基于圩区产流与调蓄的大型平原河网水文水动力耦合模型研究

构建可靠的水文水动力模型是减轻平原河网洪涝灾害的必要手段。以太湖流域杭嘉湖区为例,采用MIKE11和ArcGIS,通过河网概化、集水区划分、圩区内外独立的产汇流计算和调蓄分析等环节构建了杭嘉湖平原河网水文水动力耦合模型,选用“菲特”和“烟花”台风实测洪水数据验证了模型可行性。结果显示,模拟水位与实测水位绝对值相差0.01~0.09 m,水量结果误差为5.4%,表明模型准确可靠。本模型可为该地区防洪调度、工程规模论证等相关工作提供技术支撑,也可为相似地区水文水动力耦合模型的构建提供理论指导。

城市洪涝模型及CPU-GPU异构并行计算技术研究进展

在全球气候变暖和城市化背景下,城市洪涝问题日益严峻。为尽可能减少城市洪涝灾害造成的损失,提高城市对突发性强降雨事件的应急处理水平,开展城市洪涝数值模拟技术研究具有十分重要的意义。本文从城市洪涝精细化和高效模拟角度出发,综述了城市洪涝模型、CPU-GPU异构并行计算的研究进展,系统总结了产汇流模型、一维河道管网模型、二维地表模型、耦合模型、快速城市洪涝模型的构建方法和CPU-GPU异构并行计算的关键技术。针对当前城市洪涝模型研究中的不足之处,需要开展城市洪涝过程全物理机制模拟研究,深入分析全水动力城市洪涝模型的适用性、模拟精度和计算效率;还需基于异构并行计算技术,实现城市洪涝模型一维河道管网、二维地表淹没的快速模拟,为城市暴雨洪涝精细化与高效模拟奠定基础。

中国城市洪涝问题及成因分析

随着经济社会的发展,中国步入城镇化快速发展的阶段,城镇化率已由2000年的36.22%增加到2014年的54.77%。在全球气候变化与快速城镇化背景下,中国城市洪涝灾害日益严重。阐述了全球气候变化及城镇化对城市降水和极端暴雨的影响机制,并从流域产汇流角度分析了城镇化对洪水过程的影响,系统剖析了中国城市洪涝频发的主要原因。在成因分析的基础上,进一步提出了中国城市洪涝防治的应对策略,主要包括:1以低影响开发理念为指导,加强城市基础设施建设,建设海绵城市;2建立城市洪涝立体监测、预报预警和实时调度系统,强化城市洪涝科学决策能力;3健全和完善城市洪涝应急预案,强化应急管理能力,完善灾害救助和恢复机制。

论城市排水防涝工程水文问题

排水防涝工程是防治和减轻城市洪涝灾害的重要设施,其建设规模主要受到工程寿命期内雨洪变化规律、社会经济发展水平的制约。论述了城市雨洪变化的特点、洪涝灾害的成因和不同类型工程措施的防灾、减灾原理;阐述了致灾率、设计标准等概念;提出了城市排水防涝工程规划、设计中的水文计算任务;讨论了城市设计暴雨所涉及的暴雨强度公式、设计暴雨雨型等问题以及由设计暴雨确定设计洪水的原理和方法。

宁夏引黄灌区耗水量及水均衡模拟

在系统地分析和总结以前有关研究成果的基础上,通过搜集和整理大量的试验观测资料,研究了宁夏不同地区地下水浅水埋深条件下的产汇流规律。由于引黄灌区受到引黄灌溉的人类活动影响十分激烈,大量的引黄水量使灌区形成了类似于江南的自然景观和下垫面条件,其产汇流规律与所处的干旱半干旱地区的一般性规律相差甚远,而与湿润半湿润地区基本相同。利用灌区引黄耗水量与引黄灌区降水量系列资料进行统计和分析的结果表明,灌区引黄耗水量与灌区降水量之间呈显著的负相关关系,说明降水量对灌区引黄灌溉水量的有效利用和无效蒸发产生较大的影响作用。然后根据灌区作物生育过程需水、耗水机理和灌区的水循环规律,建立起基于灌溉动态需水量计算的灌区水均衡模型,对宁夏引扬黄灌区的引水、耗水、排水进行了系统分析和精确计算。最后以1995年为现状年计算了在75%降水频率条件下,灌区的农业总引水量为80 51×108m3,总耗水量为39 41×108m3,其中耗用黄河干流的水量为32 31×108m3,为正确地分析和研究确定引黄灌区的总耗水量和直接耗用的黄河水量提供了依据。

