城市典型LID措施水文效应及雨洪控制效果分析

城市化的快速发展加剧了城市内涝灾害及水污染问题。以天津市蓟州区某小区为研究区域,根据其规划方案,在透水铺装物理实验基础上,建立SWMM模型,模拟不同降雨事件中7种规划方案的径流控制效果,分析在一定区域内采用自然排水系统代替雨水管网的可行性,以及单独布设透水铺装、下凹绿地、植草沟、生物滞留区和组合LID方案对径流的控制作用。结果表明：通过植草沟等完成汇流是可行的,并且能达到更好的控制效果。LID措施能够削减径流总量、洪峰流量、积水量,延迟峰现时间,且控制效果在低重现期、短历时降雨时更为显著。其中,组合LID方案的控制效果最优;透水铺装和生物滞留区对洪峰流量的削减效果最显著;植草沟单独铺设时,雨洪控制效果较差。     

山前平原型城市雨洪模拟与应用——以济南市为例

近年来,我国城市区域暴雨洪涝灾害频发,而山前平原型城市由于地形地貌特殊,其造成的人员伤亡和经济损失尤为严重。文章以济南市黄台桥排水片区为研究对象,基于SWMM模型构建了山前平原型城市雨洪模拟模型。根据研究区地形地貌及汇流规律的差异将子汇水区分为山区、平原区和主城区三类,通过控制模型汇流演算方式、模型演算面积比及河道糙率系数设置情景,并采用遗传算法对模型参数进行率定与验证,从而定量分析子汇水区不同汇流方式及河道糙率对模拟结果的影响。研究结果表明：当采用SWMM模型传统汇流方式时,难以考虑山前平原型城市地形差异,模型模拟结果整体表现较差（平均Nash系数仅为0.61）;当针对山前平原型城市不同地形特点设置相应的汇流演算方式、模型演算面积比及河段糙率系数时,模型模拟精度得到显著提高（平均Nash系数达0.86）。研究结果可为山前平原型城市雨洪灾害的模拟与研究提供科学基础,并为区域防洪减灾提供相应的技术支撑。     

基于SWMM模型的城市雨洪模拟与LID效果评价——以北京市清河流域为例

随着城市洪涝灾害的不断加剧,以低影响开发(Low Impact Development,LID)技术为核心的海绵城市建设正逐渐成为新的城市雨洪管理理念。本文以北京市清河流域为研究对象,构建流域暴雨洪水管理模型(SWMM),并针对流域尺度排水区下垫面特征设置相应的LID措施组合,在各种重现期降水情景下设置不同LID措施组合的比例并进行相应的模拟与分析。结果表明:LID组合措施对高频暴雨的洪峰流量和径流总量削减率可高达66.2%和49.4%,而对低频暴雨径流总量削减率仅为11.5%,洪峰流量无明显变化。由此可见,LID措施对研究区高频暴雨径流过程削减效果显著,而对低频暴雨削减效果较差,以上结果可为研究区的防洪排涝管理和海绵城市建设提供相应技术支撑。     

基于Sobol方法的SWMM模型参数敏感性分析

SWMM模型已被广泛应用于城市区域雨洪模拟及海绵城市设计,为提高参数优化效率,减少模型不确定性的影响,有必要对参数敏感性进行定量分析。以济南市黄台桥排水片区为例,选用基于方差分解的Sobol方法,定量分析不同量级洪水情景及不同预报精度评价标准下SWMM模型参数的敏感性。研究结果表明：（1）SWMM模型参数的敏感性在不同量级洪水和不同目标函数的情况下表现均不相同,模型参数具有较大的不确定性;（2）不透水区洼蓄量、最小入渗率、河道及管道糙率系数对Nash效率系数作用显著;（3）洪水量级相对较小时,SWMM模型参数间相互作用现象较为明显,但随着洪水量级的增加,参数相互作用逐渐减小;（4）Sobol方法能定量分析模型参数敏感性及参数间相互作用,适用于城市水文模型敏感性相关研究。     

