农田排涝模数计算方法比较研究

【目的】探究径流深与排涝模数计算方法的差异性,确定合理的农田排水工程规模。【方法】基于历史降水资料、排涝泵站运行数据和土地利用类型数据,计算三江平原绥滨县蜿蜒河涝区实际径流深(RO),采用综合加权法和SCS-CN方法计算了涝区理论径流深(R_(GM)、R_(SCS)),在此基础上,用经验公式法和平均排除法计算区域排涝模数(Q_(E)、Q_(A)),比较分析径流深与排涝模数计算方法的适用性。【结果】在同一年份同一重现期下,降水历时越长实际径流深越大;同一降水历时同一重现期下,实际径流深随着年份的推移而减小;实际径流深和排涝模数与理论径流深和排涝模数存在偏差。大降水情况时,R_(GM)>R_(SCS)>R_(O);小降水情况时,R_(SCS)<R_(GM)<R_(O)。根据实际和理论径流深计算出的排涝模数规律与径流深规律相同;大降水情况下,1日降水历时Q_(A)>Q_(E);3日降水历时Q_(A)<Q_(E)。【结论】考虑了前期土壤状况的SCS-CN方法更适宜平原涝区径流深计算,但需要选择适宜的CN值。引入迟缓-槽蓄系数的平均排除法更能反映出大流域的调蓄作用。在经济发展水平较低且经济增速缓慢的地区,对于大面积滞蓄条件较好的平原涝区选择更长的排涝历时时,采用加入槽蓄-迟缓系数的平均排除法计算排涝模数更适宜。

无实测资料地区中小河流治理工程洪水计算——以韶关市乌石水为例

部分地区由于河流控制面积小或测站建成较晚等原因,缺乏河道径流资料,不便于河道治理、生态建设工程的设计洪水分析。针对该问题,以韶关市乌石水中小河流治理工程为例,采用综合单位线法、推理公式法和地区经验公式法3种方法对设计洪水进行分析计算,同时结合工程实际情况,对比分析各方法的优缺点,建议该地区采用综合单位线法作为最终计算结果。相关研究可为类似无径流资料河流的洪水计算提供借鉴。

北京市城市雨水排除系统规划设计标准研究

按照北京市经济发展需要和防洪排涝要求,在分析规划设计校核、评价方法和降雨变化趋势基础上,研究并修订北京市暴雨强度公式、径流系数、降雨雨型和设计重现期等标准,提高城市雨水基础设施保障城市安全运行的能力,减少洪涝灾害。

城市小流域山区截洪沟水力计算方法探讨

我国流域众多,由于缺乏暴雨观测资料或短期资料难以延展等原因,经常采用推理公式进行洪水计算。但由于被应用的流域自然条件各异,有关参数的确定也存在一定的任意性,因此有必要对常用的经验公式进行合理性和可靠性分析比较。以青岛市某一山区道路截洪沟为例,分别采用地区经验公式、公路科学研究所经验公式以及地区小型水库洪水核算办法这3种最常用的典型推理公式(或方法)进行雨水水力计算,并根据计算结果提出了公式选取的建议条件,分析了设计参数对水力计算结果的影响,以及其他防护和治理措施。

查图法与公式法在尾矿库洪水计算中的应用

文章系统阐述了暴雨径流查算图表法和小流域推理公式法计算洪水的计算过程。对云南山区某尾矿坝流域面积内按200年及500年防洪标准分别采用暴雨径流查算图表法和小流域推理公式法进行洪水计算,通过分析计算结果得出小流域推理公式法计算结果略小于暴雨径流查算图表法。暴雨径流查算方法计算洪水过程为单峰陡涨陡落,符合云南山区性河流的洪水特性,并且考虑推理公式采用的参数是基于全国综合而定的,不一定适合该地区,另外,从防洪安全角度考虑,采用暴雨径流查算法计算的成果更为合理。

