深圳河流域2023年“9·7”极端特大暴雨分析及洪涝治理思考

城市暴雨洪涝灾害是目前我国城市最突出的水患灾害。2023年9月7日,深圳市发生极端特大暴雨,深圳河流域处于暴雨中心,造成较严重洪涝灾害,本次暴雨洪涝灾害为流域水安全保障敲响了警钟。通过全面总结深圳河流域暴雨洪涝特性及防御情况,分析暴雨洪涝灾害成因,在此基础上,从提高河道泄洪能力、增大流域洪水调蓄能力、加强城市排水防涝能力建设、强化超标准暴雨应急管理能力等方面提出洪涝治理对策,思考城市洪涝治理方式和理念,为系统解决洪涝问题、提升高密度城市洪涝防御能力提供参考。

珠江口磨刀门水道枯季咸潮上溯与盐度输运机理分析

以珠江河口磨刀门盐度和流速观测资料为基础,采用盐度输运分解的计算方法对磨刀门盐度输运特征进行分析,对比各分解项动力成因和对盐度输运贡献的大小,分析磨刀门水道盐度分布特征和输运特征,结果表明:(1)磨刀门水道盐度输运主要由径流为主要作用的欧拉输运、潮流剪切输运和由河口密度梯度产生的垂向环流输运为主,其中欧拉输运方向向海,潮流剪切和重力环流输运向陆,两种不同方向的盐度输运在大、小潮期相对强弱的变化,导致了咸潮上溯的增强或者减弱。小潮期间,垂向环流和潮流剪切输运大于欧拉输运,净输运方向向陆导致咸潮上溯;大潮期间,垂向环流输运显著减小,净输运方向向海导致咸潮后退。(2)洪湾水道盐度输运主要以欧拉输运为主,垂向环流输运很小,与磨刀门水道盐度输运具有显著的不同。

磨刀门口夏冬季沿岸流特征及成因分析

根据2011—2012年磨刀门口的夏、冬季大、中、小潮定点观测资料,对欧拉余流、斯托克斯余流以及拉格朗日余流进行分析。结果表明:(1)外海测点的欧拉余流和拉格朗日余流,冬季在各潮型下均为一致的西南沿岸方向,夏季除东、西汊道点在强径流下表现为顺汊道指向外海方向,其余外海各点仍以西南沿岸方向为主;(2)斯托克斯余流远小于欧拉余流,夏季明显大于冬季,方向基本与欧拉余流相反;(3)冬季磨刀门口海域具有稳定西南向沿岸流特征,南海东北季风的驱动作用是其形成的主要原因;夏季磨刀门口各潮型下沿岸流特征各异,其影响的主要因素为径流和风,同时地形的影响不可忽略,特别是拦门沙形成的汊道分流作用,对强径流作用下水沙输移影响十分显著。

枯季磨刀门河口垂线流速分布特征

流速是反映水动力条件的主要因子,也是进行河口动力、物质输运研究的基础。河口水流在潮流、径流、风等多种动力因子影响下,河口的垂线流速分布与内河相差甚远,分布形式多样且变化快。主要通过枯季磨刀门河口实测流速资料分析垂线流速分布的基本特征。

粤港澳大湾区中心城市典型设计暴雨过程线分析

对粤港澳大湾区4个中心城市约60 a观测的前、后汛期逐时雨量,以最大1 h雨量(为雨峰)、相应的最大6 h雨量和最大24 h雨量为样本,采用非对称Archimedean Gumbel-Hougaard极值copula构建3个时段雨量联合分布的典型设计暴雨过程线。主要结论:1)采用3个历时雨量联合分布推求的城市设计暴雨值大于2个时段联合分布和单一时段设计暴雨值,同频率放大的设计暴雨过程线,整体效果相对最优,对城市设计暴雨过程线的研究方法提供了新思路;2)采用3个历时雨量联合分布推求的4个城市设计暴雨过程线,更客观地代表了所在城市的雨型特征,为进一步设计雨型的研究提供了新方法;3)以24 h最大雨量构建的典型设计暴雨过程线具代表性,按同频率放大的典型设计暴雨过程线可作为城市汛期排水防涝工程设计的参考依据。

基于二次重现期的城市两级排涝标准衔接的设计暴雨

使用珠海市1984—2015年R_(1h)-R_(6h)、R_(1h)-R_(12h)、R_(1h)-R_(24h)3个历时暴雨组合推算排水排涝两级标准衔接的设计暴雨水平。应用阿基米德极值Copula与Kendall分布函数构建不同历时暴雨组合的联合概率分布模式。分析各历时暴雨组合的遭遇概率、"或"重现期、"且"重现期和二次重现期,以出现最大可能概率的方法推算各组合的设计暴雨值。结果表明:二次重现期所对应的累积频率更准确地代表了特定设计频率情况下不同历时暴雨组合的风险率;重现期分别为2年、3年、5年、10年、20年、50年、100年推算的二次重现期设计值介于"或"重现期和"且"重现期设计值之间,小于相应的边缘分布重现期设计值,R_(1h)-R_(6h)组合推算的设计值相对误差为3.1%~7.1%;R_(1h)-R_(12h)组合推算的设计值相对误差为3.3%~9.3%;R_(1h)-R_(24h)组合推算的设计值相对误差为3.9%~12.0%。二次重现期推算的不同历时暴雨组合的设计暴雨分位值为内涝工程的风险管理和管渠尺寸提供了优选标准和设计参考。

