北江流域“2022·6·22”暴雨洪水分析

2022年6月19日,北江流域发生“2022年第2号洪水”,为1915年以来最大的洪水。为提高对北江流域暴雨洪水特性的认识,采用定性与定量相结合的方法对该场洪水的雨水工情进行研究。分析暴雨中心、洪水量级、洪水传播时间等特征,并与历史暴雨洪水进行对比。借助种子蔓延算法比较“理想凑泄”和“经验控泄”调度方案的调控效果,同时考虑水库动库容效应进行调洪演算。结果表明:造成本次洪水灾害的主要原因是累计雨量大、降雨强度大以及暴雨区域集中;根据“理想凑泄”规则调度飞来峡水库取得了显著效果,但需要考虑水库动库容的影响。研究成果可为北江流域防洪减灾以及制定调度规则等提供支持。

基于SWMM模型的城市内涝模拟——以广州市海珠区为例

城市内涝模型是当前城市内涝预警的主要技术手段,然而现阶段的城市内涝模型精度不高且较为复杂,因此建立一个精度高且简便的内涝模型是急需解决的重点问题。以SWMM一维模型作为研究基础,针对广州市海珠区历史内涝点建立内涝模型,实现了对城市内涝深度的模拟分析。结果表明,模型可准确推断出内涝等级及积水深度,实现对内涝积水的预警预报作用。该模型简化了传统复杂的地表二维模型,将暴雨对内涝积水点的影响转化为暴雨与管网之间的关系,大大减少了计算量。

基于实时监测数据的城市内涝成因分析

为探究城市内涝的成因,以广州市为例,基于SWMM建立排水模型,并提出了基于实时监测数据的内涝成因分析方法,结合实时监测数据计算内涝点的集水井集水能力、管道过流能力和暴雨产流流量,并根据内涝等级对研究区内涝点进行成因分析,同时针对不同的内涝成因给予对应的内涝措施方案。结果表明,75%场次的内涝成因为地表排水能力不足,57.7%场次的内涝成因为河道水位顶托,44.2%场次的内涝成因为降雨强度过大,管段排水能力不足。

基于综合单位线法推求水库设计洪水分析

九湾潭水库是广州市流溪河流域内一座中型水库,研究其设计洪水对广州市防洪工作具有重要意义。设计洪水是保证水库工程安全的一个重要设计依据,也是水库防洪调度的基础。采用综合单位线法和推理公式法,进行九湾潭水库的设计洪水推求计算以及设计暴雨参数选取研究。结果表明,采用综合单位线法计算出的设计洪水更符合防洪要求,又用该方法推求出不同频率下九湾潭水库的设计洪水,为九湾潭水库在以后进行防洪调度提供了依据。

无资料地区洪水预报参数估计

以广州市流溪河流域内流溪河水库、黄龙带水库、和龙水库等9个水库子流域为研究对象,根据已知出库流量及库容曲线反推入库流量,基于三水源新安江模型进行洪水预报。假定芙蓉嶂水库为无资料地区,根据气象预报及其余8个子流域的流域特征值进行参数移植,建立流域特征值和敏感性参数的多元回归方程,对比分析距离相近法、面积相似法、参数平均法与多元回归法的参数移植结果,发现多元回归法移植效果较好,预报结果达到乙级精度。

五家渠市生态用水安全形势

在分析五家渠市生态用水安全形势的基础上对地区生态需水量进行了计算。通过建立面向生态的水资源优化配置模型,对五家渠市规划年的生态供水形势进行了评估。计算结果表明,规划年五家渠市人工生态用水量能够满足,但天然生态系统面临退化风险,河流尾闾湖泊将出现一定的萎缩。

辽宁省辽河流域水质水量联合配置模型及结果分析

根据科学发展观和生态文明建设的总体要求,基于"自然—人工"二元水循环理论,研发了面向地表水功能区水质目标的水质水量联合配置模型及系统软件,通过不同情景、不同组合方案的水资源"三次平衡"长系列逐月调节计算,提出辽宁省辽河流域未来20年时间跨度水资源配置全方位多视角系列成果,为辽宁省辽河流域水资源开发利用和节约保护、治理等提供了重要依据。

