降雨时空不确定性对城市河道洪水的影响

针对降雨时空不确定性严重制约洪涝模型模拟精度的问题,在深圳市布吉河流域研究降雨中心、降雨移动方向等时空特征对洪水过程的影响。利用2018—2020年的降雨监测数据,划分并筛选出116个大雨以上的降雨场次,进而对每个场次通过空间平均化处理和时间同步处理,分别构建空间平均和雨峰同步降雨过程;利用城市洪涝模型模拟116个降雨场次在实际降雨、空间平均、雨峰同步3种时空分布下的洪水过程;分析降雨中心和降雨移动方向对洪峰流量、洪水过程的影响。结果显示：经过空间平均化处理后,产生的洪峰流量较实际降雨模拟得到的洪峰流量变化范围为-43.9%～34.7%,而且当实际降雨中心位于流域几何中心下游时,模拟得到的洪峰倾向于偏高;经过雨峰同步处理的降雨较实际降雨模拟得到洪峰流量变化范围为-33.7%～20.0%,洪峰变化范围与降雨中心移动方向有较强的相关性;洪水过程与洪峰流量变化相对应,表现为洪峰增加、洪水持续时间缩短,或洪峰降低、洪峰持续时长增加。研究结论可为洪涝模型输入的降雨过程构建提供依据,为河道洪水风险评估、洪涝过程实时模拟提供借鉴。     

基于中长期降雨预测的北京市城区洪涝风险分析

受城市雨岛、热岛效应影响,北京城区极端降雨持续增多,城区流域遭受河道洪水、区域内涝双重考验,防御难度极高。以杨洼闸以上北运河流域为研究对象,基于气象、水文中长期降雨预测结果,结合历史典型暴雨洪水变化规律及可能性,基于底线思维开展洪涝情景构建与模拟,量化了暴雨洪涝风险。研究结果表明:2021年汛期降雨比气象常年同期略偏多,属正常偏旱年份,北京城区下垫面不透水面积比例大,导致降雨洪峰高度相关,因此发生极端暴雨时,城区积水频发。从最不利情景考虑,预计北关闸上洪峰将超过20年一遇,城区六环内可能出现149处积水内涝点。应加强北运河预泄、控泄及错峰调度措施,并在北京城区东部、东南部严重积水点和北部连片积水点提前布控抢险单元,研究结果可为2021年城市洪涝灾害防御提供借鉴。     

河道数据对流溪河模型预报中小河流洪水的影响

针对琴江流域构建了中小河流洪水预报流溪河模型,分别从河道断面形状、断面尺寸和河道分级的角度定量评估了河道特征数据对应用流溪河模型开展中小河流洪水预报的影响。结果表明:河道分级越多,模型模拟洪水的洪峰流量峰值越大、次洪径流系数越大、洪峰出现时间越早,模拟的洪水过程效果越好;在构建流溪河模型时,假定河道断面为矩形,采用卫星遥感影像估算河道断面尺寸的方法是可行的,模型模拟的洪水过程精度可以满足实际洪水预报的精度要求;利用改进的流溪河模型进行中小河流洪水预报时,以3级河道构建的模型洪水模拟精度最好,可很好地模拟中小河流洪水过程。     

基于多元线性回归数学模型的有区间汇流河道洪峰关系定量研究

用河道上游洪峰预测下游洪峰是洪水预报的重要环节.在考虑对河道上下游洪峰相关关系影响较大的区间降雨量、前期影响雨量、区间产流面积系数和区间净雨历时等几个主要参数的前提下,利用多元线性回归数学模型对有区间汇流河道的上下游断面洪峰流量相关关系进行了定量研究,并简要介绍了多元线性回归教学模型的建立过程,进行了实例分析和检验.     

