利用降雨入渗产流分析原理和Nash单位线汇流方法进行排涝模数计算的研究

华北平原特别是北京地区几十年来经济建设发展,使下垫面状况发生了很大变化。本研究以不同下垫面条件下小流域降雨入渗产流规律为基础,应用Nash单位线汇流方法进行排涝模数计算的研究,提出了目前条件下排涝模数计算的解决方案,即以经验排涝模数乘以折减系数0.6～0.7后的数值,可供现今河道排涝设计时应用。

基于地形地貌资料的Nash单位线参数规律研究

为了将Nash单位线应用在无资料地区,基于DEM研究Nash单位线的参数规律.以皖南山区若干中小流域为试验流域,率定Nash单位线参数;利用Arc GIS 10.1提取的地形地貌因子和地表覆盖类型对Nash单位线参数进行回归分析和通径分析,建立基于DEM的Nash单位线参数推求公式,并进行检验.回归分析结果表明该推求公式回归效果显著,具有统计学意义;通径分析结果表明面积坡度是最根本的解释变量,对Nash单位线参数起决定作用.基于DEM的Nash单位线参数推求公式不依赖于实测资料,可在无资料山区流域推广应用.

基于Nash单位线的降雨入渗补给过程模拟研究

本文将降雨入渗补给过程概化为扣损和调蓄两个先后过程,分别用水量平衡法和Nash单位线法对扣损过程和调蓄过程进行模拟。选取安徽五道沟大型水文水资源综合实验站7个地下水位埋深从0.6 m到5.0 m的蒸渗仪资料,进行降雨入渗补给过程模拟,并分析了单位线参数随地下水位埋深的变化规律。研究结果显示,对于五道沟无作物砂姜黑土:基于Nash单位线的扣损–调蓄模型,能够较好地模拟的降雨入渗补给日过程;随着地下水位埋深的增大,非饱和带的蓄滞能力越强;非饱和带平均入渗补给滞时随地下水位埋深的增大而增大。

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。

Nash瞬时单位线推演河道汇流的完整公式

Nash瞬时单位线是基于零初始条件而得到的,没有反映河道汇流的完整过程。通过拉普拉斯变换和数学归纳,推导出了考虑初始槽蓄量退水过程的完整Nash河道汇流公式。分析讨论了公式各项的物理含义,出口断面的流量应是河槽初始槽蓄量的退水过程与上游入流演算结果的叠加,据此建立了一种具有物理概念的河道洪水演算实时校正模型,通过实例分析验证了公式的实用性和合理性。完整公式是更为一般情形下的Nash河道汇流模型,一定程度上丰富和发展了现有Nash汇流理论,并可适当提高河道洪水演算的精度。

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。

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。

基于Nash瞬时单位线法的渗透坡面汇流模拟

基于Nash瞬时单位线法,结合Horton土壤入渗经验模型,并考虑植被对降雨的截流作用,建立了渗透坡面汇流计算的数学模型。以矩形坡面为研究对象,基于其汇流时间-面积特性,结合等流时线法,推导建立了Nash瞬时单位线参数n、K的确定方法。其中,参数n的值为1.0,K的值与坡面汇流时间相等,相当于单一线性水库。应用本文建立的模型,对林地渗透坡面降雨径流进行计算,并与实测值进行比较。结果表明,计算值与实测值的变化趋势基本吻合,初步验证了本文方法的合理性。

随机理论方法在水文模拟中的应用

水文模型中的参数是对实测资料进行分析研究的基础上通过优选得到的,因此存在一定的随机性。针对模型参数的随机性问题,文章以Nash模型为基础,应用随机理论对具有随机系数的汇流计算方法进行研究。将参数k作为随机变量引入到了Nash模型中,建立了具有随机系数的汇流模型,并对模型参数分别服从正态分布和Gamma分布进的情况推导出了随机S曲线的均值和方差的一般表达式,将其应用于襄阳-皇庄的汇流计算中,得到了较好的结果。该方法能为实际应用中估计各种防洪决策提供依据。

