大型调水工程多河流洪水演进数值模拟研究

 根据大型调水工程总干渠与沿程河流交叉情况、总干渠线路布置及交叉河流洪水过程等特性，建立了多河流二维洪水演进数学模型。并将其应用于模拟某大型调水工程总干渠左侧7条河流300年一遇的洪水演进过程。模拟过程中对坐标变换、网格划分、数值离散、动水边界及干床处理、计算成果可视化等关键技术问题进行了研究，并提出了相应的处理方法。计算分析了与总干渠交叉的各河流洪水演进过程、交叉断面水位变化过程和总干渠左侧洪水水面线等。并对计算成果数据进行了动态可视化处理，生动地显示了洪水演进的全过程。计算的各河流洪水过程和最高洪水位为工程设计提供了科学的参考依据。     

二维水流模型在滹沱河高标准行洪区防洪评价中的应用

沿水深对三维雷诺方程进行莱布尼兹积分得到二维非恒定流运动方程,据此建立滹沱河洪水演进数学模型。根据研究区边界条件及洪水标准,采用合适的水动力学方法,对河道行洪和实时洪水位进行了计算,并考虑了模型区内微地形的影响。在动边界处理时,采用数组跟踪的方法,提高了计算效率。利用滹沱河"96.8"洪水资料对模型进行了验证,模拟水位成果与实测资料吻合较好。在此基础上,模拟了不同标准行洪条件下,滹沱河行洪区内高尔夫球场建设前后的洪水形势,较好地反映了建设项目对河道行洪的影响。模拟结果表明该模型设计合理,具有一定可靠性和实用性。     

河南省山丘区小流域洪水预报系统研究及应用

采用数字高程模型、分布式水文预报模型、DEM技术、计算机仿真计算等信息技术,对河南省山丘区小流域洪水预报方法进行了分析研究。把无资料小流域单位线、无资料河段洪水演算模型参数估算方法用于洪水过程模拟,解决了山丘地区无资料小流域的洪水预报问题;采用先进的分布式交互仿真计算技术构建洪水过程计算模型,实现了连续、实时推演,通过高速、稳定的计算保证了洪水预报的时效性;以DEM数据为基础,实现了省级行政区划范围内的小流域划分、小流域单位线的确定,是大尺度数字流域构建技术的突破;系统对实时洪水预报、断面告警、预估降雨模拟、水库调度等多种应用模式进行了综合集成。实际应用结果表明,该系统在豫西山区2000年、2011年、2012年暴雨洪水灾害防御中发挥了重要作用,取得了显著的经济社会和生态效益。     

贵州暴雨洪水计算综述

简要阐述设计洪水的主要计算方法。对建国后贵州主要应用的《贵州省水文实用手册》、《中小流域雨洪计算综合法》、《贵州省暴雨洪水计算实用手册》及其修订本和其他一些有关成果 ,以暴雨资料计算设计洪水的方法进行了概述。文中系统介绍推介的贵州现阶段主要应用的暴雨洪水计算方法 ,以及在使用中解决几个具体问题的意见 ,对岩溶地区小流域和特小流域 ,及不透水复盖面积较大的流域等异常情况的暴雨洪水计算问题提出一些具体处理方法 ,可供进行设计洪水计算时参考。     

结合实测降雨资料推求无资料地区洪水方法研究

《山西省水文计算手册》提供了无资料地区洪水计算模型,从设计暴雨到流域产流计算再到流域汇流计算,均采用数值模拟。在实际工作中,有些地区虽然无实测流量资料但具有实测降雨资料。文中将实测降雨资料与洪水计算模型产汇流计算方法相结合,实现对典型年连续降雨产生洪水的分析,并应用于西塬湖水库洪水分析计算中,从而为合理确定工程规模提供技术支撑。     

溃坝及洪水演算模型的开发与应用

平原河流两岸人烟稠密，大坝溃决或暴雨洪水危害是十分大的。美国的溃坝及洪水演算数学模型，在西方一些平原河流洪水预警系统中应用广泛。该模型可以较好地模拟各种类型的大坝在各种情况下溃决的全过程，可以采用多种方法推求溃决洪水过程线。该模型在采用不稳定流法模拟各种洪水在河道中，特别是有宽阔河滩地的平原河道中的传播方面，有突出的优点。另外，该模型采用多个大坝实际溃决资料及多场实测洪水资料验证，其计算结果是可靠的。国内采用其进行大坝溃决洪水计算，冰川湖溃决洪水计算以及不稳定流计算，均取得较好成果。因此，在平原河道上建设包括该模型的水情自动测报系统，其社会效益和经济效益将是十分显著的。     

调查洪水用于平原区设计洪水计算

针对无资料的平原区中小流域,现有的产汇流模式不适宜平原区设计洪水的计算,本文通过工程实例分析,对设计流域调查洪水进行计算,确定其重现期,采用流域内雨量站实测暴雨资料对其进行验证,并将计算成果与常规方法计算成果对比,得出调查洪水计算平原区设计洪水洪峰流量值较常规方法计算成果更能反映本流域洪水特征,采用成果时应结合防护对象的重要性选取合理的洪水成果。     

