平原城市雨洪过程模拟

本文提出一个适合平原城市水文过程模拟的数学模型，由产流、坡面汇流、管网汇流、河网汇流4个子模型组成.对北京市太平湖排水小区雨洪过程模拟验证表明，结果是可靠和合理的.     

基于USRAMS的城市雨水管网排水能力分析

现行《室外排水设计规范》(GB 50014-2006,2014年版)指出应用推理公式法计算雨水设计流量适用于小尺度排水流域,排水流域大于2km2的宜采用数学模型法。为了分析城市雨水管网排水能力,采用USRAMS模型软件构建雨水管网模型,应用芝加哥降雨生成模块计算不同重现期的芝加哥降雨雨型,通过USRAMS管网运行模块选用等流时线法和动力波法进行不同重现期情景的地表产汇流和管网汇流模拟计算,可以统计各重现期情景下的管段最大充满度结果,并以管段最大充满度为依据将雨水管段划分为不同的排水能力标准区间,评估管网的排水能力。以哈尔滨市五道街流域为例介绍了该方法的具体应用情况。     

基于精细化排水数值模型的流域海绵规划研究——以清河流域为例

海绵城市建设规划中径流控制指标受城市功能区、下垫面类型及排水条件的综合影响,在排水区尺度科学分解该指标具有较大的挑战性。针对该问题,本研究选择典型城市流域——清河流域,基于高分辨率的管网、河网、地形和下垫面等资料,构建精细化流域综合洪涝模型,涵盖降雨产流、管网汇流、河道汇流和地表漫流等过程。以该模型为基础,开展现状年径流总量控制率分析,结合不同海绵措施实施方案,模拟不同暴雨重现期下降雨径流削减率,提出流域尺度的海绵城市建设径流控制目标,为海绵城市规划和建设效果评估提供技术支撑。     

一种基于下垫面变化的产汇流模型及其应用

为土地利用变化较大的流域构建产汇流模型时,下垫面的变化是一个极其重要的因素。利用中国科学院土地资源分类系统将流域分为不同的下垫面类型,在每一种下垫面上分别考虑蒸发和下渗要素的影响,运用超渗-蓄满耦合产流模式进行产流计算,并采用单位线汇流和线性水库模型演算至流域出口断面,从而构建了基于下垫面变化的产汇流模型。在模型率定和验证时,对大清河水系紫荆关流域的洪水序列作频率分析,以不同重现期的洪水序列分别对模型进行率定和验证。从模拟结果来看,模型结构基本反映了流域产汇流的各个环节,模拟结果能够满足研究精度要求。     

西部平原产汇流计算方法初步分析

此计算方法的产流部分采用下渗强度与下渗量关系曲线,结合流域下渗分配曲线;汇流部分采用经验公式推求流量.经流域验证效果较好.为西部平原水资源量估算提供一种可行的方法.     

Infoworks ICM在珠海金湾机场内涝提标改造中的应用

2018年8月11日13:00～17:00珠海市金湾区4h总降雨量高达351.5mm,极端降雨造成了山洪外泄,导致机场周边积水严重。采用Infoworks ICM城市流域综合模型,在模型中统筹考虑山水汇流、截洪沟截流、水库蓄水、排水管网排水、河道及外海潮位顶托,对珠海机场片区进行模拟评估,在分析机场被淹的具体成因基础上,最终提出加高截洪沟、完善雨水收集系统、扩大排洪渠、增设泵站等内涝系统治理方案,消除水浸黑点,保障珠海机场片区的正常秩序与行洪安全。     

城市水文模型原理

城市水文过程因强烈的人类活动影响而发生了深刻变化,科学精细地模拟城市区域的产汇流过程是解析城市水问题机理的科学基础。在系统剖析城市水文模型原理的基础上,将城市复杂下垫面根据其透水特性划分为不透水单元、透水单元、半透水单元、伪透水单元、强透水单元、水域单元等六类基本单元,并构建了不同类型城市水文响应单元的水文特性曲线,基于圣维南方程组和Navier-Stokes方程提出了城市管网与河湖水系水动力学模拟的技术方案。在耦合城市水文响应单元的降水—截留—蒸发—入渗—产流模块、地表汇流模块、管网汇流模块、水系一维水动力学模块等基础上,以水循环过程为主线,将水文模型的径流输出作为城区一维管网、河道水动力模型的输入边界,实现水文模型与一维管网、河道水力学模型的集成。将单元水文模型通过城市管网和河湖水系等连接方式集成到城市水文模型系统中,弥补了现有城市雨洪模拟在水文学机理上的不足,可为城市排水防涝和海绵城市建设提供科学基础。     

