数字孪生永定河建设实践

数字孪生永定河建设是流域治理管理现代化的主要标志。围绕永定河生态修复与治理,构建数字孪生永定河,建设水利感知、数据底板、模型平台、知识平台、业务应用等内容,相关成果应用于永定河全年全线有水的生态水量调度与海河“23·7”流域性特大洪水的防洪调度,取得了初步成效。建议下一步从完善数据底板、完善防洪模型、提升防洪“四预”能力、提升水资源调度“四预”能力等方面加强数字孪生永定河建设,助力流域治理管理现代化。

基于水动力学模型的城区防洪能力评估研究

城区河道现状防洪能力的准确评估是保障城市防洪安全的基础。过去针对单一河道现状防洪能力评估的研究较多,而对于多河汇聚洪水交互复杂区域的河道防洪能力研究相对较少。金堂县城素有“千里沱江第一城”之称,却也是沱江流域受洪水威胁最严重的地区。本文针对金堂县城区“三河汇一江”的复杂交互关系,构建一二维耦合洪水分析模型,利用典型场次洪水对模型进行了率定和验证,并从河道现状堤防防洪能力、城区整体过流能力、跨河建筑物现状防洪能力等多方面开展了金堂县城区现状防洪能力评估。结果表明:构建的一二维耦合模型具有较高的模拟精度,3场典型洪水中沱江干流三皇庙水文站模拟洪峰误差均在1%以内,峰现时间误差均在1.5 h以内;城区模拟淹没范围基本与实际调查一致,模拟最大淹没水深基本与实测洪痕相符,大部分点位的模拟最大淹没水深误差在0.2 m以内;城区现有堤防防洪标准低,大部分仅满足5~10年一遇,局部薄弱段不足5年一遇;城区整体过流能力受上游洪水遭遇组合影响,三河相互顶托明显;城区多座跨河建筑物防洪能力不足20年一遇防洪标准,其中平安桥、毗河大桥分别不足5年、10年一遇防洪标准。

小型水库预报预警系统研发与应用

针对小型水库洪水预报预警研究不足问题,以构建的分布式水文模型、缺资料地区参数移植技术,以及小型水库防洪预警方式与指标体系、预警方案编制等为支撑,利用Java语言、Vue技术、ElementUI组件、EChart组件、Spring Boot、JSON数据交互等技术,设计开发了一套基于B/S架构的标准化、通用型小型水库预报预警系统。介绍了系统的设计模式及功能结构,阐述了基础信息展示、洪水预报、防洪调度、洪水预警、数据管理、基础空间地理分析等主要系统模块的设计,以及系统开发关键技术。以在安徽省的应用为例,展示了系统具备的可靠性、灵活性与实用性。

北江流域“2022·6·22”暴雨洪水分析

2022年6月19日,北江流域发生“2022年第2号洪水”,为1915年以来最大的洪水。为提高对北江流域暴雨洪水特性的认识,采用定性与定量相结合的方法对该场洪水的雨水工情进行研究。分析暴雨中心、洪水量级、洪水传播时间等特征,并与历史暴雨洪水进行对比。借助种子蔓延算法比较“理想凑泄”和“经验控泄”调度方案的调控效果,同时考虑水库动库容效应进行调洪演算。结果表明:造成本次洪水灾害的主要原因是累计雨量大、降雨强度大以及暴雨区域集中;根据“理想凑泄”规则调度飞来峡水库取得了显著效果,但需要考虑水库动库容的影响。研究成果可为北江流域防洪减灾以及制定调度规则等提供支持。

新阶段完善海河流域防洪工程体系的思考

海河流域水系复杂,暴雨洪水集中,极易形成洪水灾害,防洪任务重。文章回顾了海河流域防洪工程体系建设成就,分析了京津冀协同发展、雄安新区建设等国家重大战略的实施以及水利高质量发展、应对气候变化对流域防洪减灾能力提出的新要求,结合“23·7”流域性特大洪水等近年来洪水防御情况,全面检视了流域防洪工程体系存在的突出短板和薄弱环节,提出了完善流域防洪工程体系的思路举措。

都市防洪堤加高工程对滨水建设用地的影响分析

为有效选择提高防洪标准的合理方式,从建设用地价值角度选取交通条件、基本设施、环境状况、城市规划4个因素,利用德尔菲法、层次分析法、中心点三角白化权函数法及模糊综合评价法,构建了都市防洪堤加高工程对滨水建设用地影响评估模型,分析了都市域内防洪堤加高工程对滨水建设用地的影响,并针对Y市防洪堤加高工程进行了实证分析。结果表明,都市防洪堤加高工程对滨水建设用地会产生一定的不利影响,建议优化防洪堤加高方案,或选择外围工程方案,并确立完善的非工程措施。