小流域暴雨山洪水文模型与水动力学方法计算比较分析

针对小流域暴雨山洪精细模拟问题,提出了小流域时空变源混合产流模型,以小流域为单元构建了暴雨山洪分布式模拟模型,开发了可视化时空变源分布式水文模型软件FFMS和水动力学计算软件FHMS。以宝盖寺小流域场次暴雨洪水计算为例,分别采用水文学和水动力学方法计算了小流域暴雨山洪过程,并分析了两种方法的计算精度、效率、实用性等。案例研究结果表明:(1)水文与水动力学方法均可实现小流域暴雨山洪的模拟,模拟结果与实测基本一致;(2)对于无资料小流域暴雨洪水计算,水文学建模速度快,计算效率更高,水动力学方法建模和计算效率更低;(3)在复杂地形条件下暴雨洪水形成机理、演进过程模拟方面,水动力学计算结果更加精细和准确;在山区中小流域洪水预报预警方面,水文学方法更加实用。     

标准化单位线在黄土林区小流域设计洪水计算中应用分析

我国小流域观测资料缺乏,设计洪水推求大多采用各地区水文手册中传统计算方法计算,设计洪水计算方法单一。以小南川为例,采用标准化单位线法对黄土林区小流域的设计洪水进行计算,通过汇水面积相关法、综合参数法、面积比拟法对成果进行验证。结果表明,单位线模拟的洪水过程出现峰值偏后、退水偏快的系统偏差,可为无资料地区设计洪水推求起借鉴作用。     

流域洪水模拟

通过对流域水流运动规律的分析，将流域的水流概化为调蓄单元的零维模拟、河道水流的一维模拟、行洪区水流的二维模拟、联系的处理及无资料径流的处理，对各部分的特点，采用相应的数值方法，统一进行求解，即构成了流域洪水模型，最后以淮河中下游段为试验区，进行了洪水还原计算，结果令人满意。     

雨量插值方法对BTOPMC模型及洪水模拟的影响

以BTOPMC为研究对象和平台,用最邻近插值法、算术平均法、引入面积权重的泰森多边形法、引入泰森多边形的距离反比加权法4种不同的降雨空间插值方法,对3个小流域进行了洪水模拟,分析了各插值方法对模型参数、模拟精度、洪水洪峰流量、峰现时间等的影响。结果表明:引入泰森多边形的距离反比加权法在各插值方法中表现较好,对各流域各场洪水洪峰流量的模拟精度较高,模拟洪峰时刻与其他几种方法相比更接近实测洪峰时刻;BTOPMC模型原有的最邻近插值法在对模型参数进行率定时Nash效率较高,但在验证时比另外3种插值方法低;引入面积权重的泰森多边形法在模拟中表现不稳定。     

无高精度地形资料地区溃坝洪水演进模拟研究 ——以金沙江叶巴滩-巴塘段为例

为准确高效计算缺乏高精度地形资料地区河道中洪水演进过程,在空间分辨率为30 m的ASTER GDEM V2地形数据基础上采用不同方法对金沙江叶巴滩-巴塘区间河道地形进行重建,采用基于显卡加速的地表水及其伴随输移过程模型模拟了2018年"11·03"堰塞坝险情洪水过程,并与实测洪水过程进行对比验证。结果表明:①不同空间插值方法对河道地形特性的插值表达精度相差较大,样条函数法和根据河流走势的趋势平滑法生成的河道地形能较好表达河道地貌形态;②不同断面间距下趋势平滑法河道地形洪水演进模拟精度随断面间距增大而增加,仅使用入流口和出流口断面高程模拟效果在不同断面间距中最好;③使用趋势平滑法生成河道地形时,洪水模拟精度随河道下挖深度的增加呈增加趋势,下挖深度为50 m时NSE达到0.937,R~2达到0.976。研究分析了河道地形重建方法、插值断面间距及下挖深度对洪水演进模拟精度的影响,可为洪水应急抢险快速预测提供数据处理方法。     

金沙江白格堰塞湖溃决洪水预报误差与改进

金沙江"11·3"白格堰塞体溃决造成下游河道数百千米内的超常规洪水过程,对其进行准确模拟是洪水预报和制定应对措施的基础。采用MIKE11和笔者开发的一维溃坝洪水模型(DBFM)对坝下洪水演进进行了对比模拟,两个模型均为求解圣维南方程组,其中MIKE11采用Abbott六点隐式差分方法,DBFM模型采用基于有限体积的HLL+MUSCL界面插值方法显式求解。结果表明:与实测数据相比,两个模型模拟结果在洪水传播时间和洪峰衰减上表现出显著差异。随后分析了河道基流、动量方程惯性、河道糙率、河道地形等因素对洪水模拟误差的影响,论证了采用滚动预报方法来提高洪水预报精度的可行性。最后对山区河流堰塞湖溃决洪水模拟的难点和要求提出了展望。     