中国中小河流气候和下垫面与产汇流过程关系研究

构建340个中小河流域80个气候和下垫面因子,探讨了水文模型模拟效率对环境因子的敏感性,分析了产汇流因子与环境因子的相互关系。结果如下:①同类型气候和下垫面因子存在显著相关,不同类型环境因子相关系数相对较低;中国中小河流域大致可分为南方地区,北方地区和西北地区;②将环境因子分类进行主成分分析的方差解释率显著增加,气候、植被和土地利用、土壤、地形的流域分类效果较好,地貌和地质、人类活动和流域形态的分类效果不理想;③GR4J模型在中国河流的适用性良好,模型效率显著相关的因子主要集中在气候、植被和土壤,其中影响最大的气候和下垫面因子为干燥度、黏土含量和叶面积指数;④水文模型参数中,产流水库容量影响因素包括气候、地貌、土壤、地形、人类活动和流域形态;地下水交换系数影响因子为地貌和地质、地形、人类活动;汇流水库容量影响因子主要有植被、土壤、地貌和流域形态;单位线汇流时间的影响因素集中在气候、土壤和流域形态。

平原城市雨洪过程模拟

本文提出一个适合平原城市水文过程模拟的数学模型，由产流、坡面汇流、管网汇流、河网汇流４个子模型组成．对北京市太平湖排水小区雨洪过程模拟验证表明，结果是可靠和合理的．

成都市某区暴雨径流过程模拟分析

为提高城市雨洪管理的效率,最大限度地减少暴雨洪水带来的危害,针对城市防洪排涝的需要,在分析成都市某区降雨径流规律后,建立了该区暴雨径流模拟的数学模型,有助于采取相应措施充分利用雨洪资源。通过对雨洪过程模拟验证表明,模型适合该区域的实际情况,具有一定的合理性和可靠性。

随机产汇流理论

引入随机理论,将流域上一场具有一定时空分布的降雨视作无穷多雨滴之集合。流域上任一位置雨水的下渗、蒸散发,以及向流域出口断面的汇集,用水动力学处理;呈时空分布的无穷多雨滴的集体表现,即流域产流量的形成和流域出口断面流量的形成,则用概率论处理。从而同时考虑了降雨空间分布不均和下垫面条件空间变异对流域产流的影响,也揭示了流域瞬时单位线的物理本质,阐明了倍比性和叠加性是净雨空间分布均匀条件下流域汇流的本质特性。最后提出了一个确定流域汇流速度空间分布的方法。

半湿润地区洪水预报模型研究及应用

针对半湿润地区建立了流域非线性产流、汇流模型以及流域洪水实时预报校正方法,并将研制的模型应用于陆浑水库流域洪水预报,取得了较为满意的预报效果。

基于径流形成原理的若干洪水预报理论述评

对基于径流形成原理的洪水预报理论的近代研究成就作了较为系统的述评,并对其未来的发展作了一定的预示.

从产流过程分析下凹式绿地对城市雨水径流和汇流的影响

建立产流模型,针对北京市不同降雨频率不同硬化绿化比例面积,分析计算了下凹式绿地关于拦蓄雨水径流、补充地下水、滞后汇流的影响,得出下凹式绿地能有效地拦蓄雨水径流和补充地下水,并使汇流明显滞后。

滁河流域洪水计算模型探讨

本文采用水文学和水力学相结合的途径,建立了滁河流域洪水计算模型,并率定了模型参数。在多支流河道洪水演算方法的研制中,本文建议用虚设单元河段法考虑支流交汇、分洪蓄洪和堰闸控制对洪水波运动的影响。本模型计算方便,精度令人满意。本文提出的建模思想具有较好的通用性。

