浑河支流东洲河关山水库抗暴雨能力分析

以浑河支流东洲河关山水库防汛调度为工程实例,结合水文气象和降雨预报,通过采取设置降雨量、前期影响雨量、防洪调度方式三种控制条件的不同组合方式,对关山水库的抗暴雨能力进行系统分析,提出了一种能运用于防汛调度实际的抗暴雨能力计算方法,分析成果可尽早发布预警并进行水库调洪,从而避免中小型水库由于调度不及时而出现的漫坝事故。为辽宁东部其他流域中小型水库的抗暴雨能力计算提供了参考。     

南京市短历时设计暴雨雨型研究

设计暴雨的确定是城市管网系统排水能力规划设计的重要基础。以南京市中心城区为研究区,首先应用暴雨强度公式分别计算历时60 min和120 min的不同重现期设计暴雨量,再基于1982-2015年降水资料利用年最大法选取得到年最大降雨序列,并计算综合雨峰系数,最后应用PilgrimCordery雨型和芝加哥雨型推求南京市中心城区历时60 min和120 min的设计暴雨过程,并对峰值大小、雨峰位置、雨峰出现时累计暴雨量进行对比分析。结果表明:历时60 min和历时120 min设计暴雨的雨峰分别处于整场降雨过程的1/2时间和前1/3时间;两种方法得到的雨峰值大小相当; PilgrimCordery雨型法计算的雨峰出现时累计暴雨量大于芝加哥雨型法;短历时设计暴雨雨型推荐选用芝加哥雨型。研究成果可为南京市中心城区地面积水风险评估与排水管网系统的规划和建设提供参考。     

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。     

大清河石门水库抗暴雨能力分析及河库联合预报调度研究

文章通过设定2类流域蓄水量及6类暴雨条件的不同组合情景,对大清河干流石门水库的抗暴雨能力进行分析,并对河库联合预报调度进行研究。水库抗暴雨能力可将空余库容转化为所能容纳最大降水量,更直观的反映水库各暴雨量级下的蓄水动态变化情况。结合抗暴雨分析下的河库联合预报调度可使水库在汛期调度更为科学。研究成果具有很高的实用价值。     

天津市设计暴雨雨型的演变

利用天津市1951—2004年54年逐分钟的暴雨资料,采用Huff雨型法研究了天津市设计暴雨雨型及其年代变化。结果表明,天津市的暴雨雨峰大部分出现在降雨历时的第一和第二的四分之一时段内;对比前后27年数据得到的设计暴雨雨型,发现近年来暴雨出现了雨峰提前、雨峰峰值升高等现象,受此影响,暴雨径流出现了洪峰提前、径流总量升高的现象;即使设计暴雨在总量上没有变化,其降雨过程和雨型对防洪排涝和年径流总量控制的效果也会有相当大的影响。因此设计雨型的研究和设计暴雨一样都应当时常更新,并在工程设计中考虑降雨过程和设计雨型的变化可能带来的影响和水文效应。     

无资料地区设计暴雨计算研究

山西云首水库所在的小流域无实测暴雨资料,水库工程设计时需要进行设计暴雨计算以推求设计洪水。参考了当地水文手册和水文图集,计算出5种标准历时的设计点雨量,通过点面折算系数得到设计面雨量,再采用暴雨公式将标准历时的设计面雨量转化为任一历时的设计雨量。计算了设计暴雨的日雨型和时雨型,并借助暴雨公式确定了主雨历时和雨量,为该区域设计洪水计算提供了不同频率的设计暴雨和暴雨时程分配资料。     

水库洪水概率预报和汛期运行水位动态控制

降水和洪水预报对水库防洪兴利综合调度至关重要。开展中长期降雨预报和洪水概率预报,不仅可延长预见期,还可考虑不确定性并提高预报精度。介绍了水库洪水概率预报和水库汛期运行水位动态控制,显著地提高了洪水资源利用率。建议进一步开展降雨洪水概率预报、水库汛限水位专题研究和应用,提高我国水库的科学管理水平。     

