城市化背景下广东省综合单位线法的评估与修正

广东省综合单位线法作为一种在工程实践中得到广泛应用的单位线,由1983年前的雨洪资料分析综合得到,它反映了广东省城镇化之前的产汇流关系,但是目前针对其在城市化地区适用性评价与修正的研究较少。以广东省深圳市景田流域为例,基于景田水文站2011-2019年间的暴雨洪水记录资料,采用纳什效率系数、认同指数、相关系数等评价指标,对广东省综合单位线的适用性进行评价,通过Spearman秩相关系数法对重要参数进行敏感性分析,并基于拉丁超立方抽样法、约束最小二乘法等方法对广东省综合单位线法进行了修正。研究结果表明:景田流域自20世纪80年代后经历了快速的城市扩张,不透水下垫面所占比例已超过90%,广东省综合单位线法对该流域雨洪过程的刻画能力存在明显不足,提出的通过对重要参数进行率定以及对单位线进行修正两种方案都提高了模型的模拟效果。其中,针对小样本提出的基于网格搜索的交叉验证参数优化方法与约束最小二乘法的单位线修正方法,表现出良好的模拟性能,纳什效率系数、认同指数、相关系数等指标都有明显提高,较好地反映了景田流域的产汇流特性;相较于广东省综合单位线法的推荐单位线,经过修正的单位线表现出洪峰流量变大、峰现时间提前、总历时缩小的特征,更符合城市化的产汇流规律。

广义单位线在山洪模拟中的适用性分析

广义单位线把流域对净雨的调蓄作用概化为M个等效线性水库并联,为汇流计算提供了新方法。为检验其在山洪模拟中的适用性,在淮河、长江选取4个小支流共56场典型洪水作为研究对象,与Nash单位线法对比分析暴雨洪水过程。结果表明:两种方法的模拟精度均达到了乙级精度要求标准,但从评价指标来看,广义单位线法的平均纳什效率系数、峰现时间及其合格率(0.79、0.90h、98.30%)优于Nash单位线法(0.75、1.09h、94.34%)。广义单位线综合了流域地形地貌特征,可以更好地表征流域汇流特性,适用性较强,为国内山洪灾害预警预报提供了新思路。

分布式坦化单位线的流域汇流研究

单位线是中小流域汇流计算的常用方法,现有综合单位线法存在无法考虑降雨时空分布不均性和下垫面异质性的问题,导致预报精度欠佳;此外,传统分布式单位线计算过程复杂,且需要大量数据,限制了其在中小流域的应用。为此,本文引入分布式单位线概念,综合考虑洪水传播时间和洪峰滞时,提出了基于流域初始单位线的分布式坦化流域汇流模型,该模型通过推求一系列坦化单位线,为各雨量站适配不同的分布式单位线,进而计算流域出口断面的洪水过程。研究以梅州流域尖山水文站点以上流域为例,基于21个雨量站点实测降雨数据,构建了分布式坦化单位线汇流模型,采用洪峰相对误差、峰现时间误差、确定性系数等指标进行模型适用性评价,并与现有综合单位线法进行了比较分析,实例研究表明所提方法的洪峰相对误差、峰现时间误差小于综合单位线法,确定性系数明显提升,整体上分布式坦化单位线法预报结果优于现有综合单位线法。所提方法简化了现有分布式单位线推求步骤,提高了洪水预报精度,易于在中小流域进行推广。

论广东省综合单位线的基本原理和适用条件

广东省综合单位线是以纳希瞬时单位线为基础,汲取国内外实践经验,经概化处理后的无因次单位线。其特点是对纵坐标流量的概化,不用标准概化线的做法,既考虑了时段单位线的上涨历时,又考虑了洪水总量,优点是充分考虑了流域的调蓄作用。对推理公式法推求的设计洪水比综合单位线法所得结果偏小的原因进行了分析,认为在平原河网地区,采用综合单位线法比较合理。

流域汇流瞬时单位线法中因次问题的商榷

根据流域汇流瞬时单位线法的基本原理与概念,分析了瞬时单位线、S曲线、时段单位线的因次或单位问题,以及由时段单位线转换为实用单位线的实质。认为:以往对于由瞬时单位线转换的时段单位线是"无因次"的提法是不妥的,它应该具有流量的单位,即m3/s。

