考虑场次降雨年际变化特征的年径流总量控制率准确核算

降雨资料的合理选取是进行年径流总量控制率统计分析的重要基础,直接影响到年径流总量控制率-设计降雨量对应关系的准确性。本文以北京市海绵城市试点区1951—2016年长序列场次降雨数据为例,定量分析了场次降雨划分方法和场次降雨序列年际变化对年径流总量控制率的影响。结果表明,较人为划分的日降雨数据而言,场次降雨数据能够更加真实地反映场次降雨特征。日降雨数据计算得到的设计降雨量整体偏低约14%,对于85%的年径流总量控制率条件,设计降雨量偏低5.9 mm。通过对6个场次降雨特征值进行M-K突变和趋势检验,将北京市海绵城市试点区的场次降雨序列划分为3个阶段,针对各阶段分别核算年径流总量控制率-设计降雨量关系,进而得到较为全面和客观的年径流总量控制率变化区间。因此,在数据资料允许的条件下,年径流总量控制率的核算应基于场次降雨数据进行,并在识别场次降雨序列年际变化特征的基础上,确定合理的年径流总量控制率变化区间,提高年径流总量控制率-设计降雨量对应关系计算结果的科学性,确保最优的海绵城市建设效果与合理的工程建设投入。     

不同水文年型海绵城市径流总量控制率特征研究

国家海绵城市试点已进入验收阶段,径流总量控制率是建设效果评估的关键指标之一。海绵城市建设技术指南中给出了径流总量控制率的计算方法,但它是通过长序列(一般30年以上)降雨数据排序计算得到的,是反映了长期降雨规律的一个综合平均值。海绵城市考核的年份往往对应具体的水文年型,用统一的综合平均值去考核具体的水文年型,在丰水年标准偏严,在枯水年偏松,不能客观反映海绵城市的建设效果。本文定量分析了海绵城市径流总量控制率的年际变化特性和概率分布特征,基于海绵城市建设技术指南核算了特定年份径流总量控制率的客观指标,可为海绵城市建设效果的考核提供参考依据。     

海绵城市年径流总量控制率指标分解探析

减少雨水径流外排,地块内雨水径流就地消纳利用是海绵城市建设的重要目标之一,雨水径流外排量由年径流总量控制率这一指标体现,如何科学合理地确定年径流总量控制目标,是近年来海绵城市建设过程中主要探索内容。以广州科教城片区为例,结合片区下垫面、排水管网等资料,利用容积法对年径流总量控制率进行指标分解,同时采用Infoworks ICM模型对各地块年径流总量控制率指标分解的合理性进行模拟验证,结果显示各地块在按照规划年径流总量控制率开发建设后,片区排水管网均满足10年一遇设计重现期,在100年一遇降雨条件下部分区域虽出现积水,但无内涝发生。研究表明,分解确定的各地块年径流总量控制率可用于指导片区开发建设,通过海绵城市建设可有效降低雨水外排,提升区域防灾减灾能力。     

海绵城市降雨典型年的模糊相似优选

为避免主观因素对降雨典型年提取结果的影响,基于兰州市29 a的降雨数据,选取年降雨量、年降雨天数、汛期降雨量、枯期降雨量和年降雨日极差5个相似因子,利用欧氏距离模糊相似优先比法提取降雨典型年。以年径流总量控制率和累计降雨频率作为评价指标,结合相关性分析对提取结果进行评价。同时将以上提取结果与绝对距离模糊相似优先比法的计算结果进行比较,进而验证欧氏距离模糊相似优先比法的准确性和计算过程的简捷性。结果表明：1991年为兰州市降雨典型年,降雨典型年的年径流总量控制率和累计降雨频率与多年年径流总量控制率和累计降雨频率的相关系数分别为0.997和0.981,提取结果具有可靠性,既反映了兰州市的典型降雨特征,又能满足海绵城市建设的需要。与绝对距离模糊相似优先比法相比,欧氏距离模糊相似优先比法有效简化了计算过程。     

汶川县降雨时空分布特征及设计暴雨频率分析

为减少降雨及设计暴雨时空异质性对汶川县造成的损失,揭示汶川县降雨时空分布特征与设计暴雨特征,基于2001～2020年的GPM卫星降雨数据,采用Mann-Kendall等方法,从年、月、汛期、日等时间尺度和不同量级尺度,对汶川县降雨时空变化进行分析,并采用随机暴雨移置法(Stochastic Storm Transposition, SST)进行设计暴雨频率分析。结果表明：(1)汶川县年总降雨量呈显著增长趋势,主要受汛期降雨变化影响。(2)降雨空间分布不均匀,小雨主要分布在汶川县西南部,中到暴雨主要分布在汶川县东部。(3)基于随机暴雨移置法得到的设计降雨结果具有可靠性;随着降雨历时的增长,设计暴雨中心有从汶川县西南部向中东部移动的趋势;小重现期时,设计暴雨的空间分布不均匀性更为显著。研究成果可为汶川县暴雨洪涝防治提供参考。     

