基于水文水动力学耦合的洪水预报模型研究及应用

为了提高下垫面变化剧烈流域的洪水预报精度,在传统流域水文模型的基础上耦合水动力学模型,建立水文水动力耦合洪水预报模型。首先利用水文模型获得某一断面的流量过程作为水动力学模型的边界条件;之后利用一维水动力学模型进行河道洪水演进计算,推求流域出口断面的流量过程;最后以烟台市外夹河流域为例进行验证。结果表明,所建水文水动力耦合模型模拟的产流合格率较高,流量过程与实测值吻合,在一定程度上弥补了集总式水文模型不能考虑河道内复杂水流运动的不足,因此对具有复杂水文、水力条件的流域的洪水预报具有重要的指导意义。

黄河下游河道水文水动力学泥沙数学模型研究

在水文学模型研究的基础上 ,根据对黄河下游河道输沙规律的认识 ,结合水动力学理论 ,进一步建立了流量演进、河道输沙能力、主槽糙率调整、分组沙冲淤和复式断面形态调整等复杂问题的计算方法 ,开发研制了黄河下游河道水文水动力学泥沙数学模型。经大量的实测资料验证 ,模型可以适应不同的水沙条件和河道边界条件 ,具有较高的计算精度 ,可为小浪底水库调度运用等生产研究提供可靠的计算依据。

水文-水动力学模型分析山丘区洪水风险

为了更好地分析山丘区洪水淹没风险,以界河流域为例,提出一种基于水文-水动力学模型的山丘区洪水风险分析方法;以整个流域为计算单元,局部网格加密处理,根据实测降雨洪峰数据对水文-水动力学模型进行验证,利用该模型计算不同降雨频率时洪水淹没范围,并结合层次分析法进行洪水风险分析。结果表明:50 a一遇、100 a一遇降雨频率时界河流域洪水淹没面积分别为3.22、5.04 km^(2),最大综合风险性指数分别为15.45、49.41;风险区均沿河道方向狭长分布,垂直河道方向延伸较少;模拟河道洪峰流量与实测河道洪峰流量误差小于10%,可准确模拟山丘区洪水淹没情况。

基于水文水动力模型的洪泽湖汛末蓄水策略智能优化设计

针对洪泽湖丰水年汛末蓄水中蓄水时机与蓄水方案之间、防洪目标与蓄水目标之间的双重博弈,基于水文水动力模型精细化的仿真能力及枚举蓄水策略与数值模拟相结合的思路,构建了“时-量-标”三维映射关系,将水文水动力模型与NSGA-Ⅱ多目标优化模型相耦合,提取了汛末多闸门组合下泄的最优调控规则。结果表明:丰水年湖泊防洪风险与蓄水效益之间的Pareto竞争关系较为明显,两目标可以通过置换关系相互补偿;典型丰水年2003年洪泽湖汛末蓄水策略的全局最优解为9月20日起蓄,将蓄水调度规则中13.00 m水位所对应的闸门下泄总量由1600 m^(3)/s提升至2213 m^(3)/s,在降低防洪风险的同时可减少弃水损失。

基于GIS和SWMM模型的城市内涝水文规律分析

随着全球气候变暖与国内城镇化进程加快,城市范围内的降雨特征、下垫面情况与防灾减灾能力三者原有的平衡被打破,导致城市内涝程度不断加剧,水文规律不断变化,进行城市水文规律分析的重要性日益凸显。提出的城市水文水动力学模型由4个子模型构成,分别是基于GIS的城市水文响应单元划分子模型、基于SWMM模型的城市降雨产流子模型、坡面汇流子模型和排水系统子模型,并以西宁市为例进行模拟。基于不同重现期的暴雨模拟结果,系统分析了西宁市水文规律。结果表明,2 a一遇和5 a一遇降雨的节点溢流总量占径流总量的34.2%和38.3%;西宁市管道满载主要由下游管道顶托导致,36.1%的排水分区排水能力较差。