城市水文模型原理刘家宏

城市水文过程因强烈的人类活动影响而发生了深刻变化,科学精细地模拟城市区域的产汇流过程是解析城市水问题机理的科学基础。在系统剖析城市水文模型原理的基础上,将城市复杂下垫面根据其透水特性划分为不透水单元、透水单元、半透水单元、伪透水单元、强透水单元、水域单元等六类基本单元,并构建了不同类型城市水文响应单元的水文特性曲线,基于圣维南方程组和Navier-Stokes方程提出了城市管网与河湖水系水动力学模拟的技术方案。在耦合城市水文响应单元的降水—截留—蒸发—入渗—产流模块、地表汇流模块、管网汇流模块、水系一维水动力学模块等基础上,以水循环过程为主线,将水文模型的径流输出作为城区一维管网、河道水动力模型的输入边界,实现水文模型与一维管网、河道水力学模型的集成。将单元水文模型通过城市管网和河湖水系等连接方式集成到城市水文模型系统中,弥补了现有城市雨洪模拟在水文学机理上的不足,可为城市排水防涝和海绵城市建设提供科学基础。     

小清河干流治理工程设计洪水分析计算

设计洪水分析计算的成果直接影响到干流建设的规模。本次计算采用流域内实测雨量系列，结合流域自然地理条件，划分不同的河段和计算单元，以分河段降水总量控制，采用同频率典型雨图放大方法推算单元设计雨量，依次进行产流、汇流和水库、湖泊、洼地的调节计算及洪水组合，求得干流各河段设计洪水。     

分布式单位线在河北雨洪模型中的应用

因河北雨洪模型的汇流计算方法难以用于无资料流域,其汇流参数难以获得且不宜移用,为此,将基于数字高程模型的分布式单位线用于河北雨洪模型,并对峪门口流域4场较大洪水过程进行了模拟。结果表明:4场洪水洪峰流量相对误差均<5%,峰现时间误差均<2 h,确定性系数均>0.85,模拟效果令人满意。河北雨洪模型与基于流域地形地貌特征的分布式单位线相结合,可解决无资料流域,特别是山丘地区中小流域的洪灾预警预报等问题。     

岔巴沟流域数字水文模型研制与应用

结合无定河水系的岔巴沟流域的气候、植被以及下垫面条件等,重点探讨了流域产汇流模拟问题。在流域产流机制方面,采用的是超渗产流模式,在每一网格单元上建立数字产流模型;在流域汇流方面,由DEM(数字高程模型)所提取的水流路径和水流路径坡度等信息确定汇流参数,采用等流时线法考虑汇流的滞后效应,应用线性水库法考虑汇流的坦化过程;最后,将数字产流模型和数字汇流模型有机结合,建立了数字水文模型,使用该数字水文模型对岔巴沟流域进行了径流模拟,取得了较为满意的结果。     

新安江模型与衰减记忆最小二乘法耦合洪水模型的应用

利用新安江模型进行流域产流计算，采用扩散波方程推得的汇流状态方程描述流域汇流过程，由衰减记忆递推最小二乘法实现参数估计实时化，从而使新安江模型与衰减记忆递推最小二乘法耦合，实现洪水实时预报。利用耦合模型对矶头水库76场入库洪水进行模拟，模拟结果表明，耦合模型适合中小水库入库洪水实时预报，预报精度比独立使用新安江模型得到了大大的提高。     

城市洪涝仿真模型地下排水计算方法的改进

为了增强对城市地下排水的模拟能力,获取更为详细的计算结果信息,提高城市洪涝分析水平,对现有洪涝仿真模型的地下排水计算进行了改进,提出在同一模型中对排水管网采用简化和细化相结合的计算方式。简化计算采用等效体积法实现,细化计算采用建立真实管网的一维动力波方程实现,并在特殊道路通道和网格上实现地上、地下水流交换。同时,在降雨产流计算中考虑地面透水性,形成了面向城市降雨产、汇流和排水的洪涝全过程模拟模型。改进后的模型对地下排水的模拟适用性更强,计算结果更为丰富,提高了区间暴雨导致的城市洪涝模拟能力。文中以上海市蕴南控制片洪涝分析计算为例,说明改进模型可获得较好的应用效果。     

流域汇流计算的逆高斯分布模型

将水流在天然流域中的汇集过程概化为在多级河网中的汇集，从而建立了一种新的具有物理基础的逆高斯分布瞬时单位线流域汇流模型。该模型不仅能用于地面净雨的汇流计算，还适用于总净雨的汇流计算。同时，在参数优选方面，提出了包括峰现时差因素在内的几种简化多目标函数，取得了明显效果。     

流域汇流计算的逆高斯分布模型

将水流在天然流域中的汇集过程概化为在多级河网中的汇集，从而建立了一种新的具有物理基础的过高斯分布瞬时单位线流域汇流模型。该模型不仅能用于地面净雨的汇流计算，还适用于总净雨的汇流计算。同时，在参数优选方面，提出了包括峰现时差因素在内的几种简化多目标函数，取得了明显效果。     