不同土地利用方式坡面产流输沙过程模拟研究

针对目前多数坡面侵蚀预测模型难以模拟土地利用变化对坡面产流输沙过程影响的问题,基于运动波方程和泥沙输移公式,给出了一种能够反映不同土地利用方式下坡面产流输沙时空变化的简化模型,并利用裸地、草地、坡耕地、灌木地及幼林地的试验及自然降雨条件下坡面产流输沙实测资料对模型进行验证,符合较好。利用该模型对黄土高原不同降雨条件下不同土地利用场景坡面产流输沙特征进行了模拟,结果表明:典型降雨条件下,5 a树龄以上的林地或覆盖度在60%以上的草地坡面标准小区基本不再发生侵蚀;坡度小于15°的裸地坡面中下部发生轻度侵蚀;十年一遇降雨条件下,10 a树龄以上的林地坡面土壤侵蚀基本得到控制,而草地调控坡面水沙的能力有限,裸地更差。对低强度短历时降雨,草地调控水沙的见效较快;对高强度长历时降雨,林地调控水沙的作用较大,两者宜配合进行;对不同坡度裸地,要严格控制坡面坡长。研究结果为优化土地利用方式提供了理论支撑。

论推理公式的基本原理和适用条件

推理公式Qm=CIA是假定在流域汇流时间τ内,降雨强度I、径流系数C和汇流速度V三者的时空分布都是均匀的,流域形状呈矩形,并且洪水前底水为零,而建立起来的。用等流时线法的概念和流域汇流理论,证明了推理公式没有考虑流域调蓄作用,也没有考虑槽面降水和地下径流的影响。因此,推理公式只适用于山区丘陵区小流域的设计洪水计算,而不适用于平原河流和平原河网地区排涝计算。

基于霍顿下渗公式超渗产流计算几个问题的探讨

用霍顿下渗公式进行超渗产流计算,用迭代算法根据流域土壤含水量计算相应的下渗能力时发现:当土壤含水量较小时,迭代计算正常;当土壤含水量居中时,易发生迭代震荡现象;当土壤含水量较大时,极易发生迭代计算出错情况。对此,分析了迭代震荡和迭代计算出错的原因;提出了用算术平均法减小迭代震荡的问题;用限制震荡幅度结合算术平均法解决迭代计算出错的问题;同时,推导出了超渗产流模式下流域平均蓄水容量与霍顿下渗公式中三参数间的经验关系式。

渭河主要支流产流产沙规律及水保措施减水减沙效益

通过对渭河流域１２条主要支流的产流、产沙规律探索和对降雨、径流、输沙资料的统计分析，应用数理统计原理分别建立了各支流的降雨—径流和降雨—产沙经验公式，并用该公式计算了各支流７０～８０年代水土保持措施的减水减沙效益，取得了比较可靠的初步结果。从而，为流域治理规划、合理开发利用水土资源提供了科学依据。

城区产汇流计算方法分析研究

近年来,随着城市化的加速发展,城市内涝灾害愈加严重。因此,进行城市排涝规划十分迫切,而正确合理的城市产汇流计算成果是城市排涝规划的基础和依据。简要介绍了现有城市产汇流理论方法与模型,分析了其优缺点。结合水文产汇流理念及《室外排水设计规范》提出城市综合产汇流法,并应用于海口市2014年7月18日强降雨的产汇流计算。将其计算结果与城市推理公式法计算结果进行对比,并以实际积涝情况为评判依据,验证了其实用性。