鄱阳湖圩堤漫顶可靠度分析-以沿河圩为例

我国建有大量的小型水库，多采用自由溢流的方式泄洪。这些水库运行数据采集、保存较少，大多只留存了少量遭遇大洪水的水库洪水位记录。估算这些洪水位资料对应的入库洪峰流量，对指导水库安全运行调度有着极其重要的意义。基于已有的调洪成果探讨并比较了估算入库洪峰流量的切线法、线性插值法、Hermite插值多项式法等方法，结果表明，线性插值法计算简便、精度尚可，使用时可优先考虑采用。     

水库兴利调节及调洪计算的程序设计与应用

在水库的设计过程中,水库的兴利调节及调洪计算是必不可少的。将Matlab语言强大的函数库及简单的程序代码运用于水库兴利调节及调洪计算,在很短的时间内即可计算出水库兴利库容、调洪库容及防洪水位等参数,避免了利用Excel进行列表试算麻烦且工作量较大的缺点,为水库水利计算提供了便利的工具。并将试算法"程序化",利用三次样条插值,结合某中型水库实际资料进行水利计算,为该水库设计提供了依据。     

多源洪水耦合模型在防洪保护区洪水分析中的应用

针对防洪保护区单一洪水风险分析的不足,以一、二维非恒定流基本控制方程为理论基础,采用有限体积法对网格进行离散求解,建立溃堤洪水和暴雨多源洪水耦合的数学模型。在一、二维模型的链接处选用堰流公式实现河槽与保护区水流的实时交互,借助干湿水深理论对模型进行优化,利用遥感影像解译处理保护区内复杂地形条件下糙率对洪水演进的影响,概化处理区域内道路和过水涵洞对洪水的阻水或导水作用,并利用历史实测洪水资料进行模型验证。将验证后的模型应用于淮河干流凤台段防洪保护区多源洪水运动耦合模拟,分析了单一洪水与多源洪水对防洪保护区的损失比较结果,说明该区域受暴雨内涝影响较为严重。     

协整和集对分析法在降雨资料短缺地区的插补移用

针对中小流域降雨资料短缺,洪水精确预报难度大的问题,提出利用线性协整和集对分析（SPA）方法分别对台风雨和非台风雨下的观测降雨数据进行插补移用,以驼英水库为例,进行洪水预报研究。研究得出:（1）基于台风雨协整计算结果发现雨量站之间存在协整关系,协整模拟结果与实测降雨的纳什系数均在0.85以上,相关系数达到0.90,主雨峰和场次降雨误差均较小,说明协整理论可用于降雨资料短缺时的数据插补;（2）非台风雨降雨序列经补充集合经验模态分解（CEEMD）和集对分析（SPA）,根据综合联系度拟定数据移用最优方案,显著提高了降雨数据移用的有效性及准确性,提高了洪水预报精度。该方法可为其他同时存在台风雨和非台风雨地区降雨资料的插补移用提供新思路。     

基于一维水动力模型分析涉水建筑对河道行洪能力的影响

针对涉水建筑物的调度运行影响河道行洪能力的现象,构建基于Saint-Venant方程组的一维水动力模型,并由Abbott六点隐式有限差分法近似求解方程组。利用实测断面数据对模型进行了等间距插值加密,根据建筑物实际属性结合模型计算要求,对阻水建筑物进行了概化处理。在河道工况复杂的清水河固原城区段的应用结果显示,该模型较为准确地模拟了橡胶坝及过水路面对河道洪水演进的影响,体现了挡水建筑物的过流阻水效果。模拟结果不仅可用于校核河道防洪设计标准,而且对相关部门采取防洪决策也具有一定参考价值。     

广东省汛期及非汛期最大日降雨量时空特征分析

针对近年来广东地区降水变率加大,极端天气事件频发以及气象灾害造成的经济损失增大的现状,基于省内26个气象站1958~2010年的连续降雨数据,利用ARCGIS平台中的反距离加权插值法和普通克里克插值法综合研究了汛期、后汛期和非汛期月最大日降雨量的时空特征,并结合气候、地形等分析其影响因素。采用Mann-Kendall（M-K）非参数统计法分析月最大日降雨序列的突变特征。结果表明,广东省前后汛期月最大日降雨量平均值呈不显著增长趋势,而粤西的前汛期月最大日降雨量平均值和粤北的后汛期月最大日降雨量平均值呈显著增长趋势。     

基于GIS和遥感数据的洪水风险分析

随着城市化进程的不断深化，洪涝灾害已经成为威胁人类生存的一种主要自然灾害。人们逐步认识到，仅仅使用工程措施来防御洪水是远远不够的，非工程措施近年来已进入到防洪领域。管理洪水、分析洪水灾害是非工程措施的一个重要方面。应用GIS工具研究ASAR数据和DEM数据获取研究区域的水深信息。以东洞庭湖区域为研究对象，运用3种常用的插值方法（IDW、Kriging和Topo to Raster）进行水面插值．但这些方法的插值效果不是很好。一种新的插值方法（ADDM，基于平均距离插值方法）被用来进行水面插值。相互比较的结果表明，ADDM方法在水深精度和水面连续性方面都优于其他3种方法。最后，根据ADDM方法获取的水深信息和洪水频率图制作东洞庭湖区洪水风险图。