沿江城市降雨特性及雨洪关系分析——以四川泸州市为例

沿江城市气候多变,外洪和内涝之间关系复杂,相互影响、相互制约,洪涝统筹是沿江城市面临的最主要问题。分析掌握沿江城市的暴雨、洪水特征,可提前预测不同降雨条件下河道洪水的特性及其对城区排涝的影响,对于城市防洪系统和排涝系统统筹兼顾、合理规划、洪涝预报预警,都具有重要意义。以四川泸州市为例,对暴雨时空分布特征、洪水特征规律等进行了分析探讨,以期为新形势下沿江城市防洪减灾体系建设提供参考。

城市内涝风险影响评估关键技术研究与实践

在全球气候变化和极端降雨频发的背景下,结合城市体检工作开展排水防涝系统评估十分必要.本研究利用地理国情普查等国土空间多源数据,针对排水防涝系统中的内涝风险等级评估、积水影响评估和内涝经济损失评估等技术建立了评估分析方法和模型,并将其在北京市S地区进行了实践应用,佐证了方法的准确性和可靠性.本文的评估方法可以作为城市体检中的重要技术手段进行推广应用,其评估结果可以反馈国土空间规划,指导城市建设.

基于大语言模型辅助的防洪调度规则标签设计方法

防洪调度规则的信息抽取对于防洪调度自动化具有重要意义,而标签体系设计在信息抽取任务中至关重要。一般的设计方式经常由于理解偏差和疏漏,导致设计出来的标签体系存在过度概括、不全面和不易区分等问题,这些问题被称为标签体系的非完美性。针对这一问题,本研究重点面向防洪调度文本中的规则抽取,提出了一种创新性的非完美标签优化方法,旨在改进文本信息抽取的标签设计方法。方法利用大语言模型进行辅助,通过标签细化、标签生成和标签更名等措施,来提高标签的准确性和表达能力。此外,本文还提出了一种针对数据集标签较多的实体关系三元组分组抽取方法。通过对实体关系三元组进行分组,并按照分组训练模型与识别结果,有效改善了数据集标签较多情况下模型的信息抽取效果。最终,研究利用Neo4j形成了可视化的防洪调度知识图谱。本文研究成果为后续的防洪调度工作以及相关的知识抽取工作提供了基础资源,对防洪调度领域的知识抽取进行了探索。

城市洪涝治理与韧性城市建设:变革、创新与启示

我国城市洪涝治理经历了从工程措施到工程与非工程措施并举,从洪涝分治到洪涝统筹,从城市局部治理到流域系统治理的重大转变。特别是海绵城市和韧性城市理念的引入,显著提升了城市洪涝治理水平,促进了城市可持续发展。经过多年探索与实践,我国在技术应用、政策管理、公众与社会参与等方面取得了显著进展,城市洪涝模拟与风险评估取得重要成果,监测感知系统日趋完善,预报预警技术取得突破,应用场景更加广泛;跨部门协作与联动机制、政府与社会资本合作模式的提出,高效信息传播机制和公众参与程度的加强,均显著增强了城市应对洪涝灾害的能力,为防洪减灾工作提供了有力支撑。借助北斗卫星、激光雷达、物联网、人工智能、大数据等先进技术,我国持续推进数字孪生流域、国家水网与区域水网建设,为洪涝治理和水利高质量发展提供了重要支撑。今后,城市洪涝治理将继续朝着系统化、智能化、生态化方向发展,面对新时代的机遇与挑战,应结合海绵城市与韧性城市建设,坚持系统治理、坚守底线思维、坚持创新发展,通过全局性谋划和整体性推动,不断提升水旱灾害防御水平和水安全保障能力。

城市曲面应急防洪屏结构优化研究

研发新型防洪抢险装备,对于防御城市洪涝灾害,保障城市生命线安全具有重要的意义。采用数值仿真模拟的方法,分析了城市曲面应急防洪屏(以下简称“防洪屏”)曲面拱度对结构受力特性的影响,进一步对防洪屏的结构体型进行了优化研究。结果表明:在同一挡水工况下,随着曲面拱度的增大,防洪屏在同一挡水条件下,所承受的应力逐渐减小,变形明显改善;根据计算结果提出了优化方案,优化的新体型防洪屏在水深小于0.8 m,流速小于1.0 m/s挡水工况下,结构最大应力小于材料特性指标安全极限阈值,满足挡水安全稳定要求,可以作为定型装备推广应用。研究成果为城市曲面应急防洪屏的优化设计提供了重要参考依据。