珠江口磨刀门水道盐度变化对水文气象要素的频率响应特征

以2010年11月-2011年3月磨刀门水道挂定角、联石湾、竹排沙、平岗和竹银5个测站的盐度、马口水文站流量、三灶站潮位和竹银站的主流向风速为基本数据,应用偏相干谱估计方法分析了各测站盐度变化对潮汐、流量和风的频率响应。经验诊断分析结果表明:1)马口站入海径流存在准1日、半日、1/4日和1/3日等显著的潮致振荡周期;2)各测站盐度变化与潮汐主要振荡周期并不一致,沿磨刀门水道向上游,潮汐对盐度变化的影响递减,竹银站盐度可作为潮汐直接作用下咸潮上溯的平均上限位置;3)消除潮汐和径流的影响后风对盐度变化的作用明显加强;4)各测站盐度变化对潮汐、流量与风的响应过程存在时间超前或滞后但无特定规律,说明磨刀门水道盐度变化过程十分复杂。

珠江三角洲顶点思贤滘分流自适应调节机制

近年来珠江三角洲顶点思贤滘区西、北两江分流发生重大调整,并影响三角洲的防洪及供水格局,开展思贤滘分流研究对于三角洲分流调控及治理具有重要意义。本文采用20世纪60年代以来思贤滘区水文地形资料,利用物理模型、数学模型、理论分析等方法,分析思贤滘分流自适应调节规律及其机制。结果表明:思贤滘是一个天然的洪水调节器,具有稳定西、北江洪水分流比的作用,洪水越大,西江马口与北江三水流量之比越稳定,其稳定值约为3∶1,思贤滘下游约7 km河段地形是洪水期间分流自适应调整的主控因素,河道受两岸堤防约束,随着上游流量的增大,西、北江过水断面面积之比趋于定值,驱使两江分流比也趋于定值;当枯水期下游潮汐顶托或闸门启闭等作用引起河段发生变动回水时,思贤滘分流相应调整,且分流比对北江下游水体变化更为敏感。

潮汐河道河床活动性时空变化研究——以深圳河为例

潮汐河道的河床冲淤演变关系到河道治理和航道畅通,研究河床活动性及其时空变化特征具有重要意义。选取潮控型河道深圳河作为研究对象,对比分析不同河段洪枯季的水沙关系变化特征,采用马卡维耶夫法计算河道洪枯季的造床流量,并分析涨落潮流和洪水对其影响程度,进一步探讨河床活动性与造床流量的时空变化规律。研究结果表明:潮流是塑造河床形态的主要动力,河道存在一个造床作用基本相当的造床流量群。下段河道深圳河口的造床流量范围介于200~280 m^(3)/s,且洪季造床流量大于枯季;上段河道罗湖的造床流量则为40~60 m^(3)/s,洪枯季造床流量差异较小。河床洪冲枯淤的演变特性与造床流量变化的关系良好,河道上下段河床活动性则呈现明显的空间差异。

潮汐强度与咸潮上溯距离试验

采用物理模型实验方法对不同潮差驱动下咸水入侵距离进行实验研究,结果表明存在潮差临界值使得咸水入侵距离最短,当潮差小于该临界值,咸水入侵距离随潮差增大呈快速减小趋势,而大于该临界值则呈缓慢增大趋势。基于实验数据对盐淡水混合进行理论分析,揭示了实验现象的产生机制:①潮差增大过程中盐淡水混合由高度分层变为均匀混合,导致驱动咸潮入侵的动力发生了改变;②当盐淡水为弱混合类型,盐淡水高度分层,重力环流输运是盐进入河口的主要方式,潮汐强度增大减小了盐淡水分层,减弱了重力环流的输运作用,因此入侵距离变小;③当盐淡水为强混合类型,盐淡水混合均匀,重力环流输运作用大大减弱,潮汐扩散成为主要的输运方式,潮汐增强使得扩散能力增大,因此潮汐强度越大,咸潮入侵距离越大。

深圳凤塘河河口生态恢复工程水动力学试验研究

该文根据深圳风塘河河口地形地貌及濒临河口的特点,提出改善河口水质环境的水动力控导方案,并采用实体模型研究控导方案的可行性,为风塘河河口的生态恢复工程提供技术支持。

深圳河感潮河段洪水特性变化及成因分析

感潮河道洪水特性受陆海双相复杂动力的共同影响。选取深圳和香港的界河——深圳河,基于实测降雨、流量及水位资料,分析潮动力作用下2018年“0829”典型洪水的变化过程,并与流量量级和洪潮遭遇过程相当的2008年6月洪水进行对比,发现“0829”洪水期间河道中上部水位升高约1.4m,河道防洪压力增大。分析发现河道淤积、河道阻力增大和河口平均潮位抬升是导致“0829”洪水水位壅高的主要原因。

