基于时空变源分布式模型的流域洪水复盘分析方法——以海河流域北三河系“23·7”较大洪水为例

海河流域北三河系覆盖北京、天津、河北三省(直辖市),其防洪安全事关当地社会经济发展。为有效应对气候变化影响下极端暴雨频发所带来的洪水防御新挑战,提出了一种时空双维度流域性洪水复盘新思路,以“23·7”北三河系较大洪水为例,通过构建时空变源分布式水文模型结合暴雨时空统计分析对全河系洪水的发生、发展过程进行了模拟。模拟结果的确定性系数均大于0.7,洪峰相对误差均小于5%,所建模型可以较好地表征此次洪水的产流机制变化。分析发现,此次洪水过程中北运河流域产流以蓄满产流机制为主,潮白河流域产流则蓄满及混合产流两种机制均有体现,特别是靠近降雨集中区的山区平原过渡地带表现出明显的混合产流机制。建议在未来进一步完善流域防洪体系,重点提升该区域的水雨情监测能力。所提出的时空双维度下的流域性洪水复盘分析方法可为今后其他流域级洪水模拟复盘提供技术参考。

北京“23•7”特大洪水复盘分析

本文分别采用地面雨量站和雷达反演降雨数据,利用北京山区洪水预报模型对北京“23•7”暴雨洪水开展了复盘分析。结果表明,雷达反演降雨与地面雨量站测量结果一致性较强,可较好地反映降雨的时空变异性;同时,利用二者分别驱动水文模型后所得的预报效果也基本一致,说明在水文预报工作中雷达反演降雨可作为地面站网的可靠替代品。本文改进的考虑北京山区产流特点的水文模型可对大部分预报断面做出较高精度的模拟。北京山区水文过程具有很强的非线性,基于不同量级历史洪水率定的水文模型参数具有不确定性,为了适应产汇流和洪水演进规律的变化,提高洪水预报的可靠性,预报实践时需要结合实况数据及时优化模型参数,完善洪水预报方案。

海河“23·7”流域性特大洪水北京市拒马河洪水调查分析与河道治理建议

受2305号台风“杜苏芮”北上影响,2023年7月29日至8月2日京津冀地区连续降雨,海河流域发生“23·7”流域性特大洪水,造成严重的人员伤亡和财产损失。对北京市境内拒马河进行洪水调查,在深入分析拒马河治理现状的基础上,采用天然河道恒定流水面线计算和均匀流计算方法推求洪痕对应的流量,并以此复盘分析洪水频率。根据洪水分析成果及水毁情况,从拒马河水域空间划定、河道治理及建筑物设计等方面提出规划治理建议,以期为后续河道整治提供参考。

北京市永定河流域水工程调度实践与思考——以海河“23·7”流域性特大洪水应对为例

2023年7—8月,受2305号台风“杜苏芮”北上和西北太平洋副热带高压异常偏北影响,海河流域发生“23·7”流域性特大洪水。北京市永定河段首次启用大宁水库、滞洪水库分蓄洪水。围绕本次北京市永定河流域水工程调度实践,简述洪水预报与调度策略,梳理斋堂水库、三家店拦河闸、卢沟桥枢纽调度过程,总结实施预报调度、精细调度、流域统一调度等经验,从精准预报调度技术、突发状况应急处置、智能化调度能力提升等方面提出对策建议。

北京市昌平区韩台村“23·7”暴雨山洪泥石流灾害特征分析

【目的】近年来,受极端降雨事件影响,北京西部和北部山区山洪泥石流灾害频发,给当地造成巨大的生命财产损失。针对北京市昌平区韩台村“23·7”暴雨山洪泥石流灾害事件开展灾害过程和特征研究,为小流域灾害防治及提升灾害应对能力供基础支撑和参考依据。【方法】以昌平区高崖口沟韩台村支沟为研究区,采用“区域灾情调查-重灾区现场调研-室内评估分析”相结合的方式,查明研究区的雨水情特征及灾情特征。基于堆积物沉积结构、实物破坏形式和流体的内在特性,分析了韩台村支沟内山洪泥石流的灾害过程和基本特征,初步探讨了此次灾害的成因,并提出灾害防范对策建议。【结果】结果表明:(1)韩台村上游沟道集雨面积约0.1 km^(2),根据王家园水库自动站2023年8月31日12时至13时降雨数据,估算的韩台村上游沟道内1小时洪水总量约6870 m^(3),其破坏力非常大。(2)韩台村支沟自沟顶至韩台村西部村南口,具有典型的泥石流特征。村南口进村120 m范围内有泥石流堆积物,覆盖于山洪沉积物之上,属于典型的泥石流堆积前缘特征。由此至韩台村北口(韩台村支沟沟口),具有明显的山洪灾害特征,平均洪水深度超过5 m,淹没面积约33940 m^(2)。(3)2305号台风“杜苏芮”外围残余环流北上引发的极端强降雨是此次灾害的直接致灾因子,同时,受区域地形地貌、山洪泥石流作用及居民对所处地质环境的认知程度等因素的影响。【结论】此次昌平区高崖口沟韩台村支沟特大暴雨洪涝灾害是一次极端暴雨引发的山洪泥石流复合灾害事件。短时强降雨导致地表径流流量陡增是造成此次灾害的直接原因,初步推测泥石流发生时间晚于山洪,亦或是形成于山洪减弱阶段。自支沟顶至韩台村西部村南口(约1.4 km)为泥石流区域,村南口进村120 m左右为泥石流堆积前缘区域,同时部分区域具有山洪特征,村南口至村北口(支沟口)为山洪受灾区域。