水资源全要素配置框架下的三次平衡分析理论研究与应用

本文在回顾水资源配置历程的基础上,针对当前新形势下水资源配置的基本要求在原有三次平衡分析基础上,提出了水资源全要素优化配置框架下新的三次平衡分析。水资源全要素配置模式下的三次平衡分析是从水量的供需平衡、污染物排污总量控制和水功能区水质达标以及河道生态流量要求等多重目标出发,根据供水、治污和水环境保护要求进行分层次分阶段分析,为实行最严格水资源管理制度提供了强有力的技术支撑。

基于小波-LSTM的流溪河流域短期库水位预测模型

考虑到原始监测数据中噪声对库水位预测精度的影响,研究提出了基于小波-LSTM神经网络构建的流溪河流域短期水库水位预测模型。模型以流溪河水库和黄龙带水库2015—2020年的时序数据为研究对象,以小波分解对水位时序数据进行多尺度分析,以2019年8月1日为界划分数据集,以均方根误差RSME、纳什效率系数NSE和平均绝对误差MAE为评价指标,并与LSTM模型在1、6和12 h预见期情境下的预测结果进行了对比分析。结果表明,在1、6和12 h预见期下,小波-LSTM模型和LSTM模型的NSE值均大于0.9,2种模型均取得了不错的预测效果;在相同预见期下,相较于LSTM模型,小波-LSTM模型预测的整体误差和极值误差均更小,模型的整体预测效果更优;对模型输入特征而言,单特征小波-LSTM模型的整体预测误差和极值误差均低于多特征小波-LSTM模型,对水位时序数据的整体预测效果更好,预测中的异常值也相对更少。

基于投影寻踪的洪水分类和识别方法研究

洪水分类在洪水预报、水库调度过程以及流域洪水的管理中有着重要的作用.首先通过投影寻踪方法建立长江下游南京站历史洪水分类模型,通过遗传算法来求解,然后利用投影寻踪识别对现有洪水进行类型归属识别.实例计算证明,这种分类方法在洪水分类中有重要作用.通过分类识别,在进一步的实时洪水预报中提高了预报的确定性和准确度,减少盲目性,对防洪减灾具有重要的意义.

基于水资源全要素配置框架下的水质参数识别

针对传统水质模型存在的不足,建立了基于宏观系统概化尺度的全要素水资源优化配置模型,论述了模型参数率定调试总体框架设计及参数率定,并以浑太河流域为例,分析了确定模型参数依据的污染物产生、截留、入河及降解信息过程。结果表明,该模型为实现流域大尺度水质模拟提供了参考依据。

山西省山洪灾害调查评价工作分析

介绍了山西省山洪灾害调查评价工作总体方案,结合具体调查评价前期工作,对有关技术问题进行了探讨,并对已开展的山洪灾害调查评价工作进行了经验总结,提出了相应的对策建议,为其他省开展山洪灾害调查评价提供借鉴。

流域非点源氮磷污染负荷分布模拟

为揭示流域非点源氮磷流失时空分布规律,基于实测水文水质数据,采用SWAT模型与SUFI2算法,以滦河潘家口水库流域为研究对象,模拟了不同水平年下流域非点源氮磷流失变化情况。结果表明:丰水年的TN负荷是平水年的1.68倍,是枯水年的2.12倍;TP负荷是平水年的1.52倍,是枯水年的2.21倍。从空间上看,TN、TP负荷量从大到小排序依次为耕地、林地、草地、荒地。相关性分析发现,泥沙产出量是非点源污染负荷空间分布的重要驱动因子。

Seq2Seq模型的短期水位预测

为有效预测未来一定时间内的连续水位,提出了基于序列到序列(Seq2Seq)的短期水位预测模型,并使用一个长短期记忆神经网络(LSTM)作为编码层,将历史水位序列编码为一个上下文向量,使用另一个LSTM作为解码层,将上下文向量解码来预测目标水位序列。以流溪河为研究对象,针对不同预测长度分别建立水位预测模型,并与LSTM模型和人工神经网络(ANN)模型进行了对比。结果表明:Seq2Seq模型对连续6 h、12 h和24 h水位预测的纳什效率系数最高分别为0.93、0.90和0.85;当预测长度为6 h时,LSTM和Seq2Seq模型预测结果相似,ANN模型精度较低;当预测长度为12 h和24 h时,Seq2Seq模型相比LSTM模型和ANN模型预测效果更好,收敛速度更快。

