基于城市排水过程的内涝高效模拟方法

从实际城市排水过程的角度出发,提出了基于汇水单元概念的城市内涝高效模拟方法.该方法以雨篦子作为出水口来划分汇水单元,进而计算城市地表产汇流、积水深度及分布.同时,引入了当量宽度的概念,实现了明渠与有压流2种状态下管道流量和水位计算方法的统一.基于水量平衡原理,利用雨篦子耦合城市地表与地下管网,并结合孔口耦合管道与河道,构建了地表-管道-河道一体化的求解矩阵.本文将所提出的模拟方法植入成熟的太湖流域模型,并应用常州市城市产汇流与内涝试验基地的监测数据,对该方法的有效性和模型的可靠性进行了评估,以期为城市内涝模拟提供新思路.

蒲河(孟河段)流域水污染防治研究

为实现蒲河流域水污染防治工作的有效开展,采用乡镇行政区划与流域管理相结合的方式,利用GIS软件作为工具,对蒲河流域进行了控制单元的划分。基于2022年开展的水质现状监测数据及流域自然社会经济调查,了解相应控制单元内各污染源污染指标的排放入河情况,系统分析了流域水质状况,并制定了相应的防治措施。

基于模糊层次分析法的泥石流易发性地形因子敏感性分析

以泥石流发生的关键地形因素为研究对象,基于D8算法获取最优划分集水流域单位,采用集水流域面积、平均坡度、平均海拔、melton比率、延伸率和纵降比等作为泥石流地形因子,利用模糊层次综合分析法开展泥石流的地形因子敏感性分析。结果表明:基于2m分辨率的DEM数据,下党乡集水流域单元提取最佳阈值为5000,共划分2071个集水流域单元;地形因子影响程度依次为纵比降、melton比率、延伸率、平均坡度、平均海拔、流域面积;低、中敏感的集水流域单元个数占总数91.31%,面积占比为95.51%;中高、高敏感单元个数仅占总数8.69%,面积占比4.49%,其趋势与近十年间该区域未发生沟谷型泥石流情况相符合。基于模糊层次分析法开展泥石流易发性地形因子敏感性分析,确定了区域地形因子在泥石流易发性中的权重,为区域地质灾害风险调查评价地形因子选取提供参考依据。

基于流域单元的泥石流区域危险性评价

进行泥石流区域危险性评价时,首先要选取合适的单元作为评价单元。在前人的研究成果中已有多种评价单元,如栅格单元、斜坡单元、单一条件单元等。作者认为国内评价工作中常采用的栅格单元、行政区划单元都没有体现泥石流发生特定的地貌条件,故提出以流域为评价单元的思路。根据水文学D8方法,介绍了在计算机协助下基于DEM数据自动完成流域单元划分的方法,并以辽宁省鞍山市岫岩满族自治县作为实例,将全区划分为1024个流域单元。将流域划分结果与历史灾害点位置相对比,每个流域内基本上只包含一个灾害点,该情况说明流域划分精度满足研究工作需要。在此基础上利用人工神经网络进行泥石流区域危险性评价。结果显示,以流域作为评价单元能充分体现泥石流发生的地貌特征和物理机制,利于评价指标取值,而且危险性结果与实际情况吻合较好,可为政府部门制定减灾防灾决策提供参考。

金沙江干热河谷区泥石流易发性评价模型及应用

金沙江上游奔子栏-昌波河段属典型的干热河谷区,气候干热少雨,但泥石流灾害发生频繁。采用指标熵模型对干热河谷区泥石流的影响因子进行敏感性分析,最后筛选出流域地貌熵值、岩土类型、坡向、坡度、植被归一化指数、月均降雨量等6个因子作为泥石流的易发性评价因子。将研究区划分为217个小流域,以流域单元为评价单元,采用权重系数法建立了泥石流的易发性评价模型,并利用该模型制作易发性分区图。分区结果表明:研究区泥石流极高易发区和高易发区主要分布在北部的昌波-贡波段、中东部的徐龙-曲雅贡段和南部的金沙江沿岸。极高易发区和高易发区面积占研究区总面积的36.4%,两区内的泥石流流域面积占泥石流总流域面积的58%。经检验泥石流的预测成功率为69.6%。