北京地区“23•7”特大暴雨型地质灾害特征及预警成效分析

极端降雨常伴随群发性地质灾害发生,严重危害易发区人民群众生命财产安全,影响经济社会健康发展。总结分析极端降水灾害时空分布特点及预警成效,对于提高地质灾害综合防御能力具有重要意义。以2023年“23•7”强降水引发的突发地质灾害为研究对象,以“北京市突发地质灾害监测预警系统”精细化降水数据为基础,分析了“23•7”强降水时空分布特性和地质灾害发育分布特征,剖析了地质灾害预警成效,结果表明:“23•7”强降水具有总量大、雨强大、历时长、范围广等特点,极端降水灾害具有群发性,地质灾害分级分类多维度预警成效显著,实现了极端天气条件下因地质灾害零伤亡的目标。研究成果可为积极防范和科学应对极端降水地质灾害提供参考。

深圳龙岗区2023年“9·7”极端特大暴雨洪涝灾害风险评估与对策

2023年9月7—8日,深圳市出现超历史纪录的极端特大暴雨,打破了深圳市1952年有气象记录以来7项历史极值,其中龙岗区暴雨中心爱联河片区3 h降雨量超100年一遇,导致城市内涝积水。以深圳龙岗区爱联河片区为例,构建城市暴雨洪涝耦合模型,对2023年“9·7”极端特大暴雨洪涝情况进行模拟,分析龙岗中心城区内涝积水情况,为揭示洪涝灾害成因和提出防治对策提供依据。

海河“23·7”流域性特大洪水北京市永定河洪水调查分析及对设计洪水的建议

受2305号台风“杜苏芮”影响,海河流域发生“23·7”流域性特大洪水,造成严重人员伤亡和财产损失。通过对北京市境内永定河全面开展降雨分析和洪水调查计算,并与设计雨量、历史洪水、实测洪水和设计洪水进行对比分析,确定永定河不同历时雨量、流量、洪量及重现期标准,结合本次暴雨洪水特点重点分析了永定河三家店至卢沟桥段洪水规律的变化情况。针对永定河防洪工程设计洪水工作中存在问题和“23·7”特大洪水实际,提出防洪工程设计洪水工作思路和建议,以期为防洪工程规划设计提供参考。

海河“23·7”流域性特大洪水大清河流域降雨时空分布特征

受2305号台风“杜苏芮”影响,海河流域发生“23·7”流域性特大洪水,暴雨中心位于大清河流域。基于大清河流域站点场次降雨数据,采用克里金插值法分析了降雨的时空分布特征。结果表明:降雨集中在48 h内,面平均降雨量过程共出现3~4次峰值,最大1 h、6 h、24 h和48 h降雨量占总降雨量的7%、23%、59%和92%;流域强降雨(1 h降雨量≥20 mm)持续了2~13 h,持续时间较长,漫水河站强降雨持续时间最长,占总降雨历时的20%;流域暴雨中心不固定,7月30日15时和17时暴雨中心位于流域西南部,其余时段暴雨中心位于流域北部、东部,7月31日24时暴雨中心在流域西南部;流域降雨空间分布不均,最大1 h、6 h和24 h降雨空间分布情况基本一致,高值区位于流域北部偏东,低值区位于流域南部,最大72 h降雨量高值区呈带状分布于流域中部。