矿渣堆积对小流域行洪能力影响的数值模拟研究

矿山开采过程中废弃矿渣堆积对流域水文过程有着一定的影响作用。建立了基于水动力方法的二维雨洪过程数值模型,分析5种不同重现期暴雨下矿渣堆积引起的地形改变对于大西岔流域行洪能力的影响。研究发现:矿渣堆积对于流域出口断面具有一定滞洪效果;5种不同降雨重现期中,10年一遇降雨时洪峰削减效果最为显著,当降雨重现期小于10年一遇时,地形对洪峰大小、到达时间起主要影响作用,反之,降雨成为主要影响因素;洪峰削减率随着断面向下游移动而逐渐增大。研究成果对于降低矿渣堆积流域下游洪水风险具有一定积极意义。     

温德河流域暴雨洪水时空特征及模拟分析

受降雨和地形影响,吉林省温德河流域季节性洪灾频繁。为了解温德河流域暴雨洪水规律,利用2017年7—8月3次山洪灾害的暴雨洪水监测资料,采用自主研发模块化小流域分布式水文模型模拟了流域的洪水过程,取得较高的模拟精度。并结合研究区春登河、西阳河及五里河等三个主要河段的模拟流量和暴雨时空分布特征,分析三场暴雨时空分布对洪水造成的影响,总结了该流域2017年山洪灾害产生原因。结果表明:①温德河流域三场超标准洪水由短历时强降雨引起,"雨洪同向"的降雨锋面移动特点使洪峰呈现陡涨陡落之势;②"7·13"和"7·19"洪水的降雨时空集中程度和暴雨中心分布的差异影响两场洪水洪峰峰型、流量和各河段的洪量贡献比,造成温德河流域不同程度的灾害。     

基于雷达短时临近降雨预报的王家坝洪水预报研究

近年来突发性灾害天气引发的洪水过程频发,研究耦合雷达临近降雨预报的洪水预报对于洪水灾害防治具有重要意义。根据淮河王家坝以上流域的历史降雨流量资料,构建了一个基于土壤湿度指数分布的集总式水文模型PDM。以此为基础选取了2016年流域内两场典型洪水过程,耦合驻马店S波段双偏振多普勒雷达的降雨观测数据,并对雷达测雨数据进行评估;再利用临近降雨预报系统STEPS,分别对两场洪水过程的最大降雨做临近3 h、2 h、1 h和30 min的降雨预报;通过PDM模型模拟洪水过程来对比分析雷达降雨与雨量站实测的模拟精度,研究雷达临近降雨预报在洪水预报中的适用性。结果表明:利用雷达降雨资料对洪峰流量的模拟比直接用雨量站资料更加接近实测值,洪峰误差在±2.7%以内;但雨量站模拟的总体拟合效果要好于雷达,两场洪水过程的纳什效率系数都大于0.8。雷达3 h以内的临近降雨预报精度可用作洪水预报,洪峰流量和洪水过程模拟效果良好,可满足实时作业预报的要求。     

一种城市洪涝快速分析方法的设计与应用

设计了一种综合运用城市洪涝模型、机器学习算法、案例式决策等技术的城市洪涝快速分析方法,以满足洪涝应急决策需求。首先,利用城市洪涝模型,建立以排水分区为单元的内涝方案库,其次,基于长序列历史降雨数据提取城市典型降雨时空模式。当发生强降雨事件时,第一步,对多源降雨数据进行格式同化和时空模式判别;第二步,将降雨和水情数据作为边界条件,调用水文、河道模型对水库、河道洪水过程进行计算,同时,基于排水分区尺度的降雨匹配从内涝方案库中提取各排水分区内涝结果;第三步,将水库、河道洪水实时计算结果和内涝匹配结果进行汇总,按结构化模板生成分析报告;最后,由专家确认并完善分析报告,为应急决策提供支撑。该方法在深圳市河湾片区进行实际应用,得到了较好的效果。     