基于流域单元的岷江上游泥石流危险性评价

泥石流的形成需要具备高陡的地形、充足的水源以及丰富而松散的固体物源三个基本条件,当山区小流域具备上述条件时,都有发生泥石流的可能。选取岷江上游区域作为研究区,以数字高程模型(DEM)作为基础数据,运用均值变点法和河网密度法结合遥感影像,实现研究区内小流域划分;针对影响泥石流形成的三个基本条件,以小流域作为评价单元,选取地层岩性、断裂密度、平均坡度、形状系数、沟道比降、24h最大降雨量等六个评价指标,应用主成分分析法计算各因子的权重,实现岷江上游地区的泥石流危险性评价。分析结果表明,评价的结果能较好的反映出岷江上游的泥石流灾害分布情况,为该区泥石流灾害的防治提供了参考和依据。

基于控制单元的独流减河流域农村非点源污染空间特征解析

提出了一种基于子流域的控制单元划分方法,估算了独流减河流域农田种植、畜禽养殖、农村生活和水产养殖4个主要来源的农村非点源COD、TN、TP和氨氮的入河量,并进行空间特征解析。结果表明,2015年独流减河流域农村非点源COD、TN、TP和氨氮总入河量分别为5 036.20、1 373.94、231.75、573.73t,COD是流域中最主要的农村非点源污染物。4个来源对流域污染物入河量的贡献大小依次为农村生活、农田种植、水产养殖和畜禽养殖。空间特征解析结果表明,西部的控制单元1和控制单元2污染物入河量大,东北部的控制单元3、控制单元4包括控制单元5污染物入河量小。主要污染水系为子牙河水系、南运河水系、青静黄排水渠水系、运东排干水系等。

基于水环境质量底线汇水单元划分的实践研究

水环境质量底线划定是“三线一单”的重要组成部分。在国家确立的控制单元的基础上,进行水环境控制单元细化,是水环境质量底线划定的关键环节。基于水环境控制单元划分时汇水单元阈值选取往往存在一定的盲目性,该研究以湖南省为例选取典型区域,在水平分辨率30 m的DEM栅格数据条件下,通过“阈值(栅格数)-河网密度”拟合曲线的一阶导数求得合理的参考阈值。该研究为“三线一单”水环境控制单元划分时汇水单元阈值选取提供方法参考,也为省、市两级编制“三线一单”的省份在以水环境控制单元为载体的分层次精细化管理方面提供了可借鉴的经验。

全国小流域分布式单位线综合分析

基于全国小流域数据集,采用相关性分析和基于最小二乘法的多元回归非线性模型进行了小流域分布式单位线的综合分析,并以全国30个不同地形地貌类型区的中小流域为例开展了应用研究。研究表明:小流域不均匀系数、加权平均坡度反映了小流域汇流非均质分布特性,小流域属性与单位线特征值(洪峰流量、汇流时间和峰现时间)之间存在中度-强度相关关系;单位线洪峰流量、汇流时间和峰现时间最优公式型的均方根误差分别为0.14~0.75 m3/s、3.16~7.21 min和3.15~7.33 min,合格率分别为86%~100%、85%~100%和65%~100%,相关系数分别为0.93~0.99、0.89~0.99和0.83~0.98,构建的单位线特征值综合公式较好地反映了不同地形地貌类型区洪水集中度和汇集时间的差异性。研究可为缺资料地区中小流域暴雨洪水分析计算和山洪早期预报预警提供技术支撑。

流域研究中几组易混淆的术语辨析

对流域问题的讨论是学界的也是普通百姓的热点话题之一,而相关术语的混淆有碍于流域问题讨论及研究的正常发展。文章针对流域研究中易混淆的三组术语及常规表述进行了辨析,并对术语误用、混用的情况举例予以分析说明。