基于SWMM模型的城市雨水花园调控措施的效果模拟

以西安市某片区降雨径流及其污染为研究对象,对研究区域进行合理概化,根据实测结果,通过率定及验证,构建暴雨雨水管理模型(SWMM),模拟不同重现期(两年一遇、十年一遇以及二十年一遇)下研究区域有无雨水花园调控时的水量及水质状况。结果表明,设置面积比例约为2%时,在2年一遇至20年一遇的降水条件下,洪峰流量迟滞时间为5~7min,对径流总量削减率为25.69%~42.02%;对TN负荷削减率37.88%~42.41%;对TP负荷削减率35.30%~41.42%;对COD负荷削减率40.58%~42.71%;对SS负荷削减率42.10%~42.75%。雨水花园对城市暴雨所形成的径流在水量与水质两方面都有较好的控制效果,能够减少径流总量,降低径流峰值,同时削减污染物浓度峰值,减少污染物负荷;并对流量以及污染物浓度峰值有一定的迟滞作用。但随着降雨强度的增加,雨水花园的调控效果会随之降低。     

高台漫流区铁路桥涵洪灾预警雨量分析

为降低漫流区水害对兰新铁路桥涵的危害,利用暴雨洪水管理模型(SWMM)对高台漫流区洪水进行模拟分析,得到该漫流区部分铁路桥涵预警雨量.首先通过ArcGis建立集总式与半分布式两种SWMM模型,用6场降雨对模型参数进行率定,利用精度评价指标比较两种模型的优劣,进而探讨了SWMM模型对漫流区的适用性;最后采用水位反推法,得...     

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。     

线性响应模型与神经网络联合模拟降雨～径流过程

本文将简单线性（黑箱）模型与神经网络联合起来对降雨～径流过程进行了模拟，在早期大多数有关降雨～径流的神经网络研究中,往往将前期径流作为模型输入的一部分,而本文利用线性模型对径流的估算值代替前期径流作为神经网络输入的一部分,从而为资料稀缺流域降雨～径流关系的模拟提供了新的途径，研究结果表明该组合模型是可行的。     

三峡入库洪水概率预报的深度学习模型

将长短时记忆（LSTM）神经网络嵌套至编码-解码（ED）结构,构建了LSTM-ED深度学习模型,采用贝叶斯概率预报处理器量化洪水预报不确定性,提出了一种三峡入库洪水概率预报业务方法,并讨论了降雨预报对洪水概率预报性能的影响。选用向家坝—三峡坝址区间流域2010—2021年汛期6 h降水径流资料序列训练和检验模型,开展了1～7 d预见期入库洪水预报。结果表明：LSTM-ED模型的模拟预报精度优于LSTM模型,验证期1～7 d预见期纳什效率系数高于0.92;概率预报连续排位概率分数相对平均绝对误差降低26.82%～32.74%,考虑预报降雨可进一步提高概率预报性能,为调度决策者提供可靠的风险信息。     

基于径流和积雪资料的水文模型多目标率定

以雅鲁藏布江奴下水文站以上流域作为研究区，采用HBV水文模型（Hydrologiska Byr?ns Vattenbalansavdelning model）对研究区域的积雪和径流进行模拟。提出了一种同时考虑径流、雪深和积雪覆盖面积的多目标优化方法对水文模型的参数进行率定，并同仅考虑径流和雪深的率定结果进行了对比。结果表明，率定时仅考虑径流和雪深时，HBV模型能较好地模拟研究区的径流过程，但对雪深变化过程的模拟效果欠佳；率定时增加积雪覆盖面积目标函数后，模型能精确判断流域积雪覆盖情况，径流的模拟效率系数也有所提升，表明同时基于径流、积雪覆盖面积和雪深数据的HBV水文模型可以更好地预测和模拟研究区积雪和径流变化。     

