2013年黑龙江嘉荫站洪水特性和预报方法分析

2013年黑龙江嘉荫站发生了实测历史最高水位洪水,该次洪水对比以往历史洪水具有涨洪历时长、洪峰持续时间久、高水回落较慢的特点。根据嘉荫站洪水预报实际条件,以2013年嘉荫站实测洪水过程为例,对其洪水从变化特征和洪峰水位预报方法方面进行了分析和探讨。针对在出现特大洪水时原有预报手段失效的情况下洪峰水位的预报方法进行了分析论述,并提出了解决建议。     

三水马口站洪峰的分析及预报

根据1953年至1990年的资料,就三水、马口站的洪峰水位,出现时间,洪水频繁程度进行了统计分析。洪峰的特征有:6.50m 以上的洪峰次数的变化有阶段性、周期性;年内洪峰季节明显;以北江影响为主的洪水次数多于西江;洪峰传播时间北江长于西江;北江洪水对洪峰水位的影响高于西江;潮汐对洪峰出现时间影响大。预报方案按许可误差进行评定和检验,精度是好的。     

山区河流洪水灾变险度及洪险确定方法的探讨

根据山区河流洪水致灾机理，提出洪峰水位变异和洪峰流速及高水持续时间变异度的加权平均值作为洪水灾变险度，以伊春河洪水为例建立险度计算公式，进而解决了山区河流洪险等级划分的问题。     

气候变化条件下基于河岸带生态韧性的防洪堤高程优化模型

针对基于河岸带生态韧性的防洪堤高程优化过程中存在的不确定性问题,建立一个区间混合整数随机鲁棒优化模型(IMISRO)。该模型不仅能够通过防洪堤高程的优化设计来达到调控河岸带应对洪水的生态韧性的目的,还可以处理防洪堤高程优化设计中以概率分布函数和区间值形式存在的包括洪峰水位、经济成本等参数的不确定性。同时,决策者可以通过在模型中设置不同的风险参数对系统稳定性与经济性进行权衡。将所开发的IMISRO模型应用于城市河道两岸的3个规划区域,在不同的洪峰水位及河岸带生态韧性条件下可得出最优的防洪工程设计。该案例验证了模型能够为决策者提供考虑河岸带生态韧性的防洪优化策略,可为气候变化条件下城市防洪堤安全策略的研究提供借鉴。     

遇特大型洪水荆江河段洪水演进特性实体模型试验研究

利用长江防洪实体模型进行了2002年10月地形条件下长江荆江河段遭遇“54年型”和“98年型”特大型洪水时的洪水演进特性实体模型试验研究。研究表明：试验条件下洪峰从枝城传播至监利需14～21 h,平均传播速度3.2～4.8 m/s。当遭遇“54年型”洪水且不考虑三峡水库调蓄时,各站试验洪峰水位与1954年实际洪水相比普遍升高,荆江面临极其严峻的防洪形势,沙市站洪峰水位超过堤防设计水位约 1.60 m,石首、监利和城陵矶等站超过设计堤顶高程达 0.4～1.23 m;考虑三峡水库调蓄后,各站试验洪峰水位较不考虑调蓄情况明显降低,防洪形势有明显缓解,但依然不容乐观,其中沙市站洪峰水位超过堤防设计水位0.30 m,莲花塘站超过设计堤顶高程0.28m。当遭遇“98年型”洪水且不考虑三峡水库调蓄时,各站试验洪峰水位与1998年实际洪水相比普遍升高,荆江防洪形势严峻,其中沙市、石首、监利和莲花塘站分别超出堤防设计水位达1.20,1.25,1.73,1.68 m。     

长江中游螺山站'98洪水位偏高原因分析计算

 长江中游螺山站1998年洪水实测洪峰水位比1954年洪水实测洪峰水位偏高1.78 m,经综合分析认为主要有洪水特性差异、54洪水分洪影响、洞庭湖分汇流变化影响、长江干流河道变化影响4个方面的原因。为研究各影响因素对螺山站98洪峰水位偏高的影响程度,建立了一套适用于长江中游河道的洪水演进水动力学数学模型,在“81.7”洪水和98洪水复演计算的基础上,进行了54洪水还原、98洪水演进和54洪水演进计算。计算成果分析表明：由于54洪水分洪使得螺山站54洪峰水位降低了0.83 m（即相当于使得98洪峰水位抬高了0.83 m）,洞庭湖分汇流和长江干流河道变化联合影响引起的螺山站98洪峰水位抬高值为0.74～0.84 m,而仅长江干流河道变化引起的螺山站98洪峰水位抬高值为0.33～0.36 m。     