全国山洪灾害防治规划中小流域自动提取技术

在进行全国山洪灾害防治规划中,小流域是基本工作单元。讨论了在基于地表坡面径流模拟分析提取水系和流域单元的基础上,充分利用山洪灾害防治规划数据集的DEM、水系数据和气象、地貌、岩性等环境因子数据进行小流域提取的方法。首先进行基本地理单元分割,并将环境因子分类,在此基础上将以省为单位的规划区域划分成不同的地理区域,对不同区域使用不同的水道给养面积阈值,进行水系和小流域单元提取。并针对山洪灾害防治规划的小流域单元特点对提取的小流域单元进行分割和归并。

天山山地森林调节河川径流作用的探讨

运用天山北坡山地 31条河流的水文、气象以及森林资源资料 ,分析森林调节河川年径流量作用 ,结果表明 :森林与蒸发因素具有减少河川年径流量的效应 ,且森林调节河川径流量的作用远大于蒸发因素影响。在森林因素中 ,森林面积增加对河川年径流量的影响程度大于单位集水区面积森林蓄积量增加的作用。在天山北坡山地自然地理环境条件下 ,林率每增加1 %,河川径流量平均减少 0 .33mm ;单位集水区面积森林蓄积量每增加 1 %,河川径流量平均减少 0 .2 7mm。

柴河流域典型景观类型土壤氮磷含量的空间变异特征

为了从流域尺度了解柴河流域土壤氮、磷含量的空间变异特征,在柴河流域选择6个景观类型,并根据每个景观类型内不同土地利用方式及景观位置,共进行了72个样点的表层土壤采集,并对土壤有机质、氮、磷含量进行了测定。结果表明,磷素主要以磷矿区及富磷区林地区域含量较高,其中磷矿区土壤全磷含量平均高达20 g/kg,富磷区林地有效磷含量平均为3 687.7 mg/kg;而氮素则表现为沟渠和柴河河道底泥的含量较高,柴河底泥中全氮及碱解氮含量高达2.99 g/kg和631.8 mg/kg。相同景观类型下不同土地利用方式土壤氮磷含量在富磷区、坡耕地及坝平地均表现出较高的差异。嵌套方差分析表明景观类型及土地利用方式或所处的景观位置对土壤有机质及氮磷含量均具有显著的影响。以上结果表明柴河流域内土壤养分含量空间变异程度较高,不同景观类型和土地利用方式共同决定了土壤氮磷含量的变异。因此,在面源污染输移风险评估及防控时应同时结合景观类型及土地利用类型进行分析,并在此基础上探讨主要影响因素。

基于集水单元的岩溶山区小流域泥石流敏感性评价——以贵州威宁二塘河流域为例

本文选取岩溶区小流域,查明了泥石流分布及土壤侵蚀现状,分析了泥石流固体物质来源并对土壤侵蚀模数进行了计算,选取了地形地貌和物源状态两类评价因子,基于集水单元完成了研究区泥石流敏感性评价。结果表明,研究区土壤侵蚀是泥石流的主要固体物质来源,评价结果与泥石流分布特征及活动历史相符合,为指导研究区泥石流防治工作和岩溶区小流域泥石流敏感性评价提供参考。

小流域不同土地利用类型氮素平衡特征

以土地利用类型为研究单元,在实际调查的基础上,对蛇鱼川小流域氮素收支进行估算,分析各土地利用单元中氮素的来源与去向,并对比不同土地利用单元中氮素的输入、输出及盈余强度。结果表明,养殖区氮素输入、输出强度最高,生态林最低,经济林氮素输入强度约是耕地的3倍。经济林和耕地的主要氮素输入源均为肥料输入,其中,经济林农家肥氮素输入占比达83.32%,耕地则以化肥输入为主(占56.44%),主要的输出源也为肥料施用损失;生态林主要输入源为固氮输入,占比高达70.05%,输出源主要为天然输出;居民区和养殖区主要氮素输入源分别为食品和饲料输入。流域内各土地利用类型均呈氮素盈余状态,而不同土地利用类型氮素盈余强度差异明显,其中,养殖区和经济林盈余强度较高,分别为4795.15和493.72kg·hm^-2,耕地次之(139.13kg·hm^-2),生态林和居民区较低,分别为77.17和68.52kg·hm^-2。人类活动是影响小流域氮素平衡的重要因素,减少施肥量,控制肥料损失,加强畜禽养殖系统内氮素管理是该流域氮素管理的重点。

