浅谈山丘区流域汇流单位线使用经验

山丘区中小流域目前以降雨径流型预报方法为主,该方法属经验性较强的一种传统洪水预报方法,其预报分降雨产流和汇流两个部分,文中以汇流部分为重点对实例流域在以汇流单位线法为主的预报流域对其使用经验进行了分析论述,提出了特定流域在应用汇流单位线进行洪水预报时需注意的事项和应用技巧。文中所述结论具有一定的区域局限性,可为相关区域降雨径流预报工作提供参考借鉴。

基于机器学习降雨动态时空特征识别山丘区小流域洪水预报方法研究

山丘区洪水产汇流速度快,破坏力强,预报难度大。如何进一步提高山丘区洪水预报的准确性和预见期,是当前亟待解决的主要问题。针对该问题,本文基于机器学习技术,创新性地提出了一种洪水预报的新方法。该方法通过识别与当前降雨动态时空特征最相似的历史降雨洪水过程,“借古喻今”进行洪水预报。结果表明,在人为影响小、流域面积在600 km^(2)左右的山丘区小流域,该方法预报洪峰流量平均误差为8.33%,洪量平均误差为14.27%,峰现时间平均误差1 h,均达到了洪水预报精度要求。区别于传统的洪水预报方法,该方法从整场降雨发展趋势的角度上预报山洪,更有针对性,为山丘区小流域洪水预报提供了新思路,为“三道防线”数据深度挖掘,防洪“四预”智能化水平提升提供有力技术支撑。

山丘区小流域SCS广义单位线产汇流模型

以山丘区小流域洪水预报为研究对象,耦合改进后的美国农业部水土保持局(Soil Conservation Service,SCS)产流模型与广义单位线汇流模型,模型参数意义明确、容易确定。选取东江流域西枝江水系上游九洲水文站以上集水区域场次洪水资料,将SCS广义单位线模型与三水源新安江模型进行次洪模拟应用对比。结果表明:SCS广义单位线模型和新安江模型在研究流域场次洪水模拟中均具有适用性,洪峰、洪量及过程线均满足许可误差要求,两个模型的合格率分别为69%和77%,整体上新安江模型的模拟精度更优。新提出的SCS广义单位线模型结构简单,参数易于确定,能够提供可接受精度的模型结果,为山丘区小流域洪水预报提供新的模型选择,同时也能为广义单位线参数区域化规律研究提供支撑。

基于可变模糊聚类的山丘区小流域洪峰经验公式推求

山丘区小流域暴雨洪水汇流计算是山洪精准预报预警的关键之一。针对山丘区小流域暴雨洪水历时短、成灾快和小流域普遍缺乏实测资料、产汇流非线性特征明显等特点,基于考虑雨强和流域异质性的分布式地貌单位线,开展山丘区小流域单位线峰值经验公式推求的研究。选取甘肃省山丘区26774个小流域作为研究对象,采用可变模糊聚类方法对小流域单位线进行分类,分类别建立小流域特征因子与单位线峰值之间的经验公式,并进一步探讨所推求经验公式的合理性。结果表明:可变模糊聚类算法能较好地应用于分布式单位线分类,该算法的分类效果非常突出,分类后的单位线经验公式计算效果有显著提升;山丘区小流域汇流过程峰值主要受流域面积、最长汇流路径长度及其坡降的影响,分布式单位线峰值经验公式在山丘区小流域汇流计算具有广阔的应用前景。

山丘区中小流域洪水频率图编制构想和成果展望

中小流域洪水频率分析研究是开展洪水风险分析和管理的重要依据。提出了山丘区中小流域洪水频率图编制思路,综合考虑气候和下垫面条件对产汇流过程的影响,划分调整水文分区;对有流量资料的站点,结合历史实测和调查洪水资料,进行单站和区域洪水频率分析;同时结合暴雨频率分析成果,基于高精度地形地貌数据,以分布式水文模型为主,进行山丘区中小流域洪水频率分析,形成中小流域(山区沟道、中小河流)不同频率的洪水频率数据库和洪水频率图,以期为洪水灾害风险评估、早期应对提供基础支撑,促进提高洪水灾害防御水平。