城镇化背景下平原河网区暴雨洪水重现期变化分析——以太湖流域武澄锡虞区为例

以太湖流域武澄锡虞区典型雨量水文站为例,基于长时间序列逐日降雨与水位数据,采用累积距平法、皮尔逊频率曲线和克里金插值等方法对水位进行还现分析以及对暴雨洪水重现期进行分析,探讨了城镇化背景下典型平原河网区暴雨洪水重现期变化规律及成因。结果表明:(1)武澄锡虞区不同量级降雨重现期均有提前,极端降雨频率增大;武澄锡虞区小量级洪水事件(T=5, 10, 20 a)发生频率有所增加,而量级较大(T=50 a)的洪峰水位重现期在城区与郊区则差异显著。受圩垸影响的常州站1960年50年一遇洪峰水位在2010年增至68年一遇,洪峰水位整体降低,而郊区白芍山站1960年50年一遇洪峰水位在2010年则提前至32年,洪峰水位整体有所增加。(2)小量级洪水事件发生频率增加主要是由降雨增加、城镇扩张以及河网水系衰减所致,同等量级的暴雨导致洪峰水位不断增长;而闸泵和圩垸等水利工程建设加强了对较高量级洪水的调节作用,使高量级洪峰水位有所降低,减小了城区圩垸内洪水风险。对于不同量级的洪峰水位,下垫面特征变化和水利工程建设对其影响的程度则有所不同。分析结果可为研究该地区防洪安全提供技术支持。     

滞洪区调控对浦阳江宽胖型洪水过程水位的影响

为探讨高湖蓄滞洪区运行与浦阳江流域防洪的响应关系,通过建立二维水动力模型,分析了浦阳江宽胖型洪水过程中高湖滞洪闸不同泄洪总量和不同泄洪方式组合对浦阳江沿程洪水位的影响。研究结果表明:在不同泄洪总量工况时,上游进口-湄池河段各典型位置在"均匀变化"泄洪方式作用下的洪峰水位均最低,先增后减"和"逐渐减小"泄洪方式作用下的洪峰水位变化较小;随着泄洪总量的增大,"均匀变化"与这2种泄洪方式作用下洪峰水位差值则随着增大,其中,泄洪总量为1 500万m~3和2 500万m~3时,各典型位置的洪峰水位差值范围分别为0.03~0.07 m和0.05~0.11 m;"先增后减"泄洪方式能保证洪水第2 d具有较低的水位,而其他2种泄洪方式在洪水第2 d的水位变化过程则基本重合。研究结果可为浦阳江洪水调控提供借鉴。     

2003年泰州引江河对里下河地区排涝影响分析

通过对江苏省泰州市引江河工程竣工前后里下河地区不同大雨年份的洪水水位过程、洪水持续时间、洪水抽排总量进行分析,充分表明引江河工程的建成投运,大大增强了里下河地区的洪水入江能力,对削减洪峰水位、缩短洪水退水历时发挥了重要的作用,有效地减轻了里下河地区的灾情,产生了巨大的经济效益和社会效益。     

现状边界条件黄河下游“96·8”型洪水计算研究

采用数学模型计算的方法,研究分析现状边界条件下黄河下游"96·8"型洪水演进过程,结果表明:"96·8"型洪水演进的整体表现好于当年,洪水传播时间明显缩短,水位有所降低。洪水演进过程中,夹河滩—高村河段漫滩严重,削峰较大,滩区蓄滞水量及死水量相对历史实测数据明显增大;山东河段约89%的滩区漫水形成死水区,未回归主槽,属于小水大淹没,是重点防控河段。片林等复杂边界条件对洪水传播的过程影响明显,主要表现为洪水水位抬升、滩区蓄滞水量增大、洪峰削峰率增大、洪水传播时间延长。     

潮汐引起滨海承压含水层地下水位变化的数值模拟

海潮波动可以引起海岸带地下水位发生波动。建立基于有限差分法的滨海地区一维承压含水层地下水运动数值模型。通过将潮汐波动概化为正弦波,模拟滨海地区地下水位随潮汐波动的变化。结果表明,受海潮影响的滨海含水层地下水位与海潮有相似的波动特征,但变幅减小,受海潮的影响程度与离海岸的距离有关,随着离海岸距离的增加地下水位的变幅及潮汐效率呈负指函数衰减,地下水位对海潮的滞后时间随距离呈线性增加。例如,当承压含水层导水系数为31．25m^2／h、储水系数为4．5×10^-4及海潮振幅为2．5m、周期为24．7h时,在距离海岸500m处,振幅为1．35268m,潮汐效率为0．54107,滞后时间为1．825h。在距海岸达4389m以远时可以认为地下水位不受海潮波动的影响。     