应对极端暴雨洪水与提升防洪安全韧性研究——以太湖流域为例

为应对类似于河南省郑州市“7·20”特大暴雨可能带来的灾害风险,保障极端暴雨条件下的太湖流域防洪安全,提升流域防洪韧性,将郑州“7·20”特大暴雨移植到太湖流域,采用水文水动力学耦合模型推演现状骨干防洪工程体系(太浦河、望虞河、江南运河、沿长江、沿杭州湾等)3种洪水调度条件下,太湖流域、水利分区与城市代表站应对极端暴雨洪水的响应情况。研究表明:将暴雨中心移植至太湖流域武澄锡虞区,3天累计降雨量达398.0 mm;现状调度下北部分区代表站最高水位分别较有记录以来的历史最高水位偏高0.15~0.88 m,外圈全力排水调度下北部分区水位较历史最高水位偏高0.07~0.76 m,内外圈全力排水调度下北部分区水位较历史最高水位偏高0.03~0.28 m,无锡(大)站水位峰值将会降至5.78 m,低于江南运河无锡段现状堤顶高程。研究成果有助于提升流域、区域与城市应对超标准暴雨洪水的应急处置能力,为强化太湖流域洪涝灾害风险感知、预报预警、风险研判、调度决策、响应联动等关键环节提供技术支撑和科学依据。

太湖流域超标洪水应急调度效益评估

太湖流域水利工程众多、调度复杂,科学评估水利工程洪水调度减灾效益对流域制定工程方案、预案具有重要意义。采用太湖流域洪涝淹没仿真模型及太湖流域洪灾损失评估模型,可模拟不同情景下的流域河网水位、水量及洪水淹没情况,并根据洪水淹没特征分布,评估不同水工程调度后的洪灾损失。以太湖流域发生2020年超标洪水为背景,分别模拟了采用常规调度方案和应急调度方案两种情景下太湖流域洪涝灾害情况,评估了采用超标洪水应急调度方案在2020年洪水防御中发挥的减灾效益。结果表明:采用超标洪水应急调度方案在发挥水利工程减灾效益方面作用明显,尤其是可提高太浦河、望虞河两条太湖主要泄洪河道的排水能力,可降低太湖水位0.31 m,缩短高水位持续时间1~22 d,减少淹没面积180.1 km^(2),减少流域直接经济损失约16.2亿元。研究成果可为太湖流域洪水调度方案、预案制定工作提供参考。

湄公河-洞里萨湖河湖关系与水文情势驱动响应研究——关键科学问题与技术实现路径

湄公河与洞里萨湖河湖关系是世界上著名江湖关系的典型代表,同时受上游来流、下游潮汐、区域风浪、洪泛区调蓄等影响,水情叠加互馈效应(遭遇、倒灌、补水、漫滩、顶托、调蓄)巨大,水文过程集成度高。从河湖水文情势变化规律、河湖耦合水文水动力学模型、河湖水量交换关系及水情驱动机制3个方面阐述了湄公河-洞里萨湖河湖关系与水文情势驱动响应机理研究进展,并研究了其关键科学问题与技术实现路径。结果表明:①湄公河与洞里萨湖水文-水动力作用机理复杂且尚不明晰,成为制约湄公河和洞里萨湖综合治理的瓶颈问题;②未来亟需加强研究的重点方向主要包括构建湄公河与洞里萨湖大型连通水网水文-水动力耦合模型,精细模拟河湖水情组合叠加效应的时空量演变特征,定量揭示洞里萨湖河湖互相转换特性,理清河湖交互规律的宏微观格局,定量评估径流、潮汐、风浪遭遇组合对河湖水量交换的影响量,阐明河湖水情-水动力条件-水通量交互-湖区水文节律的驱动机制和耦合协变响应规律,以及创建河湖水量交换关系内涵变化量与洞里萨湖全区域全过程水文情势变化量的定量关系知识图谱。研究成果对丰富江湖关系内涵、指导柬埔寨洪旱灾害应对、提高水文预报精度、确保河湖健康具有极其重要的科学理论意义和实践应用价值。

平原感潮河网地区边界水闸流量计算方法

鉴于平原感潮河网地区边界水闸流量计算方法的重要性,介绍了在线监测、水文水动力学模型、水力学及多元回归法过流公式3种水闸流量计算方法,并通过计算上海市浦东新区典型闸门流量过程,提出了应根据闸门重要性、监测仪器安装条件、投入预算、流域数据信息掌握程度、技术人员能力级别等因素来选取最优的水闸流量计算方法。

城镇化背景下太湖流域湖西区汛期入湖水量计算

为研究太湖流域湖西区净入湖水量增加的成因机制,对治太工程建成前(1990—2001年)、江南运河航道升级与梅梁湖泵站及城市防洪工程建成后(2013—2018年)2个时段,采用水文水动力学模型分析代表站水位、重要控制线水量的变化,并基于知识图谱分析对洪水出路的影响。结果表明:导致湖西区净入湖水量增加的降水量增加、湖西区和武澄锡虞区沿长江净引水量增加、梅梁湖泵站与无锡城市大包围工程共同运行3项因子可使太湖年平均水位抬升0.05 m,河网代表站年平均水位抬升0.02~0.16 m,梅梁湖泵站和无锡城市大包围共同运行可显著抬升无锡(大)水位;3项因子的贡献率各占1/3,但因子之间既有协同作用,也有抑制作用,共同导致了流域与区域洪涝矛盾更加突出。