分布式降雨输入与汇流模拟对洪峰计算的影响

3000 km2以下中小流域洪水灾害是当前洪涝灾害防治的薄弱环节,提高洪峰预报精度、降低不确定性是当务之急。论文以伊河河源地区东湾流域为例,基于新安江模型和蒙特卡洛抽样方法,通过集总式、降雨集总–汇流分布式、降雨分布–汇流集总式和降雨分布–汇流分布式4种方式,研究降雨分布式输入与汇流分布式模拟对洪峰精度和不确定性的影响。结果表明：（1）降雨分布式输入总体上能够提高洪峰精度,但对于某些降雨空间分布极端不均的洪水,则会扩大洪峰误差;（2）降雨分布式输入使新安江模型汇流参数相互独立,扩大了洪峰计算的不确定性;（3）汇流分布式模拟总体上能够减小洪峰计算的不确定性。研究结果为中小河流洪水预报提供了有益的参考。     

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。     

无管网资料地区城市雨洪过程模拟研究

为解决由于城市管网数据难以获取导致的城市内涝模拟困难的问题,本文基于SWMM模型、二维TELEMAC-2D模型以及两者耦合的TSWM模型,以广州市猎德涌流域为例,利用不同概化方法构建无管网情景下的模型并与有管网情景的模型进行对比分析,探讨了不同概化方法的适用性。研究结果表明：有管网模型的一维流量与二维淹没水深结果与实测结果基本相符,证明该模型在研究区内有较好的可靠性;降雨折减法、下渗增加法、管网概化法在不同重现期下模拟的淹没范围与有管网情景的模拟结果具有较好的相关性,其中下渗增加法与有管网情景的相关系数最高,淹没范围与淹没水深也最为接近,表明该方法在高度城镇化的无管网资料地区有较好的适用性。     

上犹江水库入库洪水预报的流溪河模型研究

本文采用90 m空间分辨率的数字高程模型（DEM）数据构建上犹江水库控制流域的流溪河模型,基于不同河道分级和不同数量的雨量站方案,探讨模型在水库入库洪水预报中的适用性。采用粒子群优化（PSO）算法选取最优参数,对2009—2020年间18场实测洪水进行了模拟。结果表明,3级河道构建的模型模拟指标比4级河道略好,模型预报效果更好。分别采用9个和15个雨量站构建模型并对2000—2020年内31场洪水进行模拟,结果表明,15个雨量站的模拟效果比9个雨量站的好,增加雨量站网密度有利于提高流溪河模型的模拟效果。流溪河模型可用于上犹江水库入库洪水预报。     

暴雨洪水管理模型参数敏感性分析

暴雨洪水管理模型（SWMM）是研究城市洪涝问题的有效手段之一,其敏感参数取值不仅影响模型参数率定效率,还影响模型预测的精确性。为了准确辨识敏感参数,本文从局部和全局的角度,分别采用修正Morris筛选法和互信息法对参数进行敏感性分析。研究结果表明：洪峰流量和径流系数的敏感参数均为透水区曼宁系数和最小入渗率。本文选用的修正Morris筛选法和互信息法都可以识别出主要敏感参数,但前者对于敏感参数的识别能力有限,后者识别效率较低,建议在需要快速辨识模型主要敏感参数时采用修正Morris筛选法,进一步识别模型其他敏感等级参数时结合互信息法。     

数字流域模型在长江上游龙河流域的应用

数字流域模型是当前水文领域研究的热点问题。本研究选取长江上游龙河小流域为研究对象,将数字流域模型应用于长江流域。首先利用ArcGIS软件提取河网信息,选取该流域1982年汛期的降雨及流量过程,采用基于因素分析的图解法对模型进行率定及验证。结果显示模拟的Nash系数达到0.965,洪峰相对误差在10%以内,表明该模型可以很好地模拟长江小流域产汇流过程。然后还对模型中涉及的几个重要参数进行敏感性分析,结果表明：土壤垂向饱和导水率主要影响峰值,二者成负相关;土壤初始含水量主要影响径流量,二者成正相关;田间持水量与峰值和径流量均成负相关;植被截留水量与峰值和径流量均成负相关;糙率主要影响峰型,与峰值成负相关。若要将率定后的数字流域模型应用到具体工程实践中,还需用近期实测数据对模型进一步进行验证。     

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。