无资料地区Nash瞬时单位线参数推求方法探究

Nash瞬时单位线在洪水预报中应用广泛,但易受实测资料限制,为推广其在无资料地区的应用,采用文献分析和统计方法分析其在我国中小流域的历史参数取值,总结其参数规律,针对应用较多的长江流域做重点分析,将推求规律应用于黄河、长江和淮河的四个中小流域,并选取MFPM模型进行检验,四个流域的NES均大于0.75,结果表明该规律满足实践要求且具有统计学意义,推求公式应用不依赖于实测降雨径流资料,可在无资料地区进行推广。

瞬时单位线法进行流域汇流计算的改进

在利用瞬时单位线法进行流域地面净雨的汇流计算时,传统上是先将基本单位线转换成10 mm的实用单位线,然后再进行汇流计算。实际上,可以直接改用基本单位线进行地面净雨的汇流计算,这种改进,既方便又可靠。

基于地貌单位线汇流的新安江模型在洛阳河流域中的应用

针对无资料地区的洪水预报和设计洪水计算常受到降雨流量等资料制约的问题,以洛阳河流域无资料地区为例,通过DEM数据提取洛阳河流域霍顿地貌参数,计算洛阳河流域地貌单位线,从而建立起流域汇流与地貌参数之间的响应关系,并采用三层蒸散发和蓄满产流模型,构建基于地貌单位线汇流的新安江模型,同时结合遗传算法和客观优选法思路对洛阳河流域洪水进行模拟演算,并与传统的新安江模型结果进行对比分析。结果表明,基于地貌单位线汇流的新安江模型能取得较理想的模拟结果,可为中小河流无资料地区的水文分析计算提供可靠的技术支撑。

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。

变动单位线与纳西瞬时单位线在洪水预报中的应用

针对洪水预报中采用不同的地面汇流方式影响预报精度的问题,将变动单位线与纳西瞬时单位线法分别应用于湖南省嘉禾子流域的地面汇流部分,采用遗传算法优选产汇流参数,并比较了两种方法的汇流结果。结果表明,采用变动单位线法的建模结果优于纳西瞬时单位线法的建模结果。

广东省改进综合单位线法洪峰流量计算方法研究

以广东省中小流域设计洪峰流量计算为研究对象,提出一种基于广东省综合单位线的改进的综合单位线法:结合现行三角形单位线模型特点和广东省综合单位线差值平方和最小简化分析结果,建立改进的综合单位线;确定上涨历时、基期和峰值计算公式;借鉴影响线加载原理,将净雨系列在改进的综合单位线上加载推求设计流量。研究结果表明:改进的综合单位线法理论依据充分,计算过程易于掌握,实例分析结果与广东省综合单位线法和推理公式法计算结果吻合,进一步验证后可在全省推广应用。

基于单位线法的城市降水径流预测方法

为提高城市降水径流短期预测和长期预测的精度,降低预测结果的绝对误差和相对误差,引入单位线法,开展对其预测方法的设计研究。为提供更可靠的预测依据,对城市流域河网水系信息进行提取,确定影响城市降水径流的各个因素;利用单位线法对城市降水径流过程进行数学描述,并完成对城市降水量的计算;引入GA-BP神经网络模型实现对城市年降水径流的预测。通过对比实验的方式,将新的预测方法与基于SCS-CN模型的预测方法应用到相同实验环境中,对同一城市降水径流进行预测。从实验结果得出,新的预测方法无论是短期预测还是长期预测,其预测精度均高于基于SCS-CN模型的预测方法,具有更高的应用价值。

基于DEM的地貌单位线在汉江上游洪水预报中的应用

汉江上游部分中小河流由于缺少长期实测水文资料,难以利用传统的单位线进行汇流计算。因此,提出一种基于DEM的地貌单位线方法,该方法以30 m×30 m分辨率的DEM为原始数据,采用ARCGIS提取流域水系及地貌特征参数,推导地貌单位线,进而构建流域汇流模型。以汉江上游鄂坪水库为例,挑选2020年和2021年汛期4场较为典型的洪水过程,对该流域“蓄满产流+地貌单位线”预报模型模拟效果进行验证。结果表明:基于DEM的地貌单位线在鄂坪水电站入库洪水预报中效果较好,可在汛期为水库防洪调度提供依据,同时可为汉江上游缺资料中小河流的洪水预报汇流计算提供参考。