新阶段海河流域防洪重点内容与举措思路

海河流域水系复杂、暴雨洪水集中,极易形成洪涝灾害,防洪任务重。回顾了2008年海河流域防洪规划实施情况,分析了京津冀协同发展、雄安新区建设等国家重大战略的实施以及水利高质量发展、防灾减灾救灾新理念、应对气候变化对流域防洪减灾能力提出的新要求,全面梳理了本次防洪规划的重难点问题,提出了完善流域防洪体系的思路举措。

太湖流域防洪新形势及治理对策

太湖流域是我国经济最发达、人口最密集、城市化程度最高的地区之一,也是洪涝灾害威胁较为严重的地区。近20多年来,流域经济社会高速发展,下垫面剧烈变化,导致区域河网水位大幅度抬升,加之周边水情变化及极端天气影响,流域防洪面临较大风险与挑战。在系统分析流域防洪体系现状及面临形势的基础上,提出新形势下构建高质量现代化防洪减灾体系的思路,为流域经济社会高质量发展保驾护航。

考虑泄洪设施闸门控制的水库防洪调度

【目的】水库防洪调度在防汛工作中具有举足轻重的地位,而如何控制泄洪设施闸门是水库防洪调度方案实施的关键。为此,【方法】建立了考虑泄洪闸门调度的水库防洪优化调度模型以实现精细化调度,并提出一种两层嵌套算法对模型进行求解。在内层建立了包括所有泄洪闸门可行组合的泄洪闸门组合表,外层采用POA算法对水库坝前水位和总泄水量进行优化,并通过查询闸门组合表确定各泄洪闸门的运行状态。【结果】澜沧江漫湾水库防洪优化调度的实例分析结果表明:所提出的两层嵌套方法计算效率较高,对于100年一遇和10年一遇的洪水事件,洪峰分别从12010 m^(3)/s减少到10611 m^(3)/s和从5003 m^(3)/s减少到3351 m^(3)/s,分别减少了11.6%和33.0%,洪水波动幅度分别降低了94.5%和8.8%,极大地缓解了下游防洪压力。此外,与不考虑泄洪闸门调度的传统防洪调度模型相比,所提出的模型能生成更加符合实际、更易于执行的防洪调度方案。【结论】该方法能够实现水库防洪优化调度向泄洪设施运行控制的精细化转变,对于增强防洪优化调度成果的可操作性、提升水库防洪调度管理水平具有一定意义。

关于新一轮淮河流域防洪规划修编有关问题的思考

2009年国务院批复《淮河流域防洪规划》以来,通过加快实施治淮19项骨干工程、全力推进进一步治淮38项工程等建设,基本建立了与全面建成小康社会相适应的防洪除涝减灾体系,为流域经济社会发展、人民幸福安康提供了有力的防洪安全保障。当前,对标对表全面建设社会主义现代化国家和新阶段水利高质量发展要求,流域防洪减灾体系还存在一些突出问题和薄弱环节。重点围绕淮河中游分级设防及河道整治、淮河入江水道中下段扩大、洪泽湖周边滞洪区分区调整、沂沭泗河洪水东调南下提标等新一轮防洪规划修编难点热点问题,研究解决思路和治理方案,以期为新阶段淮河防洪治理提供有益参考。

变化条件下长江口防洪御潮及供水保障研究进展与展望

近一个世纪以来,全球气候变暖导致海平面持续上升,增加了整个长江口的水深,抬高了潮汐和风暴潮的基础水位,使得河口咸潮入侵,洪水和风暴潮发生的频率和强度增加。同时,由于长江流域水土保持和水库群建设,进入河口的泥沙量锐减,加剧了河口咸潮上溯,对区域人群生产生活产生一定影响。从全球气候变暖背景下长江口海平面上升和演变规律、长江口人类活动与气候变化影响下的动力要素变化、河口咸潮入侵时空分布和水盐交换机制及供水安全风险、海平面上升对海堤防洪御潮能力的影响、长江口地区防洪御潮韧性等5个方面总结归纳了现有研究成果,提出未来研究的方向,以期对保障河口地区水资源安全利用和防洪御潮能力提升提供参考。

