渤、黄海天文潮—风暴潮相互作用及其对极值水位的贡献

基于Delft3D模型建立了中国渤、黄海风暴潮数值模型,选取1979—2020年影响该海域的93场风暴过程(包括台风、寒潮和温带气旋),模拟了所产生的风暴增水和风暴潮总水位。采用泊松—皮尔逊复合极值分布理论,推算了渤、黄海对应不同重现期的极值水位;通过数值试验,对天文潮—风暴潮非线性相互作用对极值水位的贡献进行了量化分析。研究结果表明,渤海的莱州湾、渤海湾,以及黄海的江华湾、西朝鲜湾风暴增水最大,其中江华湾北侧和渤海湾西南侧的百年一遇风暴增水可达4 m;天文潮—风暴潮非线性相互作用在潮差较大、水深较浅的河口、湾顶区域更为显著,与耦合模型结果相比,非线性作用使极值水位值偏小,天文潮、风暴潮增水的线性叠加可显著高估极值水位,高估的幅值可达0.5~0.8 m。考虑重现期极值水位是海岸灾害防护工程的关键设计参数之一,对海岸构筑物的安全和建造成本影响极大,应重视天文潮—风暴潮非线性相互作用对重现期水位的影响。

基于海绵城市理念的市政道路排水设计方案

为提升城市整体排水能力,防止城市内涝问题的发生,文中以某市政道路工程为例,结合海绵城市理念,提出了市政道路排水设计方案,同时对路面雨水径流量峰值、暴雨重现期影响进行了分析。结果表明,海绵城市道路路面径流量变化和未开发前情况大体接近,该设计方案可较好地控制路面雨水径流。

Morphodynamics of sandy beaches under the influence of storm sequences:Current research status and future needs

This paper reviews and discusses the current research status, trends, and future needs in the field of beach morphodynamics under the influence of storm sequences.The paper reviews how the three main research methods, field investigations, numerical modelling, and physical modelling, have been used to study beach morphodynamics during storm sequences.Available quantitative definitions of storm sequences at different sites are presented and discussed.It is shown that the definition of storm sequences is site-specific and requires knowledge of the storm climate, beach characteristics, and the temporal scale of beach recovery.Subsequently, the paper brings together currently available approaches aimed at describing the effect of storm sequences on beach erosion in a general way.The importance of storm chronology and the effects of an extreme storm within a sequence of storms are highlighted.Following that, the more poorly studied aspect of beach recovery in between storms within a sequence is discussed.Three indicators for defining beach recovery, namely the shoreline location, sediment volumes, and the beach state, are identified and compared.Finally, important research needs, including the need for detailed physical modelling, are identified.

港珠澳大桥沿线极端风暴增水特征研究

开展风暴潮作用下跨海交通设施沿线增水的特征研究,对交通工程运维期的防灾减灾和结构安全评估具有重要意义。基于1951—2020年实测台风资料,统计分析了以港珠澳大桥为中心的不同范围台风参数变化特征,发现自1951年以来,珠江口附近水域的年均台风数量、台风最大风速、台风中心最低气压趋势性变化不明显。构建了西太平洋风暴潮数学模型,计算了港珠澳大桥沿线不同区域的增水特征值,研究认为港珠澳大桥自西向东风暴增水值逐渐降低,大桥西侧珠澳人工岛处200年一遇风暴增水值为3.17 m,50年一遇为2.31 m,东侧东西人工岛处200年一遇风暴增水值约为2.30 m,50年一遇约为1.70 m。研究结果可为港珠澳大桥运维期安全评估提供技术支撑。

从市政设计角度分析城镇内涝产生的原因

随着我国城镇化快速发展,全球气候变化导致极端降雨天气增多,近年来我国城镇内涝现象频现。该文从市政设计的角度,对城镇化发展、暴雨强度预测、雨水管渠建设标准、排水系统运维管理等方面影响进行研究,并采用数据性对比,量化分析探讨城镇内涝产生的原因,同时提出治理建议,可为城镇雨水设计标准变化研究、城镇内涝原因研究、内涝治理提供参考。

