流域下垫面变化对水库防洪风险率的影响北大核心CSCD

近年来海河流域内的人类活动加剧,流域下垫面条件发生了明显的变化,严重影响了流域入渗、径流关系等水文过程的特征,进而影响到了流域内水库的防洪风险率。为了研究下垫面变化对水库防洪风险率的影响,以王快水库为例,用降雨径流相关法和峰量相关法,对水库主汛期的洪峰洪量序列进行了"还现"修订,再对修订前后的主汛期洪水序列进行了频率分析计算,并在给定的调度规则下对不同汛限水位方案进行了调洪模拟,得到洪水序列修订前后水库主汛期的防洪风险率。结果表明,由于下垫面的变化,导致王快水库的各种防洪风险率均都有着不同程度的减小。但从水库防洪安全的角度考虑,王快水库主汛期的汛限水位提高至193 m比较合适。     

流域下垫面变化对水库防洪风险率的影响

近年来海河流域内的人类活动加剧,流域下垫面条件发生了明显的变化,严重影响了流域入渗、径流关系等水文过程的特征,进而影响到了流域内水库的防洪风险率。为了研究下垫面变化对水库防洪风险率的影响,以王快水库为例,用降雨径流相关法和峰量相关法,对水库主汛期的洪峰洪量序列进行了"还现"修订,再对修订前后的主汛期洪水序列进行了频率分析计算,并在给定的调度规则下对不同汛限水位方案进行了调洪模拟,得到洪水序列修订前后水库主汛期的防洪风险率。结果表明,由于下垫面的变化,导致王快水库的各种防洪风险率均都有着不同程度的减小。但从水库防洪安全的角度考虑,王快水库主汛期的汛限水位提高至193 m比较合适。     

基于非一致融雪洪水的水库漫坝模糊风险分析

采用Pettitt非参数检验法和Mann-Kendall非参数趋势检验法分析肯斯瓦特水库入库年最大洪峰流量序列的非一致性,利用“分解-合成”理论对其进行了一致性修正,并通过基于直角梯形模糊数的风险分析法给出过去、现状两种条件下的水库漫坝模糊风险率。研究结果表明,年最大洪峰流量序列的变异点发生在1993年,序列整体上升变化趋势不显著,跳跃变异为其主要变异形式;在现状条件下不同截集水平 所对应的水库漫坝风险率区间上限估计值均较过去条件下的估计值要大,表明现状条件下融雪洪水受流域气温显著上升的影响,增大了水库漫坝失事的风险。结果可为有效利用汛期洪水资源、提高水库防洪效益、保障下游防护区的安全提供科学依据。 关键词：融雪洪水;非一致性;年最大洪峰流量;模糊风险率     

基于非一致性水文序列的水库极限防洪风险复核分析

随着气候变化、人类活动影响的加剧,水文序列一致性条件遭到破坏。本文选择下垫面变化剧烈的西大洋水库控制流域为研究区域,采用水文变异诊断系统,分析其年最大洪峰流量序列的变化趋势及变异点,确定序列变异形式;根据非一致性水文序列频率分析方法,分别得到过去条件下、现在条件下的洪峰流量序列以及相应频率的设计值;以西大洋水库校核洪水位为极限防洪风险控制指标,采用频率分析法,分别计算出过去条件下极限防洪风险率为0.00769%,现在条件下极限风险率为0.00508%。显然,无论是过去还是现在条件下,复核后的西大洋水库的极限防洪风险率均小于现有的万年一遇校核标准(0.01%),计算结果可以为西大洋水库实行动态汛限水位控制,充分利用汛期洪水资源,提高水库的综合效益等方面提供理论指导。     

不同设计洪水计算方法的比较

通过对香溪河流域历史洪水调查,结合洪水特性与成因分析,确定了洪水洪峰、洪量及其重现期,分析了洪水洪峰、洪量的频率特点,采用流量和暴雨两种方法推求坝址设计洪水表明,由流量推求的坝址洪水介于由暴雨途径的多种方法推算的成果之间,因此,采用由流量推求的洪水成果。古洞口工程运行实践表明,用本文方法推求的设计洪水反映了香溪河流域暴雨径流特性,成果合理。     