外河对城市排水管网影响的数值模拟研究

针对城市外河道水位与城市排水管网水流相互影响的问题,将外河道纳入城市雨洪系统中,采用水动力学方法进行外河道、管道内的汇流演算,构建了街道、管道、外河道3层结构的城市雨洪模型,模拟不同外河水位条件、不同洪峰遭遇条件对管流运动过程的影响。结果表明,外河水位较高时,会对管网水流有顶托作用,特别是当管道出流处于完全淹没状态时,管网排水能力将大大降低;当外河道洪峰与管道洪峰叠加相遇时,推迟外河道峰现时间,可减少外河水位过高对管网排水产生的不利影响。     

群众性水利和水土保持工程对洪水径流影响计算的新方法

本文提供的方法是试图用建立在明确的物理概念上的成因分析方法来解决群众性水利和水土保持工程对洪水径流影响的计算。计算把洪水径流的形成过程划分为三个阶段:(1)降雨以后,流域表面没有水流动的阶段,亦称产流前阶段。(2)坡面积水,并沿程流动及下渗,一直到雨止以后,坡面蓄水继续沿程下渗及进入河网成为雨止后总入流,直到坡面蓄水耗尽为止,这一阶段,称为坡面漫流阶段。(3)进入河网的总入流,沿河槽发生不稳定流动,称为河槽汇流阶段。从工程前的水文资料可以分析出第一阶段中的主要特征曲线,即以前期土壤吸水量为总指标的初渗值关系;可以分析出第二阶段的坡面蓄水量与总入流量关系及坡面平均入渗率随时程变化的关系;这些关系是流域地貌、植被及土壤特征的综合反映;结合到建立起来的坡面水量平衡方程式,就可以由降雨过程计算出总入流过程。坡面上的水利水保工程的作用,可以按其对径流形成各个阶段的影响分别考虑;例如封山育林,既增加植物截留,影响第一阶段,又增加地面糙率,影响第二阶段,这些作用可以分别在各个阶段中加以考虑。因此,只要知道工程的类型规格和数量,就可以计算出在坡面工程以后各个阶段综合反映径流形成的特征曲线的变化;从而计算出在设计暴雨条件下经过各种工程作用以后的总入流过程。一切坡面工程都不影响径流形成第三阶段,故当河道上无大量工程时,河槽汇流曲线保持不变。对于分散的大量小型水库,象葡萄串式的分布在流域内各处,设计标准一般不高,因此要计算在设计暴雨条件将被冲毁的水库的数量,被冲毁水库的库容占全部水库总库容的百分数,这些问题,本文都提出了初步解决的办法。对未被冲毁水库的拦蓄和调节作用的计算,对被冲毁水库在设计暴雨以前的蓄水量、本次暴雨中先起拦蓄调节洪水的作用,垮埧后的洪水波等一系列的计算问题,亦提出了计算方法。通过算例,说明了各种坡面工程作用后的总入流过程的变化;大量未垮水库控制面积上经过调节后的总入流过程;被冲毁水库控制面积上经过调节和冲毁后的总水流过程;以及全流域平均的总入流过程。从计算成果可知,上述工程使总入流的总量减少,过程拉平历时拉长,洪峰降低偏后;因而即使河槽汇流条件不变,出口断面的流量过程亦将发生相应的变化。最后,作为一个理论兴趣,本文附带证明了一点;坡地漫流历时的长短不仅与坡面条件有关,且与后期雨率的大小有关。     

关于流域内溶蚀洼地较多的伏流区水库设计洪水计算方法的探讨

水库上游伏流区溶蚀沟槽洼地较多时,可选择采用水库同一流域内的水文站洪水资料进行水库坝址处洪水计算,一般方法为水文比拟法,同时应结合历史洪水调查成果,采用雨洪法、伏流区洪水计算经验公式计算洪水后进行对比分析,并从偏安全等方面合理推荐采用的设计洪水计算方法及成果。     

无资料地区中小型水库预测预报方法研究

无资料地区的水文研究是水文预报的难点和重点,流域下垫面条件是流域产汇流的重要因素。采用《山西省水文计算手册》流域下垫面划分方法,结合长治、晋城两市中小型水库流域产流、汇流及有关的河道特征等资料,给定相应产汇流参数,根据不同降水情况进行中小型水库洪峰、洪量、洪水过程模拟,提出与实时降水相关的洪水预报方法。     

城市区域雨水地面径流模拟方法探讨

本文将水力学方法与水文学方法相结合，在用圣维南方程描述城市雨水地面径流过程的基础上引入全面汇流和部分汇流的概念，用线性叠加原理将均匀净雨强度下的坡面流理论应用于非均匀净雨强度下城市小区域地面径流模拟，从而建立了平原城市区域雨水地面径流过程模拟模型，并在进行流量过程线性叠加时采用3种净雨分割方式检验模型的模拟成果。最后将模拟结果与雨水管理模型SWMM进行对比，证明本文模型是较为合理和可行的，且具有一定的模拟精度和应用潜力。