太湖流域超标特大洪水风险预警系统建设及应用

为做好超标洪水调度、保障流域防洪安全,开发建设了由基于水文水动力学耦合的超警超保风险区域预警模型与基于水文学法的洪水淹涝风险快速评估模型共同组成的超标特大洪水风险预警系统,该系统在太湖流域预报调度一体化系统中通过智能交互方式进行模型与系统的紧密集成,实现了预报调度成果的可视化。基于水利一张图的超警超保与淹涝动态展示,实现了预报产品从点到面、从常规预报到影响预测的突破,以及洪水风险由静态评估向实时快速动态分析的转变。应用结果表明:系统在2020年太湖流域性大洪水中累计发布超警超保风险提示39期、洪水淹涝风险评估4期,预测结果与实际基本一致,为科学调度防御超标洪水提供了技术支撑,避免了江苏省苏州市3万多的人员转移,有力保障了太湖流域防洪安全。

天津地区实用洪水预报方法研究

天津市地处海河流域下游,在防汛工作中天津市要承泄海河流域上游洪水、本市境内的城市排涝、农田排沥等,虽然天津市部分主要河道水库的洪水预报模型方法已经构建在《中国洪水预报系统》中,但是针对天津市具体情况应进一步完善洪水预报调度的模型方法,升级洪水预报调度软件系统,建设具有普遍适用性的水文水动力学模型二次开发平台。

蔷薇河污染模型建立与生态修复措施

蔷薇河作为连云港市饮用水源地,其水质状况直接关系到饮水安全。采用MIKE11软件建立蔷薇河水文水动力和水质模型,计算和率定蔷薇河流域污染负荷和水功能区纳污能力,分析蔷薇河流域污染特征和来源。结果表明,蔷薇河流域污染负荷量为COD 17 729 t/a、NH_3-N 1 090 t/a。蔷薇河流域污染物入河量已远超其河道自净能力,主要污染来自农村生活和畜禽养殖污水排放,以及农业生产的化肥农药流失,其中农村生活污染的总分担率高达72%。提出相应的污染治理与控制措施,完善农村污水和生活垃圾的收集处理,推广科学施肥和节水灌溉技术,发展生态农业,实施生物多样性恢复和滨岸带及河口湿地生态修复,以改善蔷薇河流域水质与生态环境。

基于UAV精细化地表数据的城市洪涝模拟与分析——以济南市海绵城市示范区为例

近年来,气候变化与快速城市化使城市洪涝风险显著增大,给城市可持续健康发展造成重大威胁,精细化城市洪涝模拟是有效开展城市洪涝风险管理的重要手段,因此,雨洪模拟结果可靠性与精细程度至关重要。本研究以济南市海绵城市示范区为例,针对研究区特殊地形地貌特征,利用无人机(UAV)倾斜摄影技术获取精细化地表信息,基于此建立水文水动力学多过程耦合模型,评估地形刻画精细程度对洪涝模拟的影响。研究表明,高精度的地形数据能更好地刻画局部洼地,而降低分辨率则会坦化地形使模拟结果偏低,网格划分尺寸也会对地形的刻画程度造成影响,进而影响模拟结果,对模型中地形、地物的精细刻画有助于准确模拟洪涝,采用DSM或不考虑围墙等地物则可能高估或低估洪涝,造成不良后果。本研究可为济南市乃至全国的城市洪涝风险精细化管理工作提供参考。

湿地生态系统模型研究进展

介绍了湿地生态系统模型概念及类型,重点分析了河流湿地、河漫滩湿地、湿地退化模型,在河流湿地中,重点讨论了水文水动力学模型、泥沙冲淤模型、河流水质模型;在沼泽及河漫滩湿地中。

基于现代高新信息技术的小流域山洪预报系统建设

小流域山洪灾害严重,监测预警预报难,进一步精准小流域山洪监测预警预报将有助于提升小流域山洪灾害综合防御能力。该文分析目前我国小流域山洪灾害特点及监测预警预报技术现状,提出基于无人机航测及倾斜摄影技术和水文-水动力学模型技术的小流域山洪预报系统,并应用于泉州梅溪小流域山洪预报系统建设中,以期为当前全国小流域山洪监测预警预报系统建设和山洪灾害防治提供参考。