基于SWMM的暴雨模拟与LID效果评价——以西南石油大学为例

文章以西南石油大学成都校区为例,通过研究芝加哥雨型和当地暴雨强度公式构建出不同重现期的降雨过程线。利用SWMM模型,模拟分析在各个重现期降雨情景下增加LID措施前后地表年径流总量的变化,从而为评估海绵城市的建设效果提供参考。     

陇东地区沟道雨洪资源可利用量研究

根据甘肃陇东地区特殊的地形地貌及雨洪资源特点,以西峰区司家沟为例,分析计算该流域的雨洪资源可收集利用量。利用庆阳市西峰区的DEM数据、Quickbird资料和GIS软件对沟道特征进行分析,获得雨洪资源计算所需的沟道属性,选取暴雨频率为1%、5%、10%、20%、33%、50%和99%,进行沟道洪水特征分析。采取典型年法和单次暴雨分析法将暴雨频率与降雨频率统一,将不同降雨频率典型年大于20 mm的单次降水与基准暴雨量相对应,计算出典型年沟道的雨洪总量(可收集利用量)和单次降水的洪峰流量,得到降水保证率为25%时(1973年)雨洪资源可利用量为83.98万m~3,降水保证率为50%时(1980年)雨洪资源可利用量为81.28万m~3,降水保证率为75%时(2009年)雨洪资源可利用量为34.72万m~3,降水保证率为95%时(1986年)雨洪资源可利用量为42.49万m~3。计算结果表明,司家沟不同降水保证率沟道雨洪资源量的基本趋势为高保证率雨洪资源量小,低保证率雨洪资源量大,与降雨频率总体趋势一致;洪水频率跟降雨频率不同步,在干旱年降雨频率低时,洪水频率有可能较大,因此干旱年份对雨洪资源的利用显得尤为重要。     

暴雨事件中两变量联合分布研究

暴雨是包括年最大日雨量、降雨历时和相应的时段雨量等多个相关变量的水文事件.通过Copula函数分别构建年最大日雨量与时段雨量及降雨历时与时段雨量的联合分布.其中,年最大日雨量和时段雨量的边缘分布均为P-Ⅲ型分布,降雨历时的边缘分布服从指数分布.结果表明,年最大日雨量与时段雨量联合观测值的理论分布和经验频率拟合较好,降雨历时与时段雨量联合观测值的理论分布和经验频率也基本相符.在年最大日雨量、降雨历时及时段雨量的边缘分布和理论分布的基础上,推求两变量的联合概率分布及条件分布概率,然后推求相应的重现期.     

基于特大暴雨分级的水库上限起调水位分析方法

为提高水库抵御洪水能力,增加洪水调度预警时间,保证水库安全运行,提出了基于特大暴雨分级的水库上限起调水位分析方法,首先分析特定历时暴雨总量范围,在此基础上对可能发生的特大暴雨按雨量进行分级处理,对各级暴雨进行时空分配,应用水文模型模拟洪水过程,并按原有调度方法对研究水库进行调洪演算,进而确定安全运行理想暴雨量,在此基础上进一步研究超过安全运行理想暴雨量的各级特大暴雨,计算对应的上限起调水位,为水库预泄调度提供数据参考,增加防洪预警时间,以确保调洪时坝前最高水位不超过允许上限水位。该方法应用于洪渡河石垭子水库,计算确定了原有调度方法下水库安全运行理想暴雨量,并分析了超过该暴雨量的各级特大暴雨对应的安全运行上限起调水位,为石垭子水库防洪调度提供数据支撑。研究发现,部分中小水库防洪调度存在显著特点,按原有调度方式抵御特大洪水能力有限,新方法能够有效提高水库抵御特大洪水的能力。     