基于地貌单位线的汇流模型在陈河流域的构建与应用

针对陈河流域陡涨陡落的洪水过程,采用90 m分辨率的DEM数据提取了陈河流域的水系,进而提取出其瞬时地貌单位线,构建基于地貌单位线的汇流模型;再用该模型对陈河流域2003年到2012年间的13场洪水进行模拟演算,并将计算结果与新安江模型的计算结果相比较。分析结果表明,基于地貌单位线的汇流模型取得了理想的模拟结果。

小流域截洪沟洪峰流量计算方法研究与比较

截洪沟洪峰流量是截洪沟设计的重要参数。通过工程实例分析比较三种截洪沟洪峰流量计算方法,研究了降雨历时、山洪容重和重现期对三种方法洪峰流量的影响,并分析了各方法主要影响因素的显著程度。结果表明,对于工程实例,方法1(水土保持工程设计规范)和方法3(室外排水设计规范)的结果较接近,更偏安全。洪峰流量随降雨历时的增大逐渐减小,两者呈幂函数关系;洪峰流量随山洪容重的增大而增大,两者基本呈指数函数关系;洪峰流量随重现期的增大基本呈对数增长趋势。方法1和方法3各因素的影响程度从大到小排序为汇流面积>降雨历时>径流系数>重现期;方法2(开发建设项目水土保持技术规范)各因素的影响程度从大到小排序为汇流面积>径流系数>重现期>高含沙山洪容重。

基于流域汇水单元模拟的水系空间规划方法浅析

自然孕育了水系,水系滋养了城市。自然本底资源作为城市发展的基础与底线,水系对城市的繁荣兴盛和绿色发展有着深远的、长久的影响。随着"山水林田湖草,生命共同体"思想落实到城乡建设各处,面对自然资源部与生态环境部成立的新机遇,如何实现水系良性保护与高效利用,将水系监管引导进行空间管控与落地实施,笔者试图通过GIS水文分析中流域汇水单元模拟功能,关联城市建设用地,从理水、活水、保水、治水、靓水、兴水等方面探索从宏观到微观多尺度下水系空间规划方法。

海绵城市管控单元划分与地理空间数据库构建

海绵城市管控单元的划分是海绵城市规模计算和设计布局的基础。目前,在我国现有海绵城市建设技术指南中并无该方法的详细介绍,因此初步探索了一种适用于多尺度的海绵城市管控单元划分与地理空间数据库构建的流程与方法,并以南京市河西新城中部地区为例,对其方法、流程及工具进行了实践验证,相关成果可为海绵城市规划设计提供参考。

陕北六道沟流域地形破碎区土壤水分时空分布及其预测

【目的】为深入理解陕北黄土高原土壤水分时间动态特征及空间模式时间稳定性,探索代表点位预测土壤储水量和干层平均状况的可靠性。【方法】在神木六道沟流域选择一典型地形破碎区,自2014年10月至2017年7月开展土壤水分长期跟踪监测。【结果】(1)观测期内,夹心式干层厚度和夹心式干层内土壤含水量分别变化于20~760 cm和6.43%~10.73%之间,表现出夹心式干层随时间发育的复杂性。(2)土壤储水量、干层厚度和干层内土壤含水量斯皮尔曼等级相关系数均值分别为0.94、0.95和0.90,表明研究区土壤储水量及干层空间模式具有强烈的时间稳定性。(3)通过土壤储水量及干层时间稳定性特征分析判定,点位A5、C1和C2分别可作为预测研究区土壤储水量(R^(2)=0.88)、干层厚度(R^(2)=0.74)和干层内土壤含水量(R^(2)=0.56)平均状况的代表点位。相比而言,利用土壤储水量和干层厚度代表点位预测结果精确度更高。【结论】在黄土高原地形破碎区利用代表点位预测土壤水分时空分布的方法是可行的,科学调控土壤水库可在一定程度上缓解土壤干层的形成与发展,为区域土壤干层的恢复提供了可能性。