河南“21·7”暴雨洪水风险模拟及对比分析

2021年7月河南省遭遇极端强降雨,引发严重城市内涝和流域局部洪水,造成重大社会影响和生命财产损失。重点分析了“21·7”暴雨情况及主要河段的洪水过程,并与河南“75·8”特大暴雨洪水进行对比;基于时空变源混合产流模型,建立了覆盖河南省山区小流域的分布式水文模型,利用国家山洪灾害风险预报预警平台,计算得到了“21·7”特大暴雨洪水河段、沿河村落的危险等级;并基于下垫面现状条件,对“75·8”暴雨洪水进行了复盘,探讨了“75·8”降雨条件下,河段和沿河村落成灾情况,进而对比了“21·7”和“75·8”暴雨洪水和河段、沿河村落危险情况。研究成果可为后续灾害调查、推演复盘、总结评估等提供参考。

白河上游流域洪水模拟及参数敏感性分析

水文模型作为防御山洪灾害重要的非工程手段之一,近年来被广泛应用。以白河上游为研究区域,利用时空变源混合产流模型模拟了2012—2018年间的22场洪水,并使用GLUE法和Sobol法分析了参数敏感性,判断了流域的主要产流方式。结果表明:时空变源混合产流模型在白河上游具有较好的适用性,模型的敏感参数主要为蓄满产流相关参数,白河上游流域的产流方式以蓄满产流为主。此研究成果可为类似流域洪水预报提供一种借鉴,为敏感参数选择提供一种参考,并可提升参数率定的工作效率。

时空变源混合产流模型及其在小流域洪水模拟中的应用——以四川省、甘肃省的4个小流域为例

近年来山洪灾害造成的人员伤亡和财产损失不断增加,基于GIS和遥感数据的水文模型为山洪预报提供了新的思路。利用DEM和遥感数据提取小流域基础属性并划分地貌水文响应单元,利用垂向混合产流计算产流量,采用包气带非饱和土壤计算下渗,建立垂向上的时空变源混合产流模型。利用时空变源混合产流模型,模拟四川省和甘肃省4个流域多场次洪水过程,通过SCE算法进行参数率定和产流分析。结果表明:模型模拟与实测数据基本吻合,纳什效率系数均超过0.8;四川和甘肃两省小流域受到下垫面信息影响,主导产流成分不同。模型能够提供较为精确的山丘区流域洪水预报。

不同植被覆盖流域对不同设计暴雨雨型的响应

为揭示山区不同植被覆盖流域对不同设计暴雨雨型的响应规律,更合理地分析山区暴雨洪水,以四川省大邑、关口、汉王场流域为研究区域,应用时空变源混合产流模型,对在不同重现期设计暴雨雨型条件下的降水在不同植被覆盖的流域上形成的水文过程进行分析。研究结果表明:时空变源混合产流模型在四川省3个流域均具有较好的适用性;四川省大邑、关口、汉王场流域林草植被覆盖率为汉王场>关口>大邑流域,径流系数、平均径流系数、洪峰模数、平均洪峰模数均为大邑>关口>汉王场流域;在不同重现期条件下,径流系数随着暴雨雨型雨峰位置后移而逐渐减小,洪峰模数则不断增大;在不同设计暴雨雨型条件下,随着重现期的不断增大径流系数先增大后逐渐减小而后趋于稳定状态,而洪峰模数则是不断增大。

设计暴雨雨型对高植被覆盖流域径流形成影响的数值模拟

为分析设计暴雨雨型对山区小流域山洪灾害的影响,应用时空变源混合产流模型,以四川省关口、汉王场为研究区域,分析高植被覆盖流域对不同重现期以及不同设计暴雨雨型条件下降水的响应规律,并对不同雨型及重现期条件下流域的洪峰流量、峰现时间、洪峰滞后时间等量值进行对比分析。结果表明:时空变源混合产流模型在高植被覆盖流域洪水模拟应用过程中能够取得较好的模拟精度,具有一定的适用性;关口、汉王场流域同一重现期条件下偏后型雨型相对于偏前和居中型条件下形成的洪峰流量更多,但偏前型雨型相对于居中型和偏后型雨型而言形成的洪水总量更大;在不同雨型条件下,随着重现期的增加,关口、汉王场流域的洪峰流量均是呈现增加的趋势;林草植被覆盖率为汉王场>关口流域,关口流域在不同重现期设计暴雨雨型条件下的峰现时间均是提前于汉王场流域,林草植被覆盖对于洪水的径流过程具有一定的调节作用;关口流域和汉王场流域洪峰出现时间相较于暴雨雨峰出现时间的滞后时间均为偏前型>居中型>偏后型;揭示西南山区高植被覆盖流域对于不同重现期设计暴雨雨型条件下的量化规律,在分析西南山区高植被覆盖流域暴雨洪水的形成过程、提高流域洪水预报精度与防洪减灾能力方面具有指导意义。