北京“23·7”极端强降雨特征和成因分析

利用北京地区加密气象站、补盲的北京市规划和自然资源委员会雨量站、双偏振雷达、风廓线雷达、GPS水汽等观测数据和ERA5再分析数据,对北京“23·7”极端强降雨阶段性特征和成因进行了分析。结果表明:“23·7”极端强降雨累计降水量(331 mm)和单点最大降水量(1025 mm)均打破历史纪录,最大雨强(126.6 mm·h^(-1))排名历史第二位,具有显著的极端性。强降雨可分为5个阶段,其中第Ⅱ和第Ⅳ阶段降水量分别占过程累计降水量的37.1%和39.7%,第Ⅳ阶段雨强更大,对应急流更强,高温、高湿特征也更明显。地形对降雨的增幅作用显著,降水量在海拔100~300 m山区迅速增加,极大值出现在海拔约400 m的山区,第Ⅱ(第Ⅳ)阶段山区平均降水量和小时雨强分别是平原的2.1(3.0)倍和2.0(2.7)倍;第Ⅱ阶段主要为地形对急流的直接抬升,第Ⅳ阶段为地形绕流辐合和直接抬升共同作用。7月31日上午(第Ⅳ阶段)边界层急流出口区与低空急流入口区耦合导致低层上升运动增强,促使西部山前β中尺度对流系统由块状发展成线状并有γ中尺度涡旋产生,该β中尺度对流系统北上时形成短暂的列车效应,引发了西部山区8个站次100 mm·h^(-1)以上的极端短时强降水。

北京“23·7”特大暴雨对密云水库上游河道水质影响研究

2023年7月,台风“杜苏芮”导致北京市及周边地区出现灾害性天气,密云水库上游流域普降大到暴雨。针对密云水库上游河道水体,选取北京“23·7”特大暴雨前后6个监测断面、9项指标作为研究对象,分析北京“23·7”特大暴雨对密云水库上游水体水质的影响。结果表明:北京“23·7”特大暴雨过程中,密云水库上游水体水质变化趋势显著。水库上游河道水体水温呈先下降后上升趋势;暴雨中期,pH下降趋势显著,浊度上升幅度较大。暴雨期间,水体理化环境发生改变,营养盐及有机综合指标浓度呈先上涨后渐趋于平稳态势。

北京“23·7”特大暴雨洪水期间十三陵水库闸门调度分析

2023年7月29日至8月2日,受2305号台风“杜苏芮”影响,北京市遭遇历史罕见特大暴雨,全市水利工程设施面临严峻考验,十三陵水库流域也发生超标准洪水。为保障水库及下游防洪安全,水库管理处按照洪水调度方案及上级指示要求,组织专业技术人员对水库闸门进行准备检查、开闸泄洪及流量开度控制,实施了水库近25年来首次泄洪,对洪水进行科学调度。介绍了北京“23·7”特大暴雨洪水相关情况,以及十三陵水库在洪水前、洪水期间、泄洪期间的闸门运行情况,进一步对闸门运行调度进行分析。分析表明,实现及时拦洪、错峰泄洪,在成功抵御洪水中发挥了重要作用,在防汛工作中具有参考意义。

深圳市2023年“9·7”极端特大暴雨洪涝复盘模拟分析——以深圳龙华区观澜河流域为例

2023年9月7—8日,深圳市出现超历史纪录的特大暴雨,龙岗河、深圳河、观澜河等流域遭受严重洪涝灾害。以龙华区观澜河流域为例,采用洪水分析软件HydroMPM构建城市暴雨洪涝模型,对龙华区观澜河流域2023年“9·7”极端特大暴雨洪涝情况进行了模拟,分析了河道漫溢水淹及城区积水情况,为揭示洪涝灾害成因和提出防治对策提供依据。

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。

北京“23·7”公路水毁灾害分析及防治措施研究

公路作为一种重要的交通基础设施,在人类社会活动中被广泛使用,承担着公众出行和物资流通的重任。然而,由于全球变暖导致的极端天气频繁发生,尤其是汛期暴雨引发的公路水毁已成为制约社会运转和经济发展的重要因素。通过调查整理北京西部山区有关水文、气象、地质3个方面的孕灾环境资料,发现河流洪水设防标准低、降雨强度大、地质灾害物源集中是“23·7”公路水毁灾害的重要诱因。通过对公路水毁现场的实地踏勘,根据水毁发生位置和水毁结构物的不同,将公路水毁划分为路基及防护结构水毁、路面水毁、排水设施水毁、桥梁水毁、交安设施水毁5种类型,并分析了相关结构物的水毁成因,提出了完善路网规划、优化路线走向、改进设计方案、优选筑路材料、提升养护管理水平的综合防治措施。