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。     

一种小流域暴雨及洪水要素的快速计算方法及实现

暴雨是诱发山洪灾害的直接因素,在流域的山洪灾害预警预报、风险评估时,经常涉及长系列大量的暴雨和洪水要素的计算问题,由于数据量巨大,传统的根据实测降雨数据推算暴雨及洪水要素的方法效率低,难以实现。以往常用的计算方法大多根据流域面积、净雨深和汇流时长等要素试算出结果,虽然计算简单有效,但是精度差。提出了一种小流域暴雨及洪水过程要素的快速计算方法,将传统的方法和C#二次开发技术结合,不仅保证了计算精度,还大大提高了效率。实验对比结果表明,新的暴雨洪水要素计算方法可以更加高效准确地计算出结果。     

不同暴雨情景下的城市内涝响应特征分析

针对近年来频发的城市暴雨内涝灾害问题,以广州长湴地区为例,构建了基于SWMM和LISFLOOD-FP的内涝耦合模型,结合历史暴雨事件提出一种新的短历时暴雨过程设计方法,在此基础上设计了114种暴雨情景,探讨了不同暴雨雨型和集中度条件下的城市内涝响应特征。结果表明：单峰雨型下的溢流和淹没情况比双峰和均匀型要高;在单峰雨型中,峰后型暴雨的溢流峰值最高,峰中和峰后型暴雨的溢流总量较大,峰后型暴雨导致的整体淹没情况较严重;重现期小于50 a时芝加哥型(r=0.7)暴雨导致的淹没情况最严重,而重现期大于50 a时单峰Ⅱ型(峰后型)暴雨的淹没情况最严重;重现期为100 a时单峰Ⅱ型的淹没范围及水深比芝加哥型(r=0.7)暴雨分别高8%和64%;暴雨集中度每上升一个等级,溢流及淹没情况明显加重;目前常用的芝加哥雨型在一定情况下存在低估内涝的风险,建议在内涝分析时进一步考虑更危险的雨型以及暴雨的集中度。     

南京地区暴雨变化特性分析

选取南京地区7个雨量站长系列逐时降水资料,分析暴雨时空分布规律与变化特性,并解析暴雨雨型特征。结果表明:南京地区暴雨时空分布不均性显著,市区年暴雨量和暴雨次数多于郊区;不同历时年最大降雨量总体呈现增大趋势,且主城区增加趋势更显著;暴雨以一般暴雨、弱暴雨为主,但容易引起内涝的短历时、高强度的暴雨频次呈现增加趋势,且主城区相对郊区增加趋势更显著;主城区弱暴雨、中暴雨和强暴雨分别具有14年、8年和3年的丰枯变化周期,特短暴雨、短暴雨和一般暴雨也都具有3年左右的丰枯变化周期;雨型(历时12 h暴雨)以容易引起内涝的单峰Ⅲ型雨型为主,加大了城市内涝防治压力。     

基于降雨情景模拟的城市社区尺度暴雨内涝研究

全球变暖背景下城市暴雨内涝灾害频发,对我国东部沿海城市影响显著。根据暴雨内涝的致灾因子进行分类,基于SWMM（Storm Water Management Model）对宁波地区分别构建了台风和非台风暴雨情景内涝响应模拟模型,并对比分析了台风暴雨内涝和非台风暴雨内涝的特征及其差异。结果表明:（1）台风和非台风暴雨在变化趋势、分布特征和时程分布上差异显著。（2）台风暴雨情景下,河道水位和流量主要受潮位影响,在高潮位时发生倒灌。在非台风暴雨情景下,河道水位和流量主要受降雨影响,并随着重现期的增大而增大。（3）台风和非台风暴雨情景下,研究区发生内涝的子汇水区数量和等级随着重现期的增大而增加,积水区域逐渐连片分布,最多有17个子汇流区发生内涝,占总内涝区域的80%。而在相同重现期的台风暴雨情景下,排水管网负荷率更高、节点洪流更大、内涝更重、积水历时更长、积水深度更深,积水历时超过10.7 h,积水深度超过67 cm。本研究丰富了研究暴雨洪涝的方法,可为社区尺度的内涝研究提供参考。     