水工程调度与低影响开发协同作用下典型城市片区洪涝过程模拟——以福州市为例

城市水工程调度与低影响开发措施，在应对城市暴雨洪涝中发挥了重要作用。本文以沿海城市福州主城区晋安河片区为例，构建一套综合的水文水动力模拟框架，从全域视角分析实时控制调度下的洪涝响应特征，并选择典型社区，从社区尺度下分析低影响开发措施与水工程调度协同作用下的洪涝过程。结果表明，全域尺度下，通过上游水工程联合调度可以有效控制下游内河水位，距离琴亭湖更近的晋安河主河道断面相比于下游断面，其断面水位变化受实时调度方案影响更为明显。在未考虑河道漫溢时，联合调度对河道水位的影响明显大于对内涝淹没的影响。在社区尺度下考虑河道漫溢时，低影响开发措施与水工程调度对内涝淹没的协同作用明显。在重现期为100 a、历时为2 h降雨下，协同治理前后，淹没面积由7.57 hm~2减少至4.85 hm~2;在苏迪罗台风降雨数据驱动时，协同治理前后，淹没面积由22.87 hm~2减少至9.83 hm~2。研究成果可以为城市防洪减灾应对措施提供一定的参考。     

HEC-HMS水文模型在流域洪水模拟中的应用——以山西石楼县义牒河流域为例

利用HEC-HMS水文模型及Arc GIS平台,对分辨率为30 m的DEM数据进行了预处理和数字流域的提取,并将义牒河流域划分为17个子流域,结合对应的土地利用及土壤类型数据,生成水文模型的基本计算单元,对该流域的降雨径流过程进行了模拟。由于研究区下垫面条件复杂,为了分析不同产汇流方法对洪水的影响,采用2种模拟方案。方案一产流计算选用初损稳渗法、径流计算选用运动波法、河道洪水演算选用马斯京根法;方案二产流计算选用SCS曲线法、径流计算选用SCS单位线法、河道洪水演算选用马斯京根法。结果显示:方案一洪峰合格率为88.9%,DC均值为0.773,洪峰出现时差为10 min;方案二的洪峰合格率为89.9%,DC均值为0.838,洪峰出现时差为8 min。从DC均值、洪峰数值、洪峰出现时差的角度说明该水文模型在义牒河流域的适用性较好。     

太湖流域平原河网降雨时程分布变化的洪水响应

近年来太湖流域平原河网地区洪涝灾害频发,居民的人身及财产安全受到了严重危害。降雨是导致本区域洪水的主要因素,其中最具代表性的降雨类型为梅雨和台风暴雨,由于二者时程分布特性有较大差异,其致洪机理也有所不同。以探究降雨时程分布对洪水过程的影响为目的,以太湖流域武澄锡虞水利分区为研究对象,采用MIKE 11与MIKE 21构建一、二维耦合水动力模型,利用实况洪水过程对模型进行率定验证,采用该模型对研究区域进行不同设计工况的模拟,讨论了次雨量、降雨历时以及降雨时程分布变化对太湖流域平原河网地区洪水过程的影响。结果表明:降雨时程分布对平原河网河道洪水过程有显著影响,其中长历时降雨对雨峰位置的后移较为敏感,短历时暴雨则受到降雨时间变差系数变化的影响较大,而次雨量变化则对二者都有显著影响。     

黄河下游洪峰流量对断面塑造作用的试验研究

根据泥沙动床模型试验结果,探讨了黄河下游不同洪水洪峰流量下断面的冲淤及形态响应、洪峰含沙量对河槽塑造过程中水流运动、泥沙冲淤、主槽形态及过流输沙能力影响等问题,研究结果表明,断面响应与洪峰流量大小、历时、来沙系数及初始断面形态有关,大漫滩与一般漫滩洪峰流量对断面塑造特性有明显的不同,弯顶断面和顺直断面具有不同的冲淤特性,研究得到大漫滩、一般漫滩及不漫滩洪峰流量下断面的响应模式,建立了典型断面形态参数对一般漫滩及不漫滩洪峰流量下水量、来沙系数参数响应的经验关系式.     