Nash瞬时单位线法推求老凤河设计洪水

设计洪水是水文规划和水利工程建设规模论证的一项重要研究工作,文章介绍了Nash瞬时单位线法的基本原理与计算步骤,该法概念清楚,物理参数意义明确且容易推求,广泛应用于无实测资料的河道汇流及设计洪水过程线及设计洪峰流量的计算。以北京市大兴区某输变电工程电缆隧道穿越老凤河工程为例,采用Nash瞬时单位线法计算了穿河断面处设计洪水过程线及设计洪峰流量,并与已有研究成果进行对比,对比结果显示该法适用于老凤河设计洪水计算,为下一步分析河道洪水对穿河工程的防洪安全影响提供依据。

小型水电站实时调度的组合降雨来水模型

本文用拟合的Nash线建立了用于小型水电站实时调度的组合降雨──来水模型。该模型概念清楚、形成过程简单、计算速度快。与实测结果比较，模型计算结果的精度令人满意，完全适用于小型水电站的实时调度。

考虑闸坝影响的流域汇流单位线研究

闸坝工程的大量修建,严重影响了流域水文情势和水循环过程,天然状况下流域汇流单位线已无法适用.本文在传统Nash瞬时单位线将流域对洪水的调蓄视为n个线性串联水库出流的基础上,考虑闸坝工程对洪水过程推移和坦化的影响,通过添加与前n个水库不同的第n+1个虚拟水库,等效模拟闸坝工程对洪水过程的调蓄作用,提出了适用于闸坝影响下的流域汇流单位线,并应用于闸坝影响突出的淮河流域洪水预报.研究表明:相比传统Nash单位线,该方法能显著提高洪水预报精度,对洪峰流量和退水过程的模拟效果改进尤佳.本文所提出的方法发展了单位线理论,拓展了单位线适用范围,提高了闸坝工程影响下的洪水预报精度,为研究人类活动对流域水文水资源的影响提供了一种新方法.

缺资料山丘区的洪水模拟与情景分析

作为缺资料山丘区的典型代表,选择望谟县"2011-06-06"特大山洪进行模拟。地面径流采用Nash地貌单位线,地下径流采用线性水库法。Nash地貌单位线的参数由流域地形地貌特征确定,其中流速由Rodriguez提出的流速公式确定,避免了对水文资料的依赖。模拟结果表明,计算洪峰值比实测值偏小3.0%,可用于缺资料地区的洪水模拟及预报。此外,根据望谟县实测的暴雨资料,在总雨量不变的前提下,假定了3类不同雨型进行情景分析。结果表明,洪水量级和雨型有关;雨型为Ⅰ型(雨峰在前部)、Ⅲ型(雨峰在中部)的洪水量级偏大,故需对短历时和特定雨型强降雨做好预警。

城市河流排涝能力及其对新建项目区排水影响分析

小月河为北京市海淀区一条重要排涝河道。为分析小月河洪水对某新建项目区雨水排除的影响,采用Nash瞬时单位线法计算小月河不同频率设计洪水,采用水面线法推算河道各段洪水位,分析小月河排涝能力及各段河道最高水位。通过对比分析小月河洪水位与现状河道两岸地面高程及项目区下游雨水口内顶高程的关系可知,20年一遇降雨条件下,小月河现状河道能够排除包括项目区在内的流域雨洪;50年一遇降雨条件下,受下游干流洪水顶托影响,洪水最大水位超过雨水口内顶高程9cm,对项目区下游雨水排除有一定影响。结合地形进行分析发现,当流域发生50年一遇洪水,项目区西边双清路会产生积水,但最大积水深度不超过27cm,属于较低风险区。考虑到项目区所在区域地势较低,相邻区域存在内涝积水风险点,建议项目区增加排水泵,以备出口道路积水较深时应急排水,减轻暴雨积水影响。