城市雨水管网暴雨洪水计算模型研制及应用

建立了城市雨水管网暴雨洪水计算模型,采用Keifer-Chu法、径流系数法、Horton下渗曲线法、等流时线法、马斯京根法分别对暴雨时程分布、不透水区产流、透水区产流、地表汇流、管网汇流进行分析和计算,并以长沙雅华小区实测资料对该模型进行检验.结果表明,该模型精度较高,简单方便,对我国城市化地区的雨水径流计算具有重要的指导意义和实用价值.     

基于运动波下渗的产流模型研究与应用

阐述了基于运动波下渗的产流模型的基本原理,并在长江三峡地区沿渡河流域进行了初步应用,结果良好。该模型从描述流域各点土壤水分剖面的变化过程出发,给出流域下渗能力和饱和面积的时空分布,从而得到超渗径流和蓄满径流成分在流域上的时空分布,在物理概念合理的框架之下实现了超渗和蓄满产流机制的综合模拟。     

土石混合物入渗性能试验及模拟研究

为研究碎石含量与粒径对土壤入渗能力的影响,通过向自然土壤添加不同粒径、不同含量的碎石,在定水头条件下,研究了碎石含量和粒径对其入渗能力的影响,并通过Horton模型、Philip模型、Kostiakov模型及修正的Kostiakov模型对入渗率进行拟合,确定土石混合物入渗过程的适用模型。研究结果表明,相同碎石粒径条件下,累积入渗量与碎石含量呈正相关关系;相同碎石含量条件下,碎石粒径与累积入渗量呈负相关关系;通过Horton模型、Philip模型、Kostiakov模型及修正的Kostiakov模型对入渗率拟合的对比分析,发现修正的Kostiakov模型模拟含碎石土壤入渗率具有较高的精度,适用于试验所选的土石混合物。研究结果可为农业灌溉和水土保持提供参考。     

基于随机理论的Nash单位线研究

应用随机理论对Nash单位线进行分析研究，把模型参数Ⅸ看作是随机变量，推导出Nash随机S曲线的公式并应用于沿渡河流域的汇流计算中。应用这种方法模拟降雨径流过程能同时给出出流过程均值和方差。     

改进的分布式水文模型在渭河流域的适用性分析

将具有物理机制的Green-Ampt下渗曲线引入到基于数字高程模型(DEM)的分布式水文模型(DDRM)中,在DDRM的栅格结构中增加了超渗产流模块,实现了对DDRM模型的改进。将原模型、改进的模型和新安江模型在渭河流域进行应用和验证,探讨了DDRM模型在半干旱半湿润地区的适用性,即采用渭河流域1km×1km的DEM提取流域特征信息并划分子流域,并以子流域作为空间分解单元,借助多线程并行化计算提高了模型计算效率。从Nash-Sutcliffe效率系数、径流深相对误差角度对模拟结果进行比较分析,表明改进的DDRM模型模拟效果优于原模型;改进的DDRM模型径流深相对误差小于新安江模型,但NashSutcliffe效率系数略低于新安江模型;且由于产流机制的改变,改进前后模型模拟的两种水文要素分布也呈现出一定的差异。     

基于蓄满超渗兼容模型的山洪灾害临界雨量探讨

山洪预警是减少山洪灾害损失的重要手段,临界雨量的确定则是山洪预警过程中重要的一环。以裴河流域为例,根据山丘区实际情况,分析流域蓄水容量分配曲线与流域下渗能力分配曲线的关系,建立蓄满超渗产流兼容模型。通过参数率定,确定模型所用参数,模拟出的洪水过程洪峰流量与实际洪水过程洪峰流量误差均在6%以内,利用模型进行山洪预警的准确率为81.25%,与水文比拟法所得预警指标相比,准确度更高。     