喀斯特峰丛-洼地小流域洪水滞时及相似性分析

以两个邻近的典型喀斯特峰丛-洼地小流域(陈旗和长冲)为研究对象,选取26场不同量级流量的洪水过程,对比分析陈旗流域地表、地下两套水系及其与长冲流域洪水的滞时和相似性特征。结果表明:陈旗流域受洼地不透水/弱透水跃迁部位的"门槛效应"影响,地表河与地下河的洪水滞时和形态特征差异明显,地表河洪水涨落迅速,但峰现时间滞后于地下河;流域暴雨洪水涨落形态受地表河控制,与地表河洪水形态相似度高。长冲流域暴雨洪水过程与地表洪水过程相似,随着降雨量的减小,其洪水形态趋向于地下河径流变化特征;流域不透水岩石分布减小了含水层调蓄能力,流域洪水滞留时间短、暴雨洪水响应迅速。     

不同库水消落方式下动水压力型滑坡变形与稳定性响应研究

水库滑坡灾害是大型水库运行调度工作中备受关注的问题。为了科学指导汛期水库运行调度中的滑坡灾害风险防控,基于库水动力作用效应及类型分析,通过大型离心模型试验和数值模拟研究了库水下降诱发滑坡变形破坏机理,重点分析了库水持续性下降、不同间歇期下降、相同间歇期多阶段下降三种消落方式下的滑坡稳定性响应规律。研究表明:在库水下降末期,随着坡面静水压力的快速消落,滑体内地下水位严重滞后于库水位变动,易产生高的动水压力、导致滑坡变形破坏。在库水位持续下降过程中,库水下降速率越大,地下水头差和水力梯度越大,则稳定性会持续下降。不同间歇期下降相比持续性下降,地下水力梯度比降低,可缓解库水位持续快速下降导致的地下水滞后及动水压力影响,稳定性下降速率会减缓。而相同间歇期多阶段下降则可进一步减小影响,稳定性降幅明显减小。     

Impact of Flood Spreading on Groundwater Level Variation and Groundwater Quality in an Arid Environment

In arid and semiarid areas, bimodal and high rainfall leads to infrequent flood that can be extremely damaging. To reduce the impacts of persistent intra-seasonal drought and also to reduce flood damaging in arid and semiarid areas, rainwater storage is a prerequisite that keeps water far from evapotranspiration, increases groundwater level and decreases flood hazards modification to exchange between surface water and groundwater through flood spreading, dams, etc. The purpose of this paper is to delineate and explain variations in groundwater recharge and groundwater quality along an ephemeral stream that has been modified by flood spreading. Groundwater samples were collected from 14 deep wells located at different distances from flood spreading projection area (FSPA) in 1 month interval during September 2005 to September 2008. Groundwater quality was followed via Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, Hco₃^- SO₄^2-, Electrical Conductivity (EC) and pH measurements for two time periods between 2005 and 2008. The results show significant impact of flood spreading in groundwater table and groundwater salinity variation. Groundwater table decreased in all study wells, but groundwater drawdown increased by increasing the distance to FSPA (during 4 years study, 11.02 m in the well located at 20 m of FSPA versus 38.88 in the well located at 1,825 m). Also ion concentration increased in all of the wells during the study period, but the increasing ion concentration was significantly less important in FSPA closeness.     

若尔盖泥炭小流域地下水水位的时空变化规律

若尔盖泥炭湿地是黄河上游重要的水源涵养地,发挥着蓄水、固碳和生态的重要功能。近几十年来若尔盖泥炭湿地面积持续萎缩,其地下水水位的变化对湿地萎缩发挥着关键性作用。选取若尔盖高原的黑河上游泥炭湿地典型小流域,采用HOBO自记水位计布设5个靠近沟道和3个远离沟道的地下水水位观测点,结合2017年5-9月地下水水位观测数据以及红原站气象资料,分析该小流域内地下水水位的时空变化规律。结果表明：沟道可为周边泥炭层提供更加长效的补水时间,而且能够更快汇集地表水流;远离沟道的地下水水位变化与降雨过程趋于同步,其与降雨量的相关系数达到0.8;洼地的地下水水位变化比坡地受降雨影响小;地下水水位变化对降雨过程具有滞后响应,即随着降雨强度增大,滞后时长逐渐减小,且远离沟道比靠近沟道的观测点的滞后时长要短约18 min。     

潮汐对地下水波动影响的数值模拟

本文从经典的Boussinesq方程出发，在考虑浸润面影响的基础上，建立了基于有限差分法的滨海地区一维地下水运动数值模型。通过将潮汐运动概化为正弦波，模拟了滨海地区地下水水位随潮汐波动的变化。结果显示，地下水水位的波动相对于潮汐波动来说具有不对称性、振幅衰减以及相位滞后等特征。通过比较受潮汐影响的地下水平均水位与不考虑潮汐影响的地下水水位发现，实际的地下水平均水位要高于未考虑潮汐影响的地下水水位。最后数值模拟了浸润面的形成和消失的过程。     