1409号“威马逊”台风对铁山港海域的风暴潮增水研究

1409号"威马逊"台风是1949年以来登陆我国华南地区的最强台风。本文首先以铁山港海域的潮位站和气象站实测资料为基础,对铁山港海域的风暴增水特征进行了初步分析,结果表明:铁山港湾内最大风暴增水值要大于湾口处,通过对历史增水值进行重现期推算可知1409号台风造成的最大增水强度达到了200年一遇。台风登陆期间铁山港海域发生先减水后增水的现象,是因为铁山港海域的风向发生了转变,先是吹离岸风,后改为向岸风。然后基于MIKE21和Holland台风风场建立二维风暴潮数学模型分析了1409号台风的最大增水空间分布规律,模型结果显示地形与风暴潮增水的关系十分密切,铁山港内部湾顶位置处最大风暴增水超过了3.2 m,比铁山港口门处增加了1.2 m,因此需要格外重视铁山港湾顶处的风暴潮防灾减灾工作。

山东沿海台风暴潮数值模拟与统计分析

建立了精细化网格的渤黄海区域天文潮及台风风暴潮数学模型,对山东沿海天文潮进行了验算,得到K1,M2这两个主要分潮的振幅和迟角的均方根分别为2 cm,3 cm和5°,3°;采用Jelesnianski-II台风风场模式建立了台风风暴潮模型,并以典型台风为例,对影响山东海域的台风暴潮过程进行了数值计算,并与实测值进行了验证;基于建立的模型,模拟了1960年至2011年经过山东省沿海的33场台风暴潮过程;应用Poisson-Gumbel分布,计算了100年一遇台风暴潮增水极值。研究结果可为山东沿岸地区的防潮减灾规划设计和工程建设提供参考。

福建省沙埕港百年一遇台风风暴潮的计算

研究了福建省沙埕港风暴潮状况,根据收集的沙埕验潮站连续50 a(1956—2005)的台风过程增水资料以及西北太平洋57 a的台风资料,采用皮尔逊Ⅲ统计法和数值法分别计算了沙埕港的100 a一遇台风暴潮和100 a一遇最大台风暴潮,并得到了产生这两种台风增水的台风路径及强度等台风参数。沙埕港100 a一遇台风暴潮为198 cm,100 a一遇最大台风暴潮为243 cm,其中产生100 a一遇台风暴潮的台风移向为NW方向,移速为19 km/h,路径位于沙埕港南12 km;产生100 a一遇最大台风暴潮的台风移向为NW方向,移速为19 km/h,路径位于沙埕港南24 km。计算结果为福建沿海海洋工程项目的建设提供了重要参考依据。

城市化地区市政排水与区域排涝关系研究

城市化地区的排水系统不仅包括由市政雨水管网构成的市政排水系统,还包括原属农田排涝范畴的区域排涝系统。2种排水系统遵循不同行业规范,采用的暴雨选样方法、设计标准、频率分布模型、设计流量计算方法等各不相同。针对水利区域排涝和市政排水的特点,研究了不同暴雨选样导致的重现期的差别、频率分布模型异同,给出了采用不同暴雨选样方法重现期的衔接关系和频率分布模型的转换关系,并分析了2种排涝体系常用的推理公式法的异同性和适用性,为城市排水工程规划提供了指导。

未来海平面上升的预测及其影响

本文研究了全球气候变暖带来的海平面上升及其影响,利用海水的热膨胀原理和冰盖的质量平衡原理,得到了海平面上升的预测模型,并且运用该模型对未来50年全球海平面上升的情况进行了预测.