城市二维内涝模型的GPU并行方法

针对二维水动力模型应用于城市内涝模拟时,在大尺度区域或精细分辨率情形下运行耗时过长的问题,通过耦合SWMM模型和LISFLOOD-FP模型构建城市内涝模型,采用GPU的并行计算技术加速城市二维内涝模型。以盐城响水县城区的内涝模拟为例,对并行模型的效率进行分析,结果表明,基于GPU的并行计算技术可以显著提升模型运行效率,在5 m分辨率下能够8 min内模拟12 h的内涝事件,可用于突发内涝事件下的快速响应;并行模型的加速效果在更高的空间分辨率下表现更明显,在2 m分辨率下取得最高10.86倍的加速比;要最大化发挥GPU计算效率,首先需要单步长有较大的计算量,其次是要尽量减少与GPU的数据频繁传输导致的额外开销。

我国城市用水效率关键指标时空格局分析

准确定位我国城市工业和生活用水效率现状,是加强节水管理的重要基准。通过分析城市用水效率关键指标的时程演变和空间格局,探究了用水效率与节水水平的联动关系、与用水压力和经济发展水平的匹配状态。结果表明:2017年较1998年,我国地级市平均万元工业增加值用水量减少了80%,地区间差异明显减小;人均生活用水量增加了近30%,优于同等经济社会发展水平国家的中值。2017年,全国半数有资料城市的工业用水重复利用率提高到了80%,供水管网漏损率平均控制在15%左右。目前,我国仍存在用水效率与用水压力空间匹配失衡、与经济发展水平不协调的问题,特别是“胡焕庸线”以东的华中和东南地区,水多人亦多,经济发达,用水压力大,但用水效率不高,仍有较大节水潜力。

流域水文、水动力、水质模型联合应用研究进展

流域水文、水动力、水质模型联合应用可以实现水资源从源头运动到不同水体的全过程模拟,对水资源开发利用与综合管理决策具有重要的意义。为深入了解流域耦合模型的发展与演变过程,总结了水文、水动力与水质3类模型的结构与特点,探讨了各类模型在耦合应用中的作用,综合评价了单向传输耦合、双向传输耦合与接口传输耦合各自的优势与不足,并对耦合模型中的时空匹配问题进行了讨论。指出目前耦合模型中存在着结构松散和参数率定、应用标准不明确等问题,未来耦合模型将成为解决流域智能管理与决策问题的重要手段。

基于SWMM模型的沿海城市内涝模拟研究

沿海地区台风过境时的短历时强降雨可迅速形成地表径流,易导致城市内涝,造成严重的经济损失和人员伤亡。为缓解该问题,本文以福州晋安河流域为例,构建了基于SWMM管网和地面二维积水的城市内涝模拟模型,以研究该区域城市内涝成因及应对策略。实例研究表明,上游库湖泄水抬高内河水位,下游外江涨潮使内河排水不畅,是形成内涝灾害的主要原因。为此提出库湖闸站联合错峰调度方案,有效防止下游江水倒灌。以苏迪罗台风降雨为例,采用该调度方案可减少管网节点溢流量27.44%,缩小淹没面积29.73%,降低内涝严重区河道最高水位1.02 m,有效缓解地表淹没。本研究成果可为福州城市内涝的科学调度提供技术支撑,同时对其他沿海城市的防洪调度具有参考价值。

青岛市大沽河流域水资源承载能力研究

以青岛市大沽河流域为例,为揭示水资源承载能力,在水资源优化配置的结果上采用PSR模型构建了水资源承载能力评价指标体系,分析了2015、2020、2030年的水资源承载能力,据此提出了对策和建议。结果表明,该区域各水平年水资源对人口、GDP和生态环境面积均已超载,超载率约3%。

水量水质联合配置方案评价指标体系研究

在阐述水量水质联合配置方案评价内涵基础上,给出了水量水质联合配置方案评价操作流程。利用层次分析法构建以经济社会、生态环境、水资源系统为评价准则,以流域缺水率、新增投资额、水功能区个数达标率、生态用水比例、人均水资源量、水资源开发利用程度和万元GDP耗水量为具体指标的方案评价体系。以分区协调性指标和方案公平性指标为核心,在合理确定指标权重的基础上,选取浑太河流域进行评价体系的可行性验证,结果表明,构建的水量水质联合配置方案评价指标体系切实可行。