TIDAL EFFECTS ON GROUNDWATER DYNAMICS IN COASTAL AQUI-FER UNDER DIFFERENT BEACH SLOPES

The tide induced groundwater fluctuation and the seawater intrusion have important effects on hydrogeology and ecology of coastal aquifers.Among previous studies,there were few quantitative evaluations of the joint effects of the beach slope and the tide fluctuation on the groundwater dynamics.In this article,a numerical model is built by using the software FEFLOW with consideration of seawater intrusion,tide effects,density dependent flow and beach sloping effects.The simulation results are validated by laboratory experimental data in literature.More numerical scenarios are designed in a practical scale with different beach slopes.Results show that the groundwater fluctuation decays exponentially with the distance to the beach,i.e.,,and our simulation further shows that the beach slope influence can be expressed in the form of a logarithm function.While for the same location,the amplitude increases logarithmically with the beach angle in the form,where and are related with the horizontal distance()in the form of a logarithm function.The beach slope has no influence on the phase lag,although the latter increases regularly with the distance from the sea.The beach slope effect on the seawater intrusion is investigated through the quantitative relationship among the relative intrusion length(),the relative enhancement of the tide induced seawater intrusion()and the beach angle().It is shown that the tide effects on a milder beach is much greater than on a vertical one,and both λ and κ can be expressed in logarithm functions of.The tidal effect on the flow field in the transition zone for a particular mild beach is also studied,with results showing that the tide induced fluctuation of is similar to the groundwater table fluctuation while shows a distinct variation along both directions.     

考虑地下水入渗的洪水演进模型构建及应用

近年来我国北方地下水埋深逐渐增加,在洪水演进中,地下水渗漏的可能性较大,从而对洪水演进可能产生较大影响。针对此问题,以小清河分洪区及其西部为研究对象,建立了考虑地下水入渗的洪水演进模型。利用该模型对小清河分洪区的设计标准洪水进行了模拟,分析了地下水渗漏对小清河分洪区、河北省部分区域的水位以及出口东茨村的水位和泄量的影响。模拟结果表明:地下水渗漏对小清河分洪区的洪水演进有较大影响。因此在小清河分洪区的调度运用以及治理规划时,需要充分考虑地下水渗漏这一重要因素。     

基于EMD-LSTM耦合模型的趵突泉岩溶地下水水位预测应用

由于岩溶地下水具有强烈的非线性及非平稳波动特征,水位预测结果容易产生较大误差。针对岩溶地下水水位预测精度较差的问题,提出一种EMD-LSTM耦合模型,首先采用经验模态分解（EMD）将趵突泉岩溶地下水水位分解为5个分量（4个本征模函数项和1个残余项）,以此消除水位数据的非平稳波动性;同时构建长短期记忆（LSTM）神经网络模型,并将与地下水水位动态变化密切相关的降水量（表征含水层补给项）和月平均气温值、月最高气温值、月最低气温值、水汽压值（表征含水层排泄项）作为输入项分别对5个分量进行预测,最终将分量预测结果累加获得地下水水位预测值。结果表明：EMD能够显著消除岩溶地下水水位的非平稳波动特征;EMD-LSTM耦合模型可有效提高岩溶地下水水位的预测精度,其均方根误差相比于LSTM神经网络模型、ARIMA模型分别减小了27.86%和59.94%。总体来说,本文所提出的EMD-LSTM耦合模型具有较强的可靠性和稳定性,可为岩溶地下水水位的精确预测提供借鉴。     

基于三维非稳定渗流分析的隧洞开挖地下水环境影响评价

水利工程中隧洞施工通常采用全部开挖完成再衬砌的方法。如针对开挖施工的短暂状态采用稳定渗流计算分析其对地下水环境的影响,并不符合实际,且往往会夸大地下水位降落的幅度和影响范围,因此采用非稳定渗流数值模拟技术来评价将更为合理。以某水电站发电引水隧洞施工为例,采用饱和-非饱和非稳定渗流理论,建立了引水隧洞区域的三维有限元模型,对隧洞开挖过程中区域地下水非稳定渗流场进行了数值模拟,总结分析了隧洞从开始挖掘到贯通过程的地下水变化规律并进行地下水环境影响评价。结果表明:采用三维非稳定渗流分析预测隧洞开挖过程中地下水位降落和降落漏斗扩大的过程是可行的;该工程引水隧洞开挖对该区域地下水影响较小,地下水补排关系总体无变化。