资料同化在渤黄海风暴潮重现期计算中的应用研究

基于渤黄海沿岸14个潮位站的历史潮位资料,同时刻同化利用WRF大气模式驱动风暴潮数值模型模拟得到沿岸2′格点的逐时风暴增水。通过烟台潮位站的同化试验以及与观测资料完整的塘沽和羊角沟潮位站进行重现期比较分析,表明最优插值法可以提高数值模拟法计算得到的重现期风暴潮位的准确度,至少是在潮位站附近同化后的重现期值是合理可信的,证实资料同化在渤黄海风暴潮重现期分析中具有良好的性能,可在大范围、高分辨率进行沿岸风暴潮重现期分析中予以采用。据此给出了渤黄海沿岸五十年一遇和百年一遇风暴潮的分析结果,以期为渤黄海沿岸今后的布局规划和堤防建设工作提供决策支持。

水利排涝与市政排水重现期的转换关系

以海口市排涝工程为例, 根据设计流量分析法, 探讨了海口市水利排涝和市政排水重现期的对应关系.结果表明, 市政排水重现期1 年对应水利排涝重现期10 年; 市政排水重现期2 年对应水利排涝重现期15-20 年; 市政排水重现期3 年对应水利排涝重现期20- 28 年; 市政排水重现期5 年对应水利排涝重现期30-40 年; 市政排水重现期10 年对应水利排涝重现期45- 70 年.据此, 结合已有成果, 最终得出了适用于其它地区水利排涝与市政排水重现期的多项式转换模型.

长历时暴雨强度公式的推求方法

近年来,随着极端暴雨事件的出现,导致城市内涝灾害频繁发生,原有降雨历时仅为2h的市政排水设计暴雨强度公式已无法满足城市暴雨设计的需求,因此就要延长暴雨采样历时,推求出长历时(24h)暴雨强度公式。针对以上问题,根据北京市提供的52a(1961-2012)原始降雨资料并进行数字化处理,结合水利的长历时特点,采用兼顾市政排水,水利排涝,内涝防治的采样方法,应用P-Ⅲ分布曲线进行频率分析后采用6种经典方法推求暴雨强度公式的参数值,优选出误差最小且满足规范要求的暴雨强度公式参数值,进而推求长历时暴雨强度公式,在此基础上与短历时暴雨强度公式比较,分析两者的差异,为城市雨水排除规划设计提供科学依据和参考。

利用风暴潮数值模式计算重现期风暴潮的一种方法

针对沿岸海洋工程重现期风暴潮计算,提出一种计算方案,利用风暴潮数值模式计算出工程点每年最大的风暴潮序列,然后利用该序列进行统计分析。通过对广东阳江市沙环案例计算分析,结果表明:该方法与传统方法相比,精度相当,但是对于无长时间序列验潮资料的工程点,特别对于附近也无长时间序列验潮资料的工程点,其重现期风暴潮的计算方法,具有很大优势,计算结果具有很好的参考价值。

基于SWMM模拟的城市内河区域雨水径流和水质分析

利用SWMM模型对城市内河典型区域(清湖周边区域)暴雨径流及水质进行模拟,考查不同重现期和不同透水面积条件下暴雨径流及水质随时间的变化关系。结果表明:随着重现期和透水面积的增大,地表的渗透能力下降,径流总量和径流峰值都增大,增长幅度逐渐减少。而且,污染物浓度,随着重现期和透水面积的增大,都呈现出前期逐渐增大,中期出现峰值,后期逐渐减小的趋势,污染物冲刷效果越明显。重现期小、城市化进程快的区域,地表渗透能力减弱,径流峰值和径流总量上升,洪涝灾害风险加大。

基于SWMM的城市雨洪模型模拟研究——以广东东莞市东城牛山汇水片区为例

为研究城市雨洪规律及城市化对雨洪的影响,指导城市防洪排涝,以SWMM为研究工具,东莞市东城牛山汇水片区为研究对象,经过汇水子流域划分、管网系统概化、参数设置调试等步骤构建了研究区域的城市雨洪模型,并应用所构建的模型对不同降雨重现期、不同城市化程度设计情境进行了模拟研究。结果显示,所构建模型可以对城市雨洪过程进行全程动态模拟;模拟发现随着重现期的增加,径流总量和洪峰流量都明显增加,且增幅逐渐减小;随着城市化的发展,降雨入渗量减少,径流量和洪峰流量增大,径流系数不断增高,洪涝灾害的风险升高,且短重现期的降雨条件下影响更明显。