滹沱河流域汛期气温、降雨及径流变化特征分析

分析汛期水文气象等要素的变化特征对认识流域水资源演变规律非常重要。选取滹沱河流域1958~2004年的水文气象数据,采用线性趋势回归检验法、滑动秩和法及Morlet小波分析法分别对汛期水文气象要素序列的趋势、突变及周期性进行分析,并基于Surfer 9软件分析了降雨变异前后空间分布的变化情况。结果表明,滹沱河流域汛期月平均气温呈升高趋势,而降雨及洪量则呈下降趋势;气温、降雨和洪量序列均存在突变现象,变异点大致出现在1980年前后;变异后流域平均降雨量明显减少,且变异前后降雨空间分布也存在明显差异,变异前降雨在流域空间上更为集中,更易形成洪水过程,变异后滹沱河流域洪涝灾害发生可能性有所降低。     

降雨移动方向对山区小流域洪水过程的影响

为分析降雨移动方向对山区小流域洪水过程的影响，结合流域地表径流汇流路径特点，基于物理概念的流域分布式水文模型，通过设计不同雨强下多种降雨移动方向工况，对比研究了各种工况对山区小流域洪水过程的影响。结果表明，降雨移动方向对流域洪水过程的影响主要表现在洪水峰值的差异上。在相同雨强和降雨量下，降雨沿着流域汇流路径减少的方向移动会比沿其相反路径移动产生更高的洪水峰值。在相同雨强和降雨移动速度下，流域内降雨移动的路径越长，形成的洪水峰值越高。随着降雨移动方向的改变，较低雨强(120 mm/h)模拟得到的洪峰也可能高于较高雨强(180 mm/h)模拟得到的洪峰。结合降雨的移动特征，流域的地形形状和汇流特点共同控制了降雨移动方向对径流过程的影响。     

考虑降雨空间异质性的流域洪水过程模拟研究

气候变化等因素使得降雨时空分布不均匀性增强，研究洪水对降雨空间异质性的响应关系，对于指导干支流不同频率暴雨组合遭遇条件下的流域洪水模拟意义重大。以山东省沂河临沂站以上流域为例，应用新安江模型构建流域水文模型。利用1980～2020年6～9月逐小时降雨数据进行频率分析，推求沂河流域降雨历时为72 h的不同重现期的设计暴雨。通过不同重现期的暴雨组合设计情景，利用构建的水文模型模拟，对临沂站的洪水过程进行分析，得到降雨空间异质性对洪水过程的影响关系。结果表明，降雨空间分布对洪峰流量的影响显著，靠近流域出口的区域降雨量是洪峰流量的决定性因素，降雨空间异质性高的情景下，较小的降雨也可能产生较大的洪水峰值流量。研究结果可为降雨空间异质性导致的干支流洪水遭遇条件的下游断面洪水预报提供参考。     

蚁蚂吐河流域降雨径流关系变化分析

分析流域降雨径流关系对于区域水资源规划管理有重要意义。以蚁蚂吐河流域为例,采用统计学方法,分析1956～2018年下河南水文站降雨-径流关系变化趋势,结果表明蚁蚂吐河流域降雨年际变化不明显,呈缓慢减少趋势,但径流深呈显著下降趋势且变化幅度大幅减小。通过M-K检验、双累积曲线法分析,降雨径流关系发生突变的年份为1998年,1998年以后径流系数显著减小。选择1998年前后典型年进行分析,月径流变化幅度减小,汛期产流量明显减小。初步分析是由于汛期降雨量减少,流域内植被覆盖度大幅提高、水土保持工程大量增加,造成蚁蚂吐河流域下垫面条件改变,共同影响降雨径流关系。     

地下水位埋深对地表径流量及入渗补给量影响的数值模拟

针对五道沟实验站亚粘土（砂姜黑土）且无植被覆盖区内的蒸渗仪中的不同地下水位埋深之上的非饱和土层,建立了非饱和带数值模型,进而模拟出不同地下水位埋深时的地表径流量及入渗补给量变化规律。数值模拟结果表明,地表径流量及入渗补给量随降雨量增大而增大,地表径流系数总体随降雨量增大而增大,随地下水位埋深增加而减小;但对强降雨,地下水位埋深对地表径流系数影响较小。     