基于Budyko假设的汾河上游水源区径流衰减归因分析

针对汾河上游水源区径流严重衰减的问题,分析了上游汾河水库控制流域1961-2016年降雨、潜在蒸散发、径流的变化趋势,并对年径流量进行了突变分析,将研究时段划分为基准期和变化期两个阶段。应用基于Budyko假设的流域水热耦合平衡Choudhury-Yang公式,计算了径流的气候弹性系数和下垫面弹性系数,对变化期的径流变化量进行了定量归因分析。研究表明:1961-2016年期间,汾河上游水源区径流量显著减少,变化期年均径流量相比基准期减少了35.5%;径流的降雨弹性系数、潜在蒸散发弹性系数及下垫面弹性系数分别为2.62、-1.62、-1.89;人类活动引起的下垫面变化是径流衰减的主要驱动因素,贡献率为57.8%,其次是气候变化,贡献率为42.2%,其中降雨的减少贡献了39.7%,潜在蒸散量的增加贡献了2.5%。汾河上游开展的大规模水土保持措施,在减少水土流失,改善植被的同时,也导致流域实际蒸散发增大,另外煤矿开采形成大量采空区导致地表变形塌陷,引起降雨入渗量增大也导致了径流的减少。

渭河流域降雨产流产沙经验公式初探

通过对渭河流域１９５４～１９７０年水沙资料统计分析和对影响产流产沙因子优选组合，分别建立了８个降雨产流、６个降雨产沙经验公式，并用之计算了流域水利水保措施综合治理的减水减沙效益，计算结果为：１９７０～１９８９年共减水４６４．７４亿ｍ３，效益为２９．３％；减沙量为１１．３５２亿ｔ，效益为３１．９％。为检验计算结果的科学性，采用“水保法”计算了同期水利水保措施减水减沙效益，其结果分别为２８．８％和３２．０％。两种方法计算结果基本吻合，说明所建立的经验公式具有一定的代表性。

应用推理公式推求不同形状小流域设计流量

针对采用推理公式推求小流域设计洪水,当净雨历时小于汇流历时时引进流域矩形概化假定使计算获得的洪峰流量偏小,基于矩形、菱形、椭圆形流域形状应用推理公式推导了倒三角形、扇形流域的最大共时径流面积,并归纳了洪峰流量的统一表达式,减小了因流域最大宽度的随意取值导致的误差。实例结果表明,该方法为不同形状小流域设计流量提供了有效可行的计算方法。

农田排涝模数计算方法的比较

正确计算排涝模数,对于确定排涝工程的适宜规模具有重要现实意义。该文以湖北省四湖流域螺山排区为例,根据排区下垫面条件进行产流计算,分别采用经验公式法和平均排除法计算不同排涝标准下的排涝模数,分析2种计算方法中排涝天数、排涝模数及排涝重现期之间的关系。结果表明:经验公式法对应于平均排除法的排涝天数为3.5d。当经验公式法求得的排涝模数小于平均排除法求得的排涝模数时(本区对应排涝天数小于3.5d),选用平均排除法计算排涝模数偏于安全;而当经验公式法求得的排涝模数大于平均排除法求得的排涝模数时(本区对应排涝天数大于3.5d),则选用经验公式法计算排涝模数偏于安全。此外,在排涝模数确定的条件下(即工程的排水能力一定),采用不同的排水公式校核排水标准时存在差异。一日暴雨时,采用平均排除法(采用三日排除)10年一遇和20年一遇的设计标准分别相当于经验公式法15年一遇和33年一遇的设计标准;而在三日暴雨下,平均排除法(采用五日排除)10年一遇和20年一遇的设计标准则分别相当于经验公式法4年一遇和7年一遇的设计标准。研究成果对合理选择排涝模数计算方法具有一定参考价值。

岷江流域径流变化及成因分析

针对水利工程建设运行造成岷江流域径流情势变化等问题,定量分析岷江流域径流情势变化,运用Mann-Kendall法、累积距平法、滑动T检验法分析了径流量与降水量特征;考虑水利工程建设对突变前后水文指标进行割裂,选择生态水文指标变化范围法(IHA-RVA)和水文改变度法综合评价岷江水文情势变化;基于6种Budyko假设公式,量化分析气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明,1956~2017年岷江流域径流量呈明显下降趋势,并在1993年前后发生突变;整体径流情势改变度为45%(呈中度改变),整体降水改变度为37%(呈中度改变);降水量及潜在蒸散发量在同期内呈下降趋势,但整体变化趋势不显著;人类活动是影响岷江流域径流情势变化的主导因素。