分布式水文模型结合雷达测雨用于三峡区间的洪水预报

长江三峡区间因暴雨形成的洪水峰高量大, 对三峡水库防洪安全和运行调度的影响不容忽视。依据三峡地区的地形地貌特征,采用基于 GIS的分布式水文模型来模拟区间洪水过程,以尽量减小洪水预报中的不确定性。研究表明 ,降雨信息缺失是洪水预报不确定性的主要来源,尤其是在雨量站稀疏的山区,雨量站观测 的降雨信息难以充分表征降雨空间变化。为此,进一步尝试利用雷达测雨数据作为分布式水 文模型的输入,通过对2个小流域的示例研究,结果表明雷达测雨能捕获降雨的空间分布, 它与分布式水文模型相结合,是提高洪水预报精度的有效途径之一。     

基于Copula函数的浙江沿海流域雨潮组合风险分析

受暴雨与外江潮位共同影响,沿海地区防洪排涝问题异常复杂,传统的单变量水文频率分析已无法解决复杂的实际防洪排涝问题。为此,采用了二维Copula函数进行暴雨和潮位的二维联合概率计算,并基于同现风险率、条件风险率和防涝风险率进行风险分析,最终应用于浙江省多个沿海流域的雨潮遭遇分析。应用结果表明:Copula函数能够较好地模拟浙江省沿海流域的雨潮联合分布,准确定量地计算出不同雨潮组合下的风险率,且该方法分析成果与传统的洪潮遭遇分析成果基本一致,具有较强的可靠性和实用性。     

珠海市香洲城区降水变化特征及成因分析

基于珠海市1981—2010年逐日降水资料及2011—2018年CMADS中国大气同化驱动数据集V1-0及V1-1,利用Manner-Kendall检验法、小波分析法分析不同等级降水分布频率、变化趋势及周期特征,根据NASA GPM IMERG 0-5h分辨率的降水数据分析香洲城区51场大暴雨及特大暴雨的时程分配特征,并依据城区土地利用类型及气溶胶粒子的变化规律进行成因分析。结果表明：1981—2018年,香洲城区总降水量呈波动减小趋势,下降率每10a为65-70mm,主要原因是大雨及暴雨量级雨量的减少;年降水日数及总降水量均经历了增多—减少—增多—减少—增多的4次周期振荡变化,主周期均为25a左右;场次暴雨持续时间为4-5~23h,且降水时长有增加趋势,暴雨峰值的出现时间的概率由大到小为夜间、上午、午间、午后;城市化进程引起地面粗糙度增大对移动的降雨系统产生了阻碍效应,对城区降雨时长的增加有一定影响,且暴雨峰值的出现时间与空气中气溶胶粒子的日变化规律相关。     

基于WRF的郑州市暴雨中心最大时降雨过程模拟分析

为探究WRF模式对郑州市暴雨中心雨量最大时降雨过程的模拟能力,选用该模式常用的5种微物理过程方案,模拟郑州市2011-2018年发生的14场短时暴雨,结合时空分布、雨型、雨峰和降雨集中度等降雨特征进行分析。结果表明：WRF模式可以模拟出对应场次的降雨,但雨区位置有所偏移;60%以上场次降雨过程时间偏差在180 min内;模式对累积雨量模拟较好,模拟的降雨过程与实际过程相关性较高,但对过程雨量的模拟有所欠缺;采用模糊识别法分析雨型发现,WRF模式对郑州市单峰雨型模拟较好,对均匀类雨型模拟较差;WRF模式对单峰类雨型模拟时,其雨峰偏差基本控制在±30%内;13场降雨模拟结果的降雨集中度与实测结果基本相同。WRF模式总体模拟结果较为理想,可为郑州市短时暴雨研究提供数值方法的支撑。