城市地区流域洪水过程模拟:以清河为例

城市地区流域洪水模拟是当前洪水过程计算分析的热点和难点,本研究基于Mike洪涝模拟平台的河道一维水动力学模型(MIKE11),综合考虑城市地区不透水下垫面产流、多闸坝调度、城市排水、支流汇入等因素,系统构建了北京市主要排洪河道清河流域洪涝模拟模型,以设计流量、水位资料和实测场次洪水过程资料分别对河道、水工建筑物参数及运行规则进行了验证,模型模拟结果显示模型能够较好模拟城市流域复杂环境条件下的河道结点水位,情景模拟分析不同降雨重现期流域现状河道行洪能力和河湖雨水综合利用能力,显示清河流域具有明显的低水位、大流量的特点,可以满足20年一遇降雨行洪要求。在特大暴雨条件下清河干流中段清河闸至羊坊闸是河道洪涝的重点防护区域。从1年到20年一遇重现期设计降雨条件下,模拟蓄水占总库容的33.5%~54%。研究为城市流域防洪调度和雨水资源利用提供技术支持。     

丹江口水库设计洪水复核及偏大原因分析

将丹江口水库坝址洪水系列延长至2014年,对丹江口水库的最大历史洪水进行了重新考证,分别采用P3/CF和P3/LM模型对设计洪水成果进行复核,并基于复核后P3/CF模型的成果推求设计洪水过程线,再通过调洪演算推求汛限水位。利用世界各国大洪水记录外包线计算了可能最大洪水,研究汉江流域发生的古洪水,并进行对比分析。结果显示:把历史洪水的最大历史考证期延长至625年,两个模型的平均设计值与初期设计成果相比,千年一遇洪峰和7日洪量设计值分别偏小了10.37%和13.30%。建议丹江口水库设计和校核洪水分别取58000m3/s和80500 m3/s,汛限水位抬升2.0 m,在确保防洪安全的前提下,可显著地提高水库的综合利用效益。     

考虑峰型及其频率的洪水随机模拟方法研究

现有洪水模拟方法仅考虑了洪峰、洪量及洪水历时三者间的相关性,并未考虑洪水特征量对于洪水过程线形状的影响。鉴于此,本文提出一种考虑峰型及其出现频率的洪水随机模拟方法,在洪峰、洪量、洪水历时的基础上,引入峰型系数及峰现时间,通过Copula函数构建上述特征量的联合分布函数并进行特征量随机模拟,通过贴近度计算得到与随机模拟的特征量最接近的代表性无量纲洪水过程线类型,进而将两者融合得到完整洪水过程线,并应用于防洪调度仿真计算。大隆水库的实例计算结果表明,本文洪水模拟方法全面考虑了影响洪水过程的诸多因子,模拟结果中各峰型出现频率接近天然洪水,防洪风险率与实际相差不大,对于水库调度方案制订及风险分析具有重要意义。     

水文变异诊断系统

本文构建的水文变异诊断系统考虑了趋势和跳跃两种变异形式,由初步诊断、详细诊断和综合诊断三个部分组成.其基本思路是首先采用Hurst系数法等对序列进行初步检验,判断序列是否可能存在变异;如果可能存在变异,再利用多种变异检验方法对水文序列进行详细诊断;然后分别对趋势和跳跃诊断结论进行综合,并根据效率系数评价水文序列与跳跃成分或趋势成分的拟合程度,以效率系数较大者作为变异形式判断的结果;最后结合实际水文调查分析,对变异形式和结论进行确认,从而得到最终的变异诊断结果.该系统可以解决单一方法有时检验结果不合理,多种方法常常检验结果不一致的问题.用该系统对海河流域五座大型水库入库年径流系列进行变异分析,结果表明官厅水库呈现显著下降趋势,密云水库、西大洋、王快、黄壁庄四大水库跳跃变异显著,且为均值向下跳跃,不利于区域供水安全.     

