基于Copula函数的宿迁市区域暴雨和外河水位遭遇组合分析

在系统化全域推进海绵城市建设背景下,为充分发挥河湖水系等海绵体的作用,江苏宿迁市开展了防洪、排涝不同系统间的衔接研究,对区域暴雨和外河水位进行遭遇组合分析。选取宿迁市老城区为研究区域,通过对比不同Copula函数对区域暴雨和外河水位遭遇组合分析情况,选择拟合精度最高的GH Copula函数进行计算分析,计算不同设计暴雨条件下遭遇概率最大的外河水位。结果表明:2年一遇设计暴雨遭遇18.6~18.7 m外河水位概率最大,3年一遇设计暴雨遭遇18.9~19.0 m外河水位概率最大,5年一遇设计暴雨遭遇19.0~19.1 m外河水位概率最大。研究成果可帮助实现城市排涝—防洪的有效衔接,对提升城市水系统的整体优化和协同发展具有重要意义,以期为宿迁市系统化海绵城市建设提供科学参考。

外江水位及雨峰系数对典型城市片区内涝的影响规律研究

外江水位及降雨雨峰系数是影响城市内涝严重程度的重要因素,因此探究其影响规律对内涝机理分析及内涝防治具有重要意义。以典型城市片区为例,建立管网、河道和地表相耦合的城市内涝模型,并计算2种外江水位组合3种雨峰系数共6种工况下的片区内涝情况,定量分析外江水位及雨峰系数对内涝的影响,在此基础上提出缓解城市内涝的方法策略。结果表明:外江洪水对场坪高程与洪水位接近且地势平坦的区域影响较为显著;内涝风险等级越高,外江水位增高后淹没面积增长率越大;在相同降雨强度下,雨峰越靠后内涝淹没情况越严重;需从流域整体出发综合上下游措施以有效减轻内涝灾害。研究可为认识城市内涝规律和内涝治理提供思路和借鉴。

平原湖区外江水位变化对排涝流量的影响

为准确模拟排区涝水产汇流过程及水量,以湖北省四湖流域螺山排区为例,通过耦合SCS和MIKE11模型来建立排区尺度的涝水产汇流模型,分别采用1980年、1983年和1991年、1996年螺山泵站站前的实测水位数据对模型进行率定和验证,并通过设置不同设计暴雨和外江水位的组合,以评估外江水位变化对排涝流量的影响。结果表明：率定期1980年和1983年模拟水位和实测水位的相对误差分别为-0.20%和-0.40%,相关系数分别为0.980和0.952,效率系数分别为0.949和0.849;验证期1991年和1996年模拟水位和实测水位的相对误差分别为-0.10%和1.70%,相关系数分别为0.919和0.967,效率系数分别为0.782和0.906,表明耦合模型模拟效果较好,适用于螺山排区产汇流模拟。根据5年一遇、10年一遇3日暴雨与5年一遇、10年一遇汛期最高5日平均水位、泵站设计外江水位组合下排涝流量的模拟可知,在相同的设计暴雨下,外江水位越高,泵站的抽排流量越小,并且对内涝造成的不利影响越大。如按排涝泵站水泵的性能曲线进行模拟,精度将提高19.6%~53.8%。

区间暴雨和外江洪水位遭遇组合的风险

流域区间的治涝方案以及排涝设施的规模都与区间暴雨和外江洪水位的遭遇息息相关,因此需要研究区间暴雨与外江洪水位遭遇的风险规律。采用copula函数建立区间暴雨和外江洪水位的联合分布,用联合概率密度来描述两者遭遇的机率,提出了以遭遇为设计组合的排涝风险率和重现期的分析方法。实例研究表明,copula函数能够较好地模拟广东省阳山县区间暴雨与外江洪水位的联合分布;联合概率密度曲线表现为明显的正偏态分布,对于不超过10年一遇的暴雨,遭遇同频率的外江水位的机率最大;但对10年一遇以上的暴雨,最大遭遇机率的外江水位的重现期低于暴雨重现期;对任一排涝重现期,则有成反相关的区间最大暴雨和外江洪水位重现期的多种组合方案,且任一组合方案的暴雨重现期都大于排涝重现期。

强潮河口排涝泵站特征扬程确定及水泵选型对策

强潮河口排涝泵站由于外江水位变动大,运行扬程范围宽,导致水泵选型困难。本文通过对规范规定的感潮河段泵站扬程取用规定和工程实际取用情况的对比分析,认为在强潮河口按规范规定的方式确定泵站特征扬程并据此选定水泵,运行时遇强潮需关机停泵,可能错过最佳排涝时机,加重城市内涝。对运行扬程范围较大的泵站,理论上采用变频调速技术可以很好地解决水泵对扬程变化的适应性。但由于高压变频设备价格昂贵,制约了变频调速技术在排涝泵站中的应用。提出在确定强潮河口排涝泵站特征扬程时应合理分析内外水位组合出现的概率,缩小泵站运行扬程范围,方便水泵的选型。如果还是无法解决,可通过设置两种不同扬程水泵组合及人为抬高出水池水位的方式来保证泵站的安全高效运行。