瞬时单位线在明江那堪站洪水预报中的实践

明江那堪镇河段受强降雨影响,易造成明江上游水位汛速上涨,因此该断面洪水预报工作是否及时有效,直接决定着当地防汛工作的决策部署。那堪站作为明江上游水文站,无实测流量资料,仅通过现有的区间雨量数据来建立蓄满产流模型,难度较大。瞬时单位线法通过给定流域单位净雨量过程计算出口断面产汇流过程,一旦建立起对应的预报模型,就能快速推算出流量过程,是解决无实测流量资料断面洪水水量计算的有效方法,此法也适用于一些跨界河流断面预报工作。以那堪水文站为例,运用瞬时单位线法构建洪水预报方案,经成果检验,该方法对于无资料上游断面及跨界河流洪水预报工作具有参考作用。

基于DEM的地貌单位线在山丘区中小河流洪水预报中的应用

中小河流因暴雨洪水的突发性、陡涨陡落、极易造成灾害损失等特性,又因水文资料缺乏难以建立常规洪水预报方案,成为各级防汛部门洪水灾害防御的难点。文章针对中小河流暴雨洪水特点,基于DEM数据提取地貌单位线,根据地貌单位线汇流计算原理,构建小流域地貌单位线洪水预报模型。根据实例分析,该方法对南充市山丘区中小河流的洪水预报有较好的适用性。

基于新推理公示法和单位线法大隆洞河洪水设计分析

当前,洪水设计方法多数研究采用的是推理公式法,但少有研究将新推理公式法和单位线法进行比较分析。因此,本文以大隆洞河为例,对比分析了新推理公式法和单位线法P=2%、P=3.3%、P=5%、P=10%、P=20%共5种频率的设计洪水,得出了洪水设计洪水过程线和降雨量频率曲线图,研究成果可为相关工程提供参考。

模式单位线的推求与应用

单位线与之对应的影响因素，构成了一个模式单位线。模式单位线是由选择的历史洪水经过聚类，然后由同类型洪水推求出来的，因而提高了单位线的代表性。单位线用曲线分段拟合，简化了推求和修改中设试过程，便于计算机实现。文中以柴河水库为背景，对此法进行了详细说明，并用实际洪水过程进行了试报，表明了此法的可行性。

基于曲线拟合单位线法的桥梁水害预测

以传统的流量单位线法为基础,提出一种曲线拟合单位线法的桥梁水害预测新方法。此方法可通过雨量和实测水位,拟合出以水位和时间为记录对象的单位线,可利用计算出的水位单位线推求桥址处洪峰到达的时间。通过实例证明,该方法可用于既有中小桥的水害预测,对桥梁水害预防提供参考。

遗传算法在估计瞬时单位线参数中的应用

以m atlab为平台,应用遗传算法和m atlab工具箱中的统计函数,通过求解还原洪水过程与实测洪水过程之差绝对值的加权之和最小化问题来优化估计瞬时单位线的参数,避免了用近似公式法求解带来的方法误差.实例研究表明该方法是有效的,其精度明显高于矩法,也较近似公式法高.

基于分数瞬时单位线的流域汇流模型研究

Nash瞬时单位线反映了流域汇流的短程记忆特性,水流的运动过程往往具有历史依赖性和路径依赖性,表现为长记忆性,而分数阶微积分非常适合刻画具有记忆和遗传性质的过程。将Nash汇流系统中微分方程的阶次由整数阶扩展为分数阶,借助拉普拉斯变换得出了分数瞬时单位线,用于描述流域汇流的长程记忆性;并选取可以忽略产流误差影响的试验数据对分数瞬时单位线进行验证后,进一步将分数瞬时单位线应用于新安江模型的地表产流计算。结果表明:该模型可以在一定程度上提高高水部分的模拟效果,从而提高整体的模拟精度,但可能受产流误差的影响,洪峰和径流总量的模拟效果并没有得到明显改善。