自然状态下流域洪峰对降雨时空异质性的响应规律

针对自然状态下降雨时空异质性如何影响流域洪峰的难题,提出了基于RainyDay模型和SWAT模型的洪水频率分析方法。以东江流域为例,利用RainyDay模型构建不同重现期下的设计降雨,并将其重构为6种不同降雨时空异质性的降雨情景,将上述情景作为SWAT模型前端输入,定量模拟自然状态下流域洪峰对降雨时空异质性的响应。结果表明：当情景间的时间异质性差值趋于0时,随着情景间的空间异质性差值的增加,洪峰差值随之增大,最大洪峰差值超过700 m³/s,平均洪峰差值超过300 m³/s;当情景间的空间异质性差值趋于0时,随着情景间的时间异质性差值的增加,洪峰差值随之增大,最大洪峰差值接近700 m³/s,平均洪峰差值超过200 m³/s;在同一重现期下,降雨时空异质性均较高的情景所产生的洪峰高于其他情景,最大洪峰差值超过1 000 m³/s;降雨空间异质性对洪峰的影响较时间异质性更为显著。     

线性插值法估算年径流总量控制率误差分析

文章以大陆地区年径流总量控制率五大分区中的10座城市近30年逐日降水数据作为误差分析对象,将线性插值法得出的1%步长估算值与《指南》统计法得出的实际值进行误差分析,结果表明线性插值法对处于第一分区的城市估算误差较高,对处于其余四个分区的城市估算误差较低,线性插值法更适合于日降雨数据多且数值丰富的区域。     

城市流域径流峰值对降雨时空异质性的响应

基于高时空分辨率的降雨产品,采用RainyDay暴雨生成器生成具有不同时空分布情景和降雨历时的设计降雨,通过分布式水文模型GSSHA模拟分析径流峰值对降雨时空异质性的响应规律,结合协方差分析方法和所构建的降雨时空异质性指标体系,定量研究不同降雨时空异质性指标对径流峰值的影响。结果表明:耦合短时序(2008—2016年)栅格降雨数据和RainyDay暴雨发生器,可以生成与实际降雨时空分布相似的流域设计降雨;降雨时空异质性对径流峰值具有显著的影响,其影响比降雨历时和降水量对径流峰值的影响大;雨峰系数、降雨集中度、1 h最大降水量对径流峰值的影响较大,其中雨峰系数的影响随着降雨历时或降雨重现期增大而减小,而降雨集中度则相反。     

建筑与小区雨水调蓄设施的径流控制效果分析

近年来,内涝成为城市发展过程的一个突出问题,为减轻内涝灾害造成的损失,北京市颁发了《雨水控制与利用工程设计规范》(DB 11/685-2013),提出建筑与小区开发过程中应保证雨水调蓄设施容积、下凹式绿地比例、透水铺装使用率等3项指标,通过建立模型分析这些措施的雨洪控制利用效果。在此基础上,以北京市2011~2013年的实际降雨为例,研究了蓄水池和生态调蓄措施(以雨水花园为代表)在雨水径流控制效果方面的差异。     

深圳市罗湖区海绵城市建设规划研究

文章以深圳市罗湖区海绵城市建设规划与为案例,通过构建模型,对全区现状年径流总量控制率等指标进行了分析,摸清区域特点与海绵城市建设条件,明确高度城市化暴雨地区海绵城市建设的理念、规划等问题。通过数值模拟,分析规划用地条件下LID组合措施效果,发现针对高度城市化地区,开展海绵城市建设,需统筹水网、路网、土地更新,在不具备大规模建设蓄水设施的前提下,采用植草沟、下沉式绿地、透水铺装等措施效果较好。     

1957-2017年泾河流域降雨量及降雨侵蚀力时空变化分析

泾河流域受土壤侵蚀的影响,水土流失较为严重,为对流域水土流失风险评估和防治等提供参考依据,根据1957-2017年泾河流域5个气象站点的日降水资料,运用ArcGIS空间插值、小波分析、R/S分析等方法,分析了该时段降雨量及降雨侵蚀力时空变化规律。结果表明:泾河流域及各气象站点的降雨量与降雨侵蚀力均呈显著正相关关系;泾河流域降雨量与降雨侵蚀力年内分布不均,主要集中在夏季,分别占全年的67.80%和52.86%;泾河流域年均降雨量和降雨侵蚀力分别为496.83 mm和1 481.24 (MJ·mm)/(hm~2·h),年际总体呈波动上升趋势且未来降雨侵蚀力将延续增加趋势,两者均在1996和2009年出现突变点且第一主周期分别为27和17 a;泾河流域降雨量和降雨侵蚀力在空间上均呈从西北到东南递增的趋势。     

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。     

水资源保护与纳污总量控制

在讨论水资源保护的总体思路和技术路线的基础上,阐述了水资源保护规划中水功能区划分、水功能区纳污能力及污染物入河控制量核算等几个关键技术问题.在开展水功能区划分时,应充分考虑水体的自然状况和经济社会发展情况,合理划分水功能区,并确定其使用功能及水环境质量目标.水体纳污能力核算应根据不同水功能区类型及其水环境质量现状采用不同的方法开展.采用数值模型核算水功能区纳污能力时,应根据水体状况,选择合理的模型方法及相关参数.在实际工作中,应根据水功能区纳污能力和污染物入河量,综合考虑水功能区水质状况、当地技术经济条件和经济社会发展,核定不同规划水平年的污染物入河控制量.     