山丘区小流域洪水风险模型研究及应用

一维水动力演进模型能快捷进行长河段洪水演进预报,二维演进模型能准确进行山丘区小流域水流运动的模拟,提供洪水淹没范围、淹没深度等信息。基于一维、二维演进模型的不同特点,提出基于无结构化网格划分流域计算网格的一、二维耦合山丘区小流域洪水风险分析模型。利用该模型对太平溪流域P=10%设计暴雨条件下的洪水进行模拟分析,制作该设计暴雨条件下太平溪流域的洪水风险图,并通过耦合模型分析、风险图成果利用,研究太平溪流域的洪水风险因素,提出洪水风险应对对策及措施。利用耦合模型进行洪水风险分析,将成为山丘区小流域洪水风险管理的一项重要技术支撑。

山丘区小流域SCS-Nash产汇流模型应用

气候变化和人类活动影响使得部分地区水文系列资料的一致性受到影响,从而使得这些地区逐渐变成缺资料地区或无资料地区,无资料地区水文预测(PUB)问题一直是国际水文的研究热点,而山丘区的无资料小流域PUB更是其中的难点之一。分别选取了资料条件相对丰富的江苏省北部的黑林、南部的横山水库、中田舍等3个代表性的山丘区小流域,通过考虑前期30d降雨量、增加经流曲线数(curve number,CN)分级和对SCS模型的常数项进行修正,得到适用于江苏省山丘区小流域的SCS产流模型;并将其与基于地形地貌参数的Nash汇流模型结合,构建了山丘区小流域的SCS-Nash水文模型,并选取江苏中部的中田舍小流域进行验证。结果表明:构建的SCS-Nash模型具有较好的适用性,可为研究区域小流域的PUB问题提供参考。

降雨对山丘区小流域洪峰模拟不确定性的影响

为探讨降雨对山丘区小流域洪峰模拟不确定性的影响,提高山丘区小流域洪水预报的精度,采用新安江水文模型在河南省栾川流域进行不同降雨误差输入条件下的径流模拟对比分析,并进一步探讨了不同前期土壤干湿程度条件下的降雨输入对洪峰模拟结果的影响及其变化趋势。研究结果表明:山丘区小流域洪峰模拟值的偏差随降雨输入误差的增加而增加,二者呈正相关;随着前期土壤由干到湿变化,对于相同的降雨输入误差,洪峰模拟偏差逐渐变小,且降雨输入偏大程度越大时,这种变小趋势越明显。

山丘区小流域单位线峰值经验公式推求研究

基于考虑雨强、流域下垫面异质性的分布式地貌单位线,开展无资料山丘区小流域单位线峰值经验公式推求研究。选取河南省伊河、重庆市龙河、甘肃省泾河、河北省拒马河、云南省牛栏江5个典型流域,采用成因分析结合逐步回归的方法识别影响小流域单位线峰值显著的下垫面因子,进一步构建推求单位线峰值的经验公式。结果表明,一定降雨强度下,流域面积、最长汇流路径长度及最长汇流路径坡降对小流域单位线峰值影响最为显著;由显著性因子构建的单位线峰值经验公式在所选5个典型流域计算效果非常理想,合格率均为90%以上。考虑雨强和流域下垫面异质性的分布式地貌单位线结合所推求的峰值经验公式,具有在无资料山丘区小流域进一步推广应用的潜力,研究成果可为山洪防灾减灾工作提供实际参考。

基于一二维水动力模型的山丘区小流域洪水模拟与淹没分析

我国东南沿海山丘区小流域降水充沛,山洪灾害频发。为科学指导山丘区小流域防洪减灾,以浙江省松阴溪流域遂昌县城为研究区域,构建一二维耦合水动力模型,通过"20140820"、"19930624"两场历史洪水对模型参数率定验证,模拟不同重现期设计洪水情景下的洪水淹没过程,为山丘区小流域防洪决策提出合理建议。

径流曲线数模型在湖南省山区小流域的优化与应用

径流曲线数模型(Soil Conservation Service Curve Number Model,简称SCS-CN模型)可以利用降雨资料估算径流,对水资源合理配置和山洪灾害预警具有重要意义,因为其方便计算、参数简单,而被广泛应用。目前标准SCS-CN模型在山区小流域的适用性欠佳,因此需要对模型参数进行优化以提高预测精度。本文以湖南省螺岭桥流域为例,根据实测降雨径流资料优化径流曲线数CN(Curve Number)查算表,并利用步长优化参数算法研究初损率对模型精度的影响,将优化模型的方法应用于湖南省凤凰小流域,验证该优化方法的可靠性。结果分析表明:与标准SCS-CN模型相比,优化后的SCS-CN模型效率系数NSE从0.576提升至0.813,决定系数R^(2)为0.858。将模型优化方法验证于气候地形条件相似的凤凰流域,模型NSE值提高117%。通过预测径流深与实测径流深比较,优化模型模拟精度较为理想,对湖南省山区小流域场次降雨产流预报有一定的参考意义。