汕尾风暴潮频率与海堤改造初探

通过研究1970—2005年间汕尾港遭受风暴潮袭击的程度,对汕尾港风暴潮增水情况进行分析,用Pearson-Ⅲ分布和Gumbel分布两种概率统计方法分别对汕尾港不同重现期潮位值进行推算,并以此为基础结合走访相关单位和实地踏勘收集汕尾海堤历史和现状资料、风暴潮频率和海平面变化情况等,运用海堤工程设计防潮相关标准探讨汕尾已建海堤存在的问题,并针对性地提出改造建议,为汕尾市海堤的修复加固和管理提供参考。

基于二次重现期的城市两级排涝标准衔接的设计暴雨

使用珠海市1984—2015年R_(1h)-R_(6h)、R_(1h)-R_(12h)、R_(1h)-R_(24h)3个历时暴雨组合推算排水排涝两级标准衔接的设计暴雨水平。应用阿基米德极值Copula与Kendall分布函数构建不同历时暴雨组合的联合概率分布模式。分析各历时暴雨组合的遭遇概率、"或"重现期、"且"重现期和二次重现期,以出现最大可能概率的方法推算各组合的设计暴雨值。结果表明:二次重现期所对应的累积频率更准确地代表了特定设计频率情况下不同历时暴雨组合的风险率;重现期分别为2年、3年、5年、10年、20年、50年、100年推算的二次重现期设计值介于"或"重现期和"且"重现期设计值之间,小于相应的边缘分布重现期设计值,R_(1h)-R_(6h)组合推算的设计值相对误差为3.1%~7.1%;R_(1h)-R_(12h)组合推算的设计值相对误差为3.3%~9.3%;R_(1h)-R_(24h)组合推算的设计值相对误差为3.9%~12.0%。二次重现期推算的不同历时暴雨组合的设计暴雨分位值为内涝工程的风险管理和管渠尺寸提供了优选标准和设计参考。

流量折减系数对雨水系统设计标准的影响

我国室外排水设计规范规定采用折减系数计算雨水排水设计流量,造成了设计标准和抗灾能力与国外的类似工程相比偏低.在适当假设的基础上,推求出折减系数为1和2时重现期关系的数学表达式,根据实例分析,当折减系数为1时设计重现期为1年不同时刻的设计流量相当于折减系数为2时重现期1.531～4.028年的标准;当折减系数为2时设计重现期为1年的设计流量仅相当于折减系数为1时的重现期0.690～0.393年标准.由于引入折减系数已经造成雨水排水系统设计标准实质性降低,使城市区域形成洪涝灾害的设计风险增加.

热带气旋资料长度对风暴潮危险性评估结果的影响

热带气旋历史样本数不足一直困扰着风暴潮风险评估研究,本文基于西北太平洋62a(1949-2010年)历史观测热带气旋事件集资料和用随机模拟方法构造的1 000a模拟热带气旋随机事件集,以福建省连江县为例,开展了资料长度对风暴潮灾害危险性评估结果的影响分析。文中用ADCIRC模型模拟了两种数据集强迫下的风暴潮增水,采用极值I型分布法得到了典型重现期的风暴潮增水,经过对计算结果分析发现典型重现期的风暴潮增水计算结果与所用数据资料长度有着密切相关性,数据资料越长,结果越稳定。对于1 000a一遇的风暴潮增水值,使用500a长度的资料已经趋于稳定,并接近用1 000a资料计算得到的结果。在进行风暴潮危险性评估时,相比用几十年尺度的热带气旋历史数据集,1 000a的热带气旋模拟数据集的计算结果更具实际意义。