基于非一致性水文序列的水库极限防洪风险复核分析北大核心CSCD

随着气候变化、人类活动影响的加剧,水文序列一致性条件遭到破坏。本文选择下垫面变化剧烈的西大洋水库控制流域为研究区域,采用水文变异诊断系统,分析其年最大洪峰流量序列的变化趋势及变异点,确定序列变异形式;根据非一致性水文序列频率分析方法,分别得到过去条件下、现在条件下的洪峰流量序列以及相应频率的设计值;以西大洋水库校核洪水位为极限防洪风险控制指标,采用频率分析法,分别计算出过去条件下极限防洪风险率为0.00769%,现在条件下极限风险率为0.00508%。显然,无论是过去还是现在条件下,复核后的西大洋水库的极限防洪风险率均小于现有的万年一遇校核标准(0.01%),计算结果可以为西大洋水库实行动态汛限水位控制,充分利用汛期洪水资源,提高水库的综合效益等方面提供理论指导。     

长江上游与洞庭湖洪水遭遇风险分析

为进一步揭示长江上游与洞庭湖洪水遭遇规律,本文以宜昌站和城陵矶站1951—2016年实测日均流量资料为基础,建立了两站年最大洪水洪峰、15日洪量、洪水发生时间及间隔时间的边缘分布函数,进而构建了基于Archimedean Copula函数的洪水发生时间和量级（包括洪峰和过程）的联合分布函数,解析了长江上游与洞庭湖洪水的遭遇风险。其中针对长江上游与洞庭湖洪水洪峰之间,以及它们的洪峰及其发生时间之间均存在相关性的特点,提出了一种通过建立两站洪峰及其间隔时间的联合分布来研究洪峰遭遇风险的方法。最后分析了三峡水利枢纽的运用对长江上游与洞庭湖洪水遭遇风险产生的影响。研究成果可为三峡水库优化调度和长江中下游的防洪减灾提供理论依据。     

南方典型城市化流域降雨极值及概率特征研究

选取南方典型城市化流域（秦淮河流域）为研究区，应用极端降雨指标进行极端降雨时空演变和非一致性频率分布研究。结果表明1979—2015年秦淮河流域年降雨量呈小幅增加趋势，夏冬降雨量增大，春秋降雨量减少。极端降雨强度和频次显著上升，突变点和高值区与城市化格局演变的时间点和地区相吻合。皮尔逊III型分布是一致性修正后极端降雨序列的最优分布，最大1 d降雨量R1d和特强降雨量R99p具有较大的非平稳性，若仅采用修正前的R1d计算会导致工程设计值偏低；最大3 d、7 d降雨量R3d、R7d和极端降雨量R95p相对平稳，R3d和R95p不同重现期的设计值高值区均分布在流域下游和上游溧水区，R7d高值区分布在上游句容市，上下游极端降雨易产生叠加效应，为下游带来高洪水风险。     

考虑历史洪水不确定性的峰量联合频率分析

洪水事件一般具有多个特征属性，多变量联合分析可以全面分析洪水过程的统计特征。本文依据Copula函数，建立考虑定量和非定量历史洪水的不连续序列峰量联合洪水频率分析模型，选用遗传算法对模型参数进行寻优，并采用最大可能组合法和同频率组合法计算不同重现期设计洪水，通过变化置信区间分析历史洪水不确定性变化对参数估计与设计洪水的影响。以长江干流宜昌水文站为研究案例，结果表明，将历史洪水考虑为不定量时，其参数估计结果更为合理，更符合洪峰和时段洪量之间的关系。设计洪水值随着历史洪水置信区间的增加而降低，并随着重现期的增加，下降幅度更大。     