基于MIKE11的山丘区小流域洪水演进模拟与分析

以历城区柳埠镇所在3个小流域为研究对象,选用MIKE11模拟软件建立了一维河道沿程洪水演进模型[1],完成了不同量级洪水的演进过程模拟与分析。拟定了五种不同的洪水模拟方案,并对不同设计方案下的洪水的演进过程进行了模拟,得出了不同量级洪水沿程水面线动态结果、各断面洪峰流量及淹没水位结果和各断面淹没水深结果。结果表明:模型对山丘区小流域洪水演进过程整体模拟效果可信,可应用于实际山丘区小流域的预警指标的计算分析中;模型模拟结果符合河道洪水演进规律,可为该地区防洪评价及预警工作提供一定的数据支撑和参考依据。

山丘区小流域水面蒸发特性实例分析

分析流域蒸散发对水文预报和区域水资源量评价都具有重要意义。限于研究条件,当前主要以研究流域水面蒸发为主,通过水面蒸发与陆面蒸发和流域总蒸发建立关系来间接推算流域整体蒸散发能力。文章以伊春市带岭区永翠河流域为例,对高海拔小流域水面蒸发的规律特征进行实例分析。具体分析了流域代表站水面蒸发量的年际、年内变化规律。利用相关要素对比法进行了资料合理性检查。流域不同口径蒸发资料的换算进行了分析,得出了20cm口径与E-601型蒸发器观测资料的换算关系,可为当地分析天然水体蒸发量和流域总蒸发提供了参考借鉴。

基于雨型的小流域雨量预警指标不确定性研究

雨型对设计洪水具有潜在影响,而设计洪峰值的精度直接影响雨量预警指标的准确度,因此有必要探究山丘区小流域雨型对雨量预警指标的不确定性影响。在小流域降雨特性分析的基础上,通过设计暴雨洪水计算、水位流量反推法确定不同雨型的雨量预警指标,分析雨型和雨量预警指标间的响应关系。以河南省裴河小流域夏湾组作为预警对象,实例结果表明:雨型对山洪灾害雨量预警指标影响较大,实际工作中需要考虑其合理性;在同一预警时段内,雨峰偏前时对应的临界雨量是雨峰偏后时的1.67倍,雨峰居中时的临界雨量是雨峰偏后时的1.39倍。雨型的合理性及其对雨量预警指标影响的定量化研究,为小流域山洪灾害预警指标分析计算提供了技术支撑和经验参考价值。

以朱家庄小流域为例的小流域设计洪水计算方法分析

在设计洪水计算过程中,山东省流域面积较大的河流一般均采用山东省综合瞬时单位线法计算,且有较详细的雨量、流量观测资料,计算方法较成熟,计算成果较精确。但无实测资料的小流域地区有山东省小型水库洪水核算办法、水文图集洪峰流量公式法等多种计算方法,计算成果无法通过实测资料验证。本文以淄博市沂源县山丘地区小流域为例,对朱家庄水文站控制断面以上流域进行不同方法的暴雨洪水分析计算并对成果进行比较,分析各计算方法的合理性及准确性,对于同类型小流域洪水计算的方法选用有一定的参考价值。

FFMS模型与HEC-HMS模型在暴雨洪水预报中的应用比较

针对小流域暴雨洪水预报难的问题,利用模块化小流域暴雨洪水预报FFMS(Flash Flood Modul Simulation System)模型和HEC-HMS(Hydrologic Engineering Center Hydrological Model System)模型,以河南栾川、韩城及辽宁郝家店、梨庇峪4个山丘区小流域为例,对比分析了4个流域的暴雨洪水预报过程,以洪峰相对误差、峰现时间误差以及纳什系数等为评价准则,比较和分析了2个模型的预报精度和适用性。实例验证结果表明:虽然2种模型均能实现小流域暴雨洪水的预报,但从3个评价准则的结果来看,FFMS模型的预报精度优于HEC-HMS模型。研究成果证明了FFMS模型在山丘区小流域暴雨洪水预报中的有效性和可行性,可以在类似山丘区小流域暴雨洪水预报中进行推广应用。