章以引沅补资方案为例,提出了一种新的储水储能模式,实现了调水蓄洪储能。在为调水工程找到能量来源、促进清洁能源消纳的同时,实现了洪水的资源化利用,使生态调水工程得以良性运行。方案的提出,为跨流域水资源配置和电网储能建设提供了新思路。

陕西省陈河水文站洪峰流量与洪量等因素相关关系分析探讨

通过分析黑河陈河水文站历年实测洪峰流量资料,建立陈河水文站洪峰流量与次洪量、峰后径流量、降雨量三者相关关系,分析结果表明,洪峰流量与以上因素均存在良好的对数关系。分析成果可为金盆水库蓄水、泄洪以及下游防汛提供科学依据。

清远市清新区山塘内坑河水面线推求及治理方案分析

为了清远市清新区山塘内坑河的防洪能力和生态效益,结合实际情况,采用MIKE11对不同工况下的水面线进行推求,经对比,沿线各村段岸顶高程均高于10年一遇水面线以上,村庄基本满足防洪标准。根据工程河段岸坡实际情况,拟选择组合护岸型式,考虑到护坡型式宜与自然和谐,生态效果要好(具有环保性),且能兼顾防冲功能,护坡部分主要采用草皮护坡和生态混凝土护坡,并提供了4种护岸断面,可为类似工程提供参考。

HEC-RAS模型在南水北调中线洪水推求中的运用

为提高南水北调中线工程防洪度汛科学性,提升防汛抢险决策水平,有效计算交叉河流过流情况,最大限度减少南水北调交叉河道洪水造成的人员伤亡和工程损失,保障工程正常运行,开展南水北调中线工程交叉河道水文计算工作非常有必要。以南水北调中线交叉河道净肠河倒虹吸河道计算为例,运用HEC-RAS水动力模型对净肠河倒虹吸河道水文复核,根据24小时洪水情况,对交叉河道断面部位洪水流量及水位进行计算,复核验算结论超标洪水问题,为南水北调工程防洪度汛提供信息支撑,以期对其他类似工程科学预防,避免水毁、减小损失能够有所帮助。

襄汾县豁都峪某段修复工程设计洪水参数分析

根据襄汾县豁都峪某段治理工程实际情况,在收集流域相关水文资源的基础上,对河道设计洪水参数进行分析。采用推理公式法、水文模型法分别计算设计洪水参数,经合理性分析,与前期实施工程报告相比设计洪水参数误差较小,不足1%,设计洪水成果较为合理,20年一遇洪峰流量为312 m^(3)/s,5年一遇洪峰流量为116 m^(3)/s。可为类似工程设计洪水参数的确定提供参考。

基于BP神经网络模型的汾河流域汾河水库——寨上区间洪水预报

文章以汾河流域汾河水库—寨上区间为研究对象,选取流域内水文站1处(寨上)、水位站3处(高升、马兰、邢家社)、雨量站58处(基本站、中小河流站、山洪站)数据,摘取次洪过程共11场,其中选择8场洪水用于模型率定,3场洪水用于模型验证,建立BP神经网络模型,并对11场次洪水进行预报试验。结果表明,BP神经网络模型预报的洪峰流量合格率为81.82%,峰现时间合格率为100%;确定性系数均达到0.9以上,均值为0.980 1。

历史洪水调查法在设计洪峰流量计算中的应用分析

中小流域大多都缺乏实测水文资料,因此推求中小流域设计洪峰流量一直是设计中小流域水利工程中的一个难点。以金陵河流域为例,考虑流域多方面因素,采用水文比拟、历史洪水调查、经验公式和推理公式四种方法分别计算不同频率下设计洪峰流量,重点介绍历史洪水调查法的计算过程,并对四种方法的计算结果进行对比分析,旨在强调历史洪水调查法在应用过程中的注意事项,同时论证洪峰流量结果选取的方法和思路。

滨海平原区可能最大洪水计算研究

平原河网区受城市区域空间交错、河湖蓄滞洪区联通、水利工程密布等因素的影响,瞬时单位线、经验公式等传统方法推及可能最大洪水(PMF)存在很大的局限性。为弥补传统方法在平原河网地区的适用性问题,尝试使用水动力洪水演进模型法,并综合考虑水库溃坝、可能最大降雨(PMP)、海洋风暴潮等不同叠加因素的影响,选取典型区域(江苏省连云港市西陬山地区某厂址附近区域)研究多种组合条件下平原河网区域的洪水演进过程,及在特定区域内产生的可能最大洪水,以期为平原河网地区可能最大洪水位的推求及工程设计提供参考。

基于HEC-HMS水文模型的中小流域洪水模拟预报分析

水文预报对于我国中小型流域的抗洪减灾和水资源管理十分重要。以渠江流域为例,基于DEM数字高程信息建立流域数字模型,利用HEC-HMS水文模型分别对选定的20组率定期洪水和5组验证期洪水进行模拟,并在参数率定及模型验证的基础上对研究区域进行洪水预报分析,得出任一区域由降雨所引起的最大洪峰流量及峰现时间,可为流域防洪度汛提供一定的科学依据。

新安江模型参数优化的一种约束SCE-UA算法研究

在新安江模型参数优化领域,洗牌复合形进化(Shuffled Complex Evolution,简称SCE-UA)算法得到了广泛的应用。但在长序列降雨径流模拟和模型参数优化中面临一些问题需要解决。当模型参数适配不当时,土壤含水量易于出现负值,此外,不同径流成分对应的汇流参数需要满足一定的大小关系。上述问题的处理,决定着优化算法能否找到具有正确物理意义的最优模型参数,以及径流模拟结果的合理性和可靠性。针对这些问题,提出了一种约束SCE-UA算法,通过罚函数法对土壤含水量和汇流参数施加约束,引导优化算法向具有正确物理意义的参数可行域展开搜索,在寻优的同时确保了物理意义的正确性。在呈村流域开展了基于约束SCE-UA算法的新安江模型参数优化研究,数值模拟结果表明,约束SCE-UA算法能够确保模型参数物理意义的正确性,解决了土壤含水量出现负值和汇流参数大小关系错误的问题。利用优化获得的最优参数开展水文模拟,能够取得更好的水量平衡效果和更高的模拟精度。