季节冻土区地下水观测成果在流域产汇流理论研究中的应用述评

将山坡水文学产流机制——超渗地面径流、饱和地面径流、壤中径流和地下径流等成分的产流机制,概括为界面(不透水层)产流机制。介绍季节冻土区近地表地下水若干创新的观测成果,综述其在季节冻土区流域产汇流理论研究领域中的应用,建议水利、农业、气象、林业、地质等部门在季节冻土区近地表地下水观测方面通力合作。可以预期,季节冻土区近地表地下水观测成果在产汇流理论研究以及流域水文模型研制中得到进一步的应用。

崇陵流域土石山区坡面优先流发育路径研究

大孔隙优先流对山坡产汇流过程有重要影响。为摸清太行山土石山坡不同坡位点(坡顶、坡中上、坡中、坡中下、坡脚)的大孔隙优先流发育路径规律,以崇陵流域的典型山坡为研究对象,采用亮蓝染色剂开展了野外双环入渗染色剂示踪试验,并从水平方向与垂直方向对比分析大孔隙优先流发育路径。结果表明:(1)从坡顶到坡脚,垂直方向优先流发育减弱,水平方向优先流增强。(2)坡中以下,大孔隙优先流水平发育明显;而坡中以上,垂直方向优先流发育明显,水平方向大孔隙优先流鲜有发育。(3)崇陵流域土山区坡面表层深度20 cm以上很少出现水平方向的优先流侧向补给,为垂直向下的活塞式下渗方式。20 cm以下开始出现水平方向的大孔隙优先流,30~70 cm为优先流发育显著区。以上结论可以为基于优先流的山坡产汇流模拟提供参考。

水文巡测后流量测验资料对小流域产汇流参数的影响分析

水文巡测是当前水文资料采集的手段和方式之一,是传统水文向现代水文转变的重要标志。水文巡测技术方案的制定对小流域产汇流参数是否存在影响,影响有多大,同样具有一定的研究价值。采用流量巡测资料前、后平行对比分析和随机生成技术的方法对湖南省株洲水文巡测队3个小河站产汇流参数的影响进行了研究,其结果有一定的代表性。

喀斯特峰丛洼地(谷地)流域产汇流特性分析

本文首先从地貌形态结构对喀斯特峰丛洼地(谷地)流域的产流及汇流机制进行了研究,然后结合喀斯特流域结构的水文特点,提出了喀斯特峰丛洼地(谷地)流域的产流量计算模式和地貌水文汇流模型。

二维水流数学模型区产流、汇流问题的探讨

目前,二维水流数学模型已得到普遍应用,但模型区的产流、汇流问题考虑较少。通过南水北调中线工程总干渠左岸串流区二维水流模拟计算,针对水面区和陆面区不同情况对模型区的产流、汇流问题进行了分析研究,在二维水动力学数学模型的基础上建立了串流区水文、水力学模型,提出了处理模型区产流、汇流问题的一套行之有效的方法。

SWMM子汇水区产汇流水文概念模型及参数赋值研究

雨洪管理模型(SWMM)是广泛应用的城市雨水模拟和分析软件,子汇水区是SWMM模型中基本计算单元.通过分析总结SWMM模型的降雨径流水文概念模型、子汇水区产流模型和汇流模型,结合模型原理,提出参数赋值建议,并针对子汇水区宽度初步赋值方法存在的问题,提出以地表漫流长度作为计算子汇水区宽度的基础方法,根据子汇水区最大集水距离加权计算地表漫流长度,并对加权计算的结果进行了对比.

CRFPDP模型在荆江河段的应用

长江荆江河段共有７个预报站：枝城、沙市、新厂、石首、监利、城陵矶、螺山站。其中螺山站，新厂站需要预报流量，除新厂站以外其余各站，均以水位作为预报对象。对上述７站ＣＲＦＰＤＰ预报模型参数进行了率．定，同时还研制了ＣＲＦＰＤＰ模型汇流部分的通用运行程序以安装到洪水预报系统中使用。