基于高阶线性矩法的洪水设计值研究

为了提高大重现期洪水设计值计算精度,研究高阶线性矩法在洪水频率分析计算中的应用。应用蒙特卡洛试验研究不同阶线性矩的统计特性和对设计值的影响。以陕西省5个测站年最大洪峰流量序列为例,进行广义极值分布高阶线性矩的参数估计,评价拟合效果和设计值的计算偏差。结果表明,高阶线性矩法具有良好的统计特性;与普通线性矩法比较,高阶线性矩法能更好拟合洪水序列的大洪水值,且设计值估计偏差小。因此,高阶线性矩法是一种合理可行的参数估计方法,以期为大重现期设计洪水值的计算提供依据。     

基于遗传算法和并行组合模拟退火算法的洪水过程缩放模型研究

针对泄洪风险和施工导流风险计算对洪水缩放的要求和传统洪水同频率放大方法中手工修匀任意性较大等方面的不足,提出采用计算机优化方法来实现洪水过程的自动放大。在满足洪峰流量约束和分时段洪量约束条件下,本文建立了以洪水过程模式尽量相似为目标的洪水过程放大优化模型,并采用具有全局搜索能力的遗传算法和并行组合模拟退火算法求解该模型。通过实例计算可以看出,这两种算法计算结果均能较好的满足洪峰洪量约束要求,并有效保持了典型洪水的模式,避免了人工修匀的任意性。     

城市化对流域水文过程的影响模拟与预测研究

随着城市化进程的进一步加快,城市暴雨洪涝灾害频发,居民的生命财产安全受到严重的威胁。以粤港澳大湾区典型流域车陂涌为例,结合研究区快速城市化的特点构建了城市暴雨洪涝模型,模拟和预测了城市化过程对流域水文过程的影响。主要结论如下：1）构建了基于SWMM模型的城市暴雨管理模型并对其进行了验证,结果表明,该模型在研究区适应性较好。2）研究区1980年代初、2015年及2050年（预测）的城市用地占比分别为15.07%、47.64%及54.29%。在1980—2015年的新增的城市用地里,耕地转化面积占比最大,达到了86.49%。3）城市化后三个典型河道断面的流量过程线呈单峰状,起伏较大,而1980年代初过程线相对比较平缓;城市化还使得断面洪峰流量大幅增加,峰现时间提前。在0.5年一遇设计降雨条件下,2015年和2050年的流域出口洪峰流量分别比城市化前增加了2.27和2.7倍。本研究可为粤港澳大湾区海绵城市建设、防洪排涝提供科学依据。     

城市化对济南小清河流域产汇流的影响研究

快速城市化背景下，流域产汇流特性发生改变，城市洪涝灾害问题日趋严重。为揭示城市化引起的土地利用变化对城市产汇流的影响，本文以济南市小清河流域为研区，分析了该流域2000—2017年土地利用变化，并构建不同城市化条件下的暴雨洪水管理（SWMM）模型，通过设置多种暴雨重现期情景，模拟不同城市化条件下的洪水过程并定量分析其变化特征。研究结果13表明：2017年地表径流量和下渗量分别是2000年的1.42倍和1/2，径流系数从2000年的0.56提高到2017年的0.79，洪峰流量从285.7 m3/s提高到311.7 m3/s，城市化对暴雨洪涝过程有明显的放大作用；常遇暴雨下2017年峰现时间比2000年提前，稀遇暴雨下相近。     

数据挖掘技术在洪水预报实时校正中的应用北大核心CSCD

实时校正作为提升洪水预报精度的最后一道屏障,是洪水预报的重要组成部分。针对洪水过程与洪水要素校正效果较差的问题,以横江屯溪以上流域为例,在对流域历史洪水数据的降雨径流序列与洪水特征值遴选的基础上,构建了暴雨洪水特征库,提出了一种结合卡尔曼滤波和K最邻近结点算法的联合实时校正方法。结果表明:相较于模型未校正及单一校正方法,联合实时校正方法在减少洪水预报过程中的洪峰预报误差、洪量预报误差及峰现时间误差上更为有效,预见期在6 h及以下时仍可以保持较好的稳定性与准确性。此方法对于提高中小河流洪水预报精度、有效预警和防灾减灾等方面都具有重要作用,同时对研究区域洪水特征具有一定参考价值。