长江下游小流域不同降雨类型水文要素同位素特征分析

为分析长江下游小流域不同降雨类型水文要素的同位素特征,结合氢氧同位素资料,分析了长江流域下游和睦桥小流域两场降雨事件(台风雨和梅雨)中各水文要素。结果表明,各水文要素同位素的时程效应较为显著。台风雨事件中降雨同位素愈来愈贫化,而梅雨事件中的降雨同位素具有显著富集趋势。各水体同位素值围绕大气水线分布,表明均由降雨产生。河水同位素变化不明显且分布最为集中,体现了降雨同位素特征的消减性。土壤水同位素由于在土壤水入渗过程中发生了混合作用,造成δ2H-δ18O相关点位于大气水线的右下方且集中分布。研究成果可为长江下游流域的径流成分划分与水循环机理研究提供参考。     

基于栅格的分布式流域水文模型的构建与应用

以栅格植被根系层深度、田间持水量、饱和土壤含水量作为衡量流域内各点蓄水容量和最大蓄水容量的基础,建立了基于蓄满产流的栅格型分布式流域水文模型,并模拟了积雪融雪、蒸散发及产汇流过程.模拟结果表明,构建的流域水文模型模拟精度较高,方法可行.     

竹林流域各水源的同位素特征对降水事件的响应分析

河水与地表蓄水补给来源的确定对于深入理解流域产流机制及流域滞时分布具有重要作用。通过采集2015～2016年和睦桥竹林小流域5场台风雨事件中林外降水、贯穿降水、地表蓄水、河水和土壤水水样并分析其氘氧稳定同位素特征,探究河水和地表蓄水同位素差异及补给水源。结果表明,林外降水相较于贯穿降水同位素偏富集,主要由于蒸发作用对林外降水影响相对较大。地表蓄水和河水稳定同位素组成及氘盈余值接近,同时两者的同位素组成对降水响应不明显,主要可能由深层土壤水和地下水补给,本场降水对河水和地表蓄水补给量很小。     

城市小区绿地入渗试验研究

对裸地、草坪等城市绿地进行入渗试验,得到土壤含水率、土壤容重、土壤入渗率等入渗试验参数,分析了前期降雨对绿地土壤含水率的影响,获得了试验期间裸地、草坪不同土层土壤含水率与前期影响雨量的线性关系,以及不同容重条件下裸地土壤的入渗率变化规律。试验获得了不同绿地类型初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率、累计入渗量等特征参数,研究了裸地、草坪入渗率与入渗历时的相关关系,分析了影响绿地入渗能力的主要因素。结果表明,土壤下渗过程中形成土壤水的比重相对于形成土壤孔隙重力水的比重小,裸地、草坪的土壤入渗速率主要与土壤容重有关,即与土壤压实度、土壤孔隙等因素有关,与土壤含水率和前期影响雨量的关系不大。     

基于水气两相流的降水渗水桩渗水性分析

渗水桩是一种可以提高地表降雨入渗效率的设施,主要应用于海绵城市建设。渗水桩通过改变地表透气边界,降低土体内孔隙气压力,促使雨水快速入渗,达到"排气减压、促进入渗"的目的。基于水气两相流理论,采用数值模拟方法分析渗水桩的渗水性。结果表明,土体埋设渗水桩可以显著减小孔隙气压力,提高地表入渗率;渗水桩渗水性在中锋型降雨时发挥最优;桩材料的饱和渗透系数越大土壤累积入渗量越大,增长率呈减速增长;保证体积不变渗水桩由窄变宽更利于雨水入渗,超过宽深比阈值后,渗水桩的促渗效果无显著变化。渗水桩有利于提高雨水入渗量,降低地表径流量,研究成果为渗水桩的适宜条件、材料选择及几何形态的设计提供了依据。     

改进的TOPMODEL在流域洪水模拟中的应用研究

将具有流域分布特征的Green-Ampt下渗曲线引入TOPMODEL中,并在TOPMODEL的结构中增加超渗产流模块,将TOPMODEL结构中的一层蒸发模块改进为二层蒸发模块。根据Internet提供的土壤组成和土地覆盖资料,提出了计算植被根系层最大持水量参数的方法。分别用原始的、改进后的TOPMODEL和三水源新安江模型对黄河渭河流域的秦渡镇流域洪水资料进行了验证和应用。计算结果表明,参数植被根系层最大持水量在流域分布上是不均匀的,改进后的TOPMODEL可取得更好的洪水模拟结果。