黄河中游府谷"2003.07.30"暴雨洪水分析

为了分析2003年7月30日在黄河中游陕西府谷水文站发生洪峰流量为12800 m3/s大暴雨洪水过程及其特点,采用了实测、对比、调查、以及合理性分析等,对这次洪水特点进行了研究,充分说明了这次洪水"降雨量大、强度大、持续时间短、范围小、突发性强,洪水涨落急剧、洪水持续时间较短、含沙量相对较小、府谷站与历史大洪水比较是低水位大流量"等一系列特点。这次洪水给府谷、保德等县造成严重灾害,经济损失较大,还造成了部分人员伤亡。洪水河道淤积较为严重,河道行洪能力进一步减弱,河道清理整治刻不容缓。     

海绵小区削峰减洪效率对降雨特征的响应

海绵城市建设一定程度上增加了城市下垫面的种类,使得城市降雨径流的非线性关系更加复杂。以分析降雨特征对海绵小区的径流控制能力的影响为研究目标,以厦门市典型海绵小区为例,通过SWMM模型模拟计算,分析了降雨重现期、降雨历时和降雨峰现系数对海绵小区削峰减洪能力的影响,计算了不同设计降雨条件下普通开发小区、海绵小区的洪量削减率和洪峰削减率。结果表明:随着降水重现期由2年增加至100年,总洪量削减率由63.8%降至50.9%,洪峰削减率由66.0%降至37.4%;随着降雨历时从1 h延长至6 h,总洪量削减率由58.3%增至61.8%,洪峰削减率由63.7%降至56.3%;随着峰现系数从0.1增大到0.9,总洪量削减率由58.3%增至61.8%,洪峰削减率由63.7%降至56.3%;海绵小区削减洪峰的能力对降雨过程更为敏感,降雨量越大、峰值越靠后,越不利于洪峰流量的削减;而降雨量越大、历时越短,越不利于总径流量的削减。海绵小区整体在不同雨强下的效用比单一低影响开发措施更为稳定,证明了海绵城市建设中多种工程相结合、注重竖向设计的做法比大量建设某一种设施更为有效。研究成果为海绵城市规划和建设提供参考。     

南方平原河网区城市内涝的全过程监测与特征分析

南方平原河网区中普遍存在由堤防、闸坝以及泵站形成的高度城镇化圩区,圩区内受降雨过程和泵站启闭影响的城市内涝特征和模拟方法仍有待探索。本文以常州市城市产汇流与内涝实验基地为对象进行了降雨、管道及河道水位流量等全过程长期监测,并通过布设水位计和视频监控设备进行城市内涝积水深度和范围自动监测。监测数据表明圩区内管网和河道流动性很差,管网长期处于淹没状态,监测期间管道水深有75%时间大于0.76 m;在检查井未发生溢流冒水现象时,仍然会发生内涝积水且主要集中在雨篦子周围道路低洼处,其深度和范围主要受到降雨过程、地形、雨篦子收水能力和泵站启闭的影响;开启泵站在增大管网排水能力的同时也在一定程度上削减了内涝积水范围。因此,根据降雨预报与内涝积水实时监测信息及时调控圩区水位可以有效缓解内涝积水情况,在模拟城市内涝时也不应忽略雨篦子收水能力和泵站启闭对内涝过程的影响;本研究可为构建城市内涝全过程在线监测平台提供参考,也能为城市内涝过程的概化模拟方法提供依据。     

气候变化对珠三角地区典型城区流域排水系统的影响

以珠三角地区广州市典型城区流域东濠涌流域为研究区,采用Delta方法和年最大值法相结合推求未来时期东濠涌流域短历时暴雨强度公式,基于InfoWorks ICM构建一二维耦合的东濠涌流域城市雨洪模型,定量评估气候变化对排水系统的影响。结果表明:在RCP4.5和RCP8.5情景下,未来时期降雨强度峰值以及累积降水量均呈增加的变化趋势,城市排水系统节点溢流量、超载管道比例和淹没深度增大,给排水系统带来更为严重的影响。这一结果表明未来时期珠三角地区可能遭受更为不利的洪涝风险灾害。     