北京市门头沟流域“23·7”特大暴雨洪水过程分析

2023年7月,京津冀地区发生历史罕见特大暴雨,造成北京门头沟区等地出现特大山洪和城市内涝灾害。门头沟流域面积仅37 km2,无常设水文监测站,给洪水分析和灾害复盘带来挑战。结合关键断面的洪水视频监控数据,通过灾后现场调查、测量,结合数字流域模型模拟等,推算得到门头沟流域7月31日最大洪峰流量为512.6 m3/s。洪峰通过期间,控制流域面积90%的中昂时代广场西北跨河桥三孔箱涵的过流能力为215.0~308.9 m3/s,远低于断面最大洪峰流量。建议下一步灾害重建时全面复核北京门头沟、房山等城区山洪沟跨沟桥梁的设计过流能力,考虑极端暴雨洪涝风险,适当提高跨沟桥涵的过流能力,避免因洪水溢流蔓延而造成严重损失。

海河“23·7”流域性特大洪水启用蓄滞洪区洪水淹没全过程卫星遥感监测分析

受2305号台风“杜苏芮”减弱低压环流和冷空气共同影响,2023年7月28日起,海河流域普降大到暴雨,局地特大暴雨,导致发生海河“23·7”流域性特大洪水。本次流域性特大洪水过程海河流域共启用了8个蓄滞洪区,基于多时相光学和雷达遥感数据,开展了启用蓄滞洪区洪水淹没全过程遥感监测分析,获取8个蓄滞洪区“启用—淹没—最大淹没—退水—全部退水”不同过程下的淹没水体范围和面积,为动态掌握蓄滞洪区淹没情况、全面了解蓄滞洪区内洪水演进过程及开展洪水演进模拟分析和水工程调度提供了真实可靠的科学数据支撑。

海河“23·7”流域性特大洪水东淀蓄滞洪区洪水演进模拟与预报

为全面支撑海河“23·7”流域性特大洪水中东淀蓄滞洪区的运用决策及预报预警,基于中国水利水电科学研究院自主研发的高性能洪水分析软件IFMS/Urban,构建了蓄滞洪区一维、二维耦合水动力学模型,利用实时监测和预报的水情数据,持续开展了东淀蓄滞洪区洪水演进模拟和滚动预报工作。实践证明,本次构建的洪水演进模型模拟预报精度较高,模拟结果跟遥感监测淹没范围和前方现场实时反馈信息吻合较好,可反映蓄滞洪区洪水演进实际过程,并能准确预测未来动态变化,及时为下游关键区域提供洪水预警,有效支撑了本次洪水防御工作。

海河“23·7”流域性特大洪水蓄滞洪区运用复盘及系统治理绿色发展的思考

2023年7—8月,受2305号台风“杜苏芮”北上与冷空气共同影响,海河流域发生“23·7”流域性特大洪水,根据海河流域各水系洪水调度方案及各蓄滞洪区运用预案,启用了小清河分洪区、兰沟洼、永定河泛区、东淀等8处国家蓄滞洪区,最大蓄洪量25.3亿m3。多数蓄滞洪区历史上就是江河洪水淹没和调蓄洪水的场所。此次蓄滞洪区运用表明,在强降雨形成的超标准洪水远超下游河道行洪能力的情况下,有计划地启用蓄滞洪区,利用蓄滞洪区缓洪、滞洪,将下泄流量控制在下游河道行洪能力以内,避免了洪水在下游大面积泛滥。本次运用再次证明了蓄滞洪区是流域防洪体系中的重要组成部分,其地位需要持续巩固加强。秉持系统治理、绿色发展的理念,提出蓄滞洪区治理路线图和有关建议。

“23·7”京津冀暴雨极端性特征及对我国城市防汛的启示

2023年7月29日至8月1日,京津冀地区出现极端强降雨过程,多地出现严重城市内涝、洪水和地质灾害,并造成重大人员伤亡。这次极端强降雨过程累计雨量大、持续时间长、影响范围广。京津冀地区4 d平均降雨量175 mm,超过平均年降水量的1/3。在全球气候变化与快速城镇化的背景下,极端暴雨对我国城市经济社会平稳运行的冲击和影响在增大。现有城市设防标准不适应气候变化下新的防汛形势,气象灾害监测预报预警能力及部门协同联动机制等仍存在短板不足,城市公众防灾避灾意识仍有欠缺。为此建议,持续加强极端降水事件对城市影响研究,提高监测、预报、预警服务能力,加强城市治理力度,增强城市防御气象灾害的“韧性”,同时应积极推动气象灾害科普宣传,不断提高极端灾害公众防御意识。