黄河流域降雨-径流关系时空演变研究

由于气候变化和人类活动的影响,黄河流域的降雨-径流关系发生了显著性变化,严重影响流域水资源的规划和管理。为了揭示黄河流域降雨-径流关系的变化特征、趋势及主要驱动因素,研究采用Mann-Kendall检验、双累积曲线法、Copula函数、累积量斜率变化率法分析1960-2010年黄河流域的径流系数时空变化规律、7个主要区间降雨-径流关系的突变年份、降雨径流组合概率变化,以及气候变化和人类活动对降雨-径流关系变化的贡献率。结果表明:黄河全流域降雨-径流关系有明显的趋势性变化,其中除黄河源区的径流系数没有明显变化及少数地区的径流系数有增大的趋势外,绝大部分地区的径流系数有明显减小的趋势;黄河流域7个主要区间,即唐乃亥以上、唐乃亥—兰州、兰州—头道拐、头道拐—龙门、龙门—三门峡、三门峡—花园口及花园口—利津的降雨-径流关系突变年份依次为1989、1984、1997、1979、1992、1987和1970年,年份差异主要受到人类活动时间的影响,流域内大规模水土保持措施开展的年份、水利工程的兴建时间都是造成降雨-径流关系发生转折的重要因素;黄河流域主要区间降雨-径流关系发生转折后,同等降雨条件下其产流能力降低;人类活动是降雨-径流关系变化的主要驱动因素,贡献率均在50%以上,且越往下游,影响越大。     

Harmoniousness analysis of total amount control of water use简

Based on the fundamental principles of total amount control of water use, the harmony theory was used in this study to develop a concept of the degree of harmony of total amount control of water use. Based on this concept, the harmoniousness of total amount control of water use was analyzed in terms of the supply and demand of water resources, water resources management, water use benefits, and water-saving level. An evaluation index system of the degree of harmony of total amount control of water use was established, and a method for calculation of the degree of harmony of total amount control of water use was developed based on the analytic hierarchy process （AHP） and fuzzy comprehensive analysis （FCA） methods. The new evaluation index system was applied to a certain area in Jiangsu Province, China. The degree of harmony of total amount control of water use over this area was calculated for different years. Results indicate that the evaluation index system and calculation method proposed in this study are feasible, and such a harmoniousness analysis can provide scientific references for the strict water resources management system that will be implemented in China in the near future.     

关于海绵城市两种降雨控制模式的讨论

我国《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建(试行)》采用降雨总量控制模式以实现径流总量控制目标,但降雨总量控制率并不等同于径流总量控制率,降雨控制需将降雨转换成径流后才能与径流控制对应。按美国EPA提出的降雨场次控制模式进行设计,其降雨场次控制率等于径流场次控制率,降雨控制与径流控制直接对应。为此,本文开展了关于海绵城市建设中两种降雨控制模式的讨论。论文首先对两种降雨控制模式内涵进行了解析。然后以北京、武汉、广州为代表比较了两种不同控制模式下的城市产流雨量设计结果。研究表明,两种降雨控制模式其设计降雨量具有一定对应关系,但概念上应有所区别;相同控制条件下,按降雨总量控制的设计降雨量要明显高于按降雨场次控制,但两种模式下的最优控制率差异并不大;总量控制模式能较好地反映城市年均产流水平,有利于雨水利用目标实现,而场次控制模式则更能代表城市对场次降雨的消纳能力,有利于径流污染控制目标的实现。     

乐清湾水污染物总量控制分配方法

从环境、自然资源、经济和社会的整体效益出发,以乐清湾COD总量控制为例建立了一种基于层次分析法的水污染物总量群决策分配方法。AHP准则层中评价指标的权重分别以专家评分法和相互重要性比较判断矩阵法来确定,子准则层中评价指标的权重分别以专家评分法、标准偏差法、熵法和理想权重优化模型来确定,从而构成各乡镇允许排污量相对于汇水区允许排污总量目标层的分配权重准则策略集。最后采用群决策博弈模型,将允许排污总量在乡镇之间进行分配。结果表明:该分配方法不仅克服了单一分配权重准则的不公平性,而且将政府决策和公众参与相结合,保证了分配依据的合理性和分配过程的公平性。     

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。