小流域截洪沟洪峰流量计算方法研究与比较

截洪沟洪峰流量是截洪沟设计的重要参数。通过工程实例分析比较三种截洪沟洪峰流量计算方法,研究了降雨历时、山洪容重和重现期对三种方法洪峰流量的影响,并分析了各方法主要影响因素的显著程度。结果表明,对于工程实例,方法1(水土保持工程设计规范)和方法3(室外排水设计规范)的结果较接近,更偏安全。洪峰流量随降雨历时的增大逐渐减小,两者呈幂函数关系;洪峰流量随山洪容重的增大而增大,两者基本呈指数函数关系;洪峰流量随重现期的增大基本呈对数增长趋势。方法1和方法3各因素的影响程度从大到小排序为汇流面积降雨历时径流系数重现期;方法2(开发建设项目水土保持技术规范)各因素的影响程度从大到小排序为汇流面积径流系数重现期高含沙山洪容重。     

设计降雨特征对城市内涝模拟结果的影响分析

降雨是城市内涝的主要诱因之一,不同降雨特征对于城市内涝风险的影响也有所区别。为了进一步挖掘降雨特征对城市内涝风险的影响,采用综合流域排水模型（InfoWorks ICM）构建了我国南方某城市的内涝模型,系统分析了设计降雨的雨型和历时特征对城市内涝模拟结果的影响。在4个重现期的3种降雨雨型和3个降雨历时条件下,共计36个不同降雨情景对研究区的内涝情况进行模拟。通过对比不同模拟情景下的积水深度、积水面积以及积水量等结果发现：在相同降雨雨型和重现期条件下,降雨历时对积水深度的影响有一定的差别;在不同降雨雨型和降雨历时模拟情景中,积水点的位置基本保持一致,而积水面积受降雨雨型和降雨历时的双重影响;峰值积水量受降雨雨型影响较大,受降雨历时影响较小,而积水总量受降雨历时影响较大,受降雨雨型影响较小。研究中量化分析了不同设计降雨特征对城市内涝模拟结果的影响,旨在为合理地开展城市内涝预警以及应急管理等工作提供依据。     

平原感潮河网地区河道洪水对村镇内涝的影响

随着平原感潮河网地区城市化快速发展,下垫面变化落后导致河道泄洪能力不足,河道洪水水位明显上涨,村镇内涝灾害日益频繁,已明显制约当地经济发展。在分析平原感潮河网地区村镇内涝影响因素基础上,以典型村镇为例,通过数值模拟方法分析该地区河道洪水对村镇内涝影响。结果显示50 a一遇与100 a一遇河道洪水分别导致村镇排涝水量减少25.17%,55.24%,排涝水量减少对村镇内部河流洪水过程的影响明显。降雨量增大加剧了排涝水量减少对村镇内涝淹没面积扩大的影响。河道洪水可导致村镇内涝淹没面积扩大22%,加剧了村镇内涝灾情。此研究成果可为该地区村镇内涝风险管理提供参考。     

西控工程对望虞河西岸地区防洪的影响

为了评估西控工程对望虞河西岸地区造成的防洪影响,以望虞河西岸为研究区域并结合其水文特性,构建了适合于模拟平原河网地区产汇流过程的MIKE11水文水力模型并利用当地降雨、水位等实测资料进行了率定。通过模拟50年一遇设计暴雨情况下的不同工况,得到研究区域内水系各节点的水位等要素变化情况,并依此分析了西控工程对望虞河西岸地区造成的防洪影响。结果表明:西控工程运行后,研究区域内重要节点的最高水位抬升明显,部分地区有遭受洪水淹没的风险;MIKE11水文水力模型对于分析平原河网地区河流沿线闸控影响具有较高的应用价值。