深圳河防洪能力影响因素分析

深圳河经过30多年的治理,防洪能力得到极大的提高。但是近年来河道淤积、河口红树林等发展,降低了河道的泄洪能力。本文采用数学模型的方法,计算设计条件下河道淤积发展、河口潮位变化等影响因素对深圳河泄洪能力的影响程度,为提高深圳河防洪能力的治理方向提供参考。

深圳河“8·29”特大暴雨及高水位成因分析

研究深圳河干流雨量量级相同时河道水位偏高原因,可为深圳河防洪决策提供技术支持。根据2018年8月28~30日深圳河流域降雨资料,选取深圳河干流罗湖、梧桐河、鹿丹村、深圳河口等站点的水位及流量特征资料,分析了该场洪水的降雨特性、洪水特征,并与2008年6月相同降雨量级形成的洪水进行对比分析。结果表明:虽然2008,2018年降雨量级相同,但受河道淤积、河道边滩范围扩大且植物生长、河口泄洪阻力增大和海平面上升等影响,2018年8月降雨致使河道水位明显偏高。同时深圳河流域呈扇形分布,平原河、梧桐河、布吉河等支流洪水易在鹿丹村附近汇聚,使得深圳河干流,尤其是鹿丹村一带河段面临严重的洪水威胁,该区域成为深圳河干流的防洪重点区域。

珠江河口压咸补淡枯季调水的物理模型研究

通过物理模型试验方法对珠江河口"压咸补淡"枯季调水方案进行研究。在上游不同流量、下游不同潮型条件下进行试验,观测示踪剂在全潮期间的扩散变化,研究不同径流的压咸效果。对比分析不同流量试验成果,得出增加上游径流对抑制珠江口门的咸潮上溯具有明显作用、马口和三水流量共增加2 600 m3/s能够起到压咸效果的结论。

珠江口潮流泥沙数学模型关键问题探讨

河口潮流、波浪、泥沙、盐度构成了一个极其复杂的耦合系统,将波浪、盐度作为影响泥沙运动的重要因子,与波浪模型和盐度模型耦合,提出了珠江口潮流泥沙模型构架。分析了珠江口泥沙絮凝、泥沙起动、波浪作用下的挟沙力等泥沙数学模型关键问题。以盐度对河口泥沙絮凝的影响分析为基础,根据计算得到的不同径、潮动力作用下河口盐度分布,实现了泥沙絮凝沉速进行实时修正;通过影响河口滩、槽挟沙能力主导因子的识别,提出了一套水流挟沙能力实测资料筛选的方法,建立了波、流共同作用下河口水流挟沙力公式,并以此计算潮波作用下的挟沙力。研究完善了模型的辅助方程,为珠江口泥沙精细模拟奠定了基础。

深圳河河口历史成因分析及综合整治建议

深圳河干流经过30多年的治理,防洪能力显著提高,水质环境也得到一定的改善。但是,河道淤积一直是困扰深圳河治理一个难题。造成深圳河中下游河段淤积的一个重要原因是深圳河河口存在一个大范围三角洲滩涂淤积区,滩涂泥沙在浅水风浪下扬动、随涨潮流上溯进入深圳河。本文在分析了深圳河河口演变历史及其成因,在分析现状问题的基础上提出了下阶段开展深圳河河口综合治理的建议。所得结论可为相关研究提供参考。

海南东方电厂冷却水工程模型试验研究

对海南东方电厂附近海域潮流特性分析的基础上,采用物理模型对电厂冷却水的影响范围及取水温升进行了研究。工程建设的防波堤阻挡了热水回流取水口的流路,在原设计方案的基础上提出工程量较小的比较方案,对各方案进行了对比分析和优化,供设计参考。

深圳河四期蓄滞洪区物理模型试验方法研究

深圳河治理工程四期滞洪区模型试验的难点在于非恒定流自动控制系统和下游河道尾门水位控制的不确定性。通过经验公式计算和水槽试验优选模型加糙方案,下游尾门处采用复合堰的控制方法实现水位—流量自拟合功能,对深圳河滞洪区溢流堰结构形式、溢流堰与下游堤防衔接方式,以及溢流堰堰顶高程进行优化试验研究。试验结果表明,优化后的设计方案工效效果显著,可推广至类似滞洪区模型试验控制。

珠江河口治导线规划复核论证试验研究

珠江河口治导线是珠江河口整治与开发工程建设的外缘控制线。介绍了珠江河口整体物理模型及珠江河口治导线规划的试验研究有关内容,分析了20世纪80年代与21世纪初两次试验研究成果的差异性及其原因,研究了原治导线规划成为未来实际岸线极端条件下河口水动力条件的变化,论证了原治导线规划总体布局的合理性,并提出了局部优化调整的建议。