平原圩区复合下垫面水文水动力耦合模型

平原圩区地势低洼,下垫面类型多样,产汇流过程较为复杂,水文过程模拟和预报十分困难。为解决平原圩区洪水预报难题,建立考虑水田、旱地、林地、城市区与水域等多种下垫面类型的产汇流模型,利用MIKE 11 HD水动力模型模拟河道汇流过程,提出面向平原圩区复合下垫面条件的水文水动力耦合模型;并采用BP神经网络进行河道水位预报误差校正,以提高模型精度。选择广州市南沙蕉门河排涝片为研究区,检验耦合模型的水位预报精度,并以2023年“9·7深圳特大暴雨”为移置场景输入,模拟不同排涝措施对河道水位的影响。结果表明:模型能够较好地模拟研究区场次洪水的河道水位过程,率定期和验证期的平均Nash效率系数分别为0.86和0.91,10场洪水中有8场的最高水位模拟误差小于0.05 m;采用BP神经网络校正后所有场次洪水的Nash效率系数均大于0.9,满足洪水预报的精度要求。研究区面临“9·7深圳特大暴雨”场景时存在内涝风险,需提升圩内蓄洪排涝能力。

基于AHP-EWM的流域山洪风险综合评价研究

为合理评估并量化小流域山洪灾害风险,结合小流域山洪特点,从危险性、脆弱性和防灾减灾3个方面构建小流域山洪风险评价指标体系。采用层次分析法(AHP)、熵权法(EWM)分别确定指标的主、客观权重,结合博弈集结模型确定指标综合权重,最后基于幂指数法得到小流域山洪风险综合评价值,从而确定综合风险等级。以湖北省随州市柳林镇8·12山洪为例开展小流域山洪风险评价,最终得出其综合评价值为0.634 9,为较高风险,与柳林镇实际情况一致。该研究结果可为小流域山洪灾害预防提供理论指导,为灾害的应急救援提供决策支持。

鄱阳湖圩堤管涌险情分析与防治措施

为了进一步防治管涌险情,以鄱阳湖防洪圩堤为研究对象,建立了管涌预测的理论模型,运用GeoStudio2018软件对防洪圩堤进行模拟分析,设置了降雨强度、降雨类型和降雨时刻三个关键因素和四种工况,分别用Seep/W模块和Sigma/W模块对防洪圩堤进行破坏计算。结果表明,只有在固定库水位下不同降雨会出现管涌现象,管涌出现破坏的有固定库水位23 m+降雨时刻20~30 d+降雨强度0.06 m/d,管涌点位于下游坡坡脚0.2 m处;提出了反滤铺盖方案,并建立了相应的数值模拟模型。经验证,该方案符合相关规范要求。

基于CRITIC-加权灰色关联分析的年度洪涝灾情评估模型及应用

洪涝灾情评估能够直观呈现洪涝灾害强度和破坏程度,准确评估洪涝灾情是有针对性开展防洪减灾工作的基础。为充分表征洪涝灾害范围及深度,基于洪涝灾害的主要承灾体,从人口受灾、农作物受灾、房屋倒损、水利防洪设施损坏和经济损失5个洪涝灾害主要影响层面筛选洪涝灾情评估指标,分目标层、因子层、指标层构建全国及各地区年度洪涝灾情评估指标体系;基于年度洪涝灾害等级和年度洪涝灾害综合损失程度评估年度洪涝灾情,通过耦合CRITIC权重法和灰色关联分析模型构建CRITIC-加权灰色关联分析模型进行年度洪涝灾害等级评估,采用灾情指数法进行年度洪涝灾害综合损失程度评估;基于ArcGIS直观呈现空间数据的优势,将各地区年度洪涝灾害等级及综合损失程度采用区划图的形式展现。基于以上方法对2006-2021年全国及各地区进行年度洪涝灾情评估,结果表明:在全国年度洪涝灾情评估结果中,2010年为特大洪涝灾害,2013年和2016年为重大洪涝灾害;在各地区年度洪涝灾情评估结果中,湖南省2006年和2017年、河南省2021年年度洪涝灾害等级达到特大洪涝灾害;历年洪涝灾情较重且灾情频次较高的省份依次是四川省、湖南、湖北、江西、广东、海南;基于CRITIC-加权灰色关联分析模型和灾情指数法的年度洪涝灾情评估结果,可作为地区开展防洪减灾工作的依据。