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。

昆明市室外排水流量公式参数拟合分析

针对城市暴雨强度公式、参数拟合的选择问题,采用最小二乘法原理,同时基于绝对标准差和相对标准差最小的原则,以昆明市近年来实测城市水文气象资料为例,分片区拟合了昆明城市暴雨强度公式及次洪径流系数。精度检验结果表明,暴雨强度公式及次洪径流系数具有一定的精度,可作为昆明城市建设中排水设计及淹水点整治的重要依据。

黄河上游河道一维河道水温模型和经验公式法对比

为对比不同方法在黄河上游水温模拟中的适用性,分别用一维河道水温模型和经验公式法(四次多项式、三次多项式和幂函数)对兰州以上的黄河上游干支流共8个主要水文站日平均水温和月平均水温进行模拟,并采用平均绝对误差、均方根误差和纳什系数对模拟的精度进行检验。结果表明:四次多项式在黄河干流(除黄河沿站)日平均水温模拟中精度最高,幂函数在支流湟水的日平均水温模拟中精度最高;四次多项式适合黄河干流水文站的月平均水温模拟,幂函数更适合于支流湟水的月平均水温模拟;经验公式法在黄河干流日平均水温模拟中精度高于一维河道水温模型,更适合黄河上游干流段的日平均水温模拟。

超渗-蓄满混合产流公式在梅江流域的适用性研究

受流域土壤含水率、降雨强度时空分布不均影响,流域多种产流模式并存,降雨特征、前期土壤含水率和下垫面条件组合呈复杂、多样、随机特征,导致单一蓄满、超渗产流难以精确刻画流域产流过程的时空变异规律。目前常用的垂向混合产流、横向兼容混合产流方法精度较高,但应用复杂、参数繁多,且存在忽略饱和地表径流等缺陷。为此,通过改进经典的格林-安普特超渗产流公式,提出了适用于超渗-蓄满混合产流区的简便计算方法,构建了涵盖Kling-Gupta系数、纳什效率系数、纳什效率系数对数形式及均方根误差与标准差比值的综合目标函数,采用SCE-UA算法进行了参数率定,并将所提方法与蓄满产流及霍尔坦公式、菲利普公式、格林-安普特公式等多种超渗产流方法进行比较。梅江流域应用结果表明,单一蓄满或超渗产流计算的洪峰及峰现时间误差较大,所提混合产流方法误差较小;蓄满产流的确定性系数最小,所提方法确定性系数最高。

植草沟曼宁粗糙系数变化特征及影响因素

随着海绵城市的快速发展,植草沟得到了广泛应用。目前关于植草沟沿程流量的计算一般采用谢才公式,但其适用条件与植草沟存在显著差异,导致计算结果存在一定误差,其中曼宁粗糙系数变化是引起误差的原因之一。在假定谢才公式适用的前提下,通过足尺试验,系统研究了恒定流量、变流量进水条件下植草沟曼宁粗糙系数的变化特征,并进一步分析了植被高度对曼宁粗糙系数的影响。结果表明:植草沟沿程流量以及曼宁粗糙系数均随流动距离增加而降低;不同进水流量条件下,曼宁粗糙系数与进水流量密切相关,随进水流量增加而增加,试验条件下其最大值为0.22;另外,在植草沟不同植被高度以及不同变流量进水条件下,曼宁粗糙系数在峰值流量时刻的变化范围为0.19~0.22,试验条件下植被高度对曼宁粗糙系数影响较小。因此,植草沟的曼宁粗糙系数受沿程流量的影响较大,研究成果可以为植草沟沿程流量计算时曼宁粗糙系数的精确取值提供参考。