基于水动力学模型的实时糙率反推在洪水预报中的应用

针对洪水预报中糙率的实时修正问题,采用卡尔曼滤波技术实现动量方程实时校正糙率,以提高水动力学模型的洪水预报精度.同时考虑河道下游糙率对上游水深的影响,使反演的糙率更显客观.选择长江干流寸滩至万县河段进行试验,应用2004年该河段洪水资料作验证.结果表明,实时反演的糙率对提高洪水预报精度有效.     

基于模拟退火算法的河道糙率反演

河道糙率是河道水动力模型中的重要参数,其取值直接影响计算结果的精度。将模拟退火算法(SA)引入到河道糙率反演中,建立了糙率优化反演模型,通过概化河网对模型的优化性能进行验证,结果表明该模型不依赖于初值选取,具有良好的全局优化特性。应用该模型反演黄河干流兰州段糙率,取得了较好效果。研究成果可为河道糙率反演计算提供参考。     

富春江水库上游梯级电站库容反演方法研究

富春江水库是典型的河道型水库，洪水期间干流梯级电站的调控对入库洪水过程影响很大，该影响还会与坝前倒三角地形嵌套产生放大作用，严重影响富春江水库洪水调控。通常采用地形测量法确定不同水位时的梯级电站库容，但该方法不仅技术要求高，而且需要消耗大量的人、财、物和时间。因此，以富春江水库2019～2020年受梯级电站调控影响较大的5场洪水为例，提出水文模型分析与系统微分响应反演技术结合的方法确定库容。结果表明，采用系统微分响应反演确定的库容具有较高的精度。     

MIKE11模型在河道溃堤洪水模拟中的应用

基于MIKE11模型结构和原理,将MIKE11模型应用于洪泉片(豫)防洪保护区洪水风险图编制项目中,模拟干流河道的溃堤洪水过程,从各频率间结果、溃口与河道断面过流能力、水量平衡和实测洪水模拟四个方面,验证模拟结果的合理性。结果表明,MIKE11模型能较好地模拟河道溃堤洪水过程。     

洪水预报误差在河道演算中的传递分析

考虑入流过程洪水预报误差的随机性,基于Nash汇流理论建立了河道洪水演算的随机模型,在预报误差近似独立且服从正态分布时,推导了出流过程的计算公式和方差函数,定义了洪水预报误差随机性的传递函数,分析了洪水预报误差的随机性在河道洪水演算过程中的传递特征。实例应用结果表明,上游入流的洪水预报误差经过河槽调蓄或经由Nash汇流模型演算后,其不确定性会大为降低。同时,根据建立的河道洪水演算随机模型,还可以确定出流过程的置信区间,从而为估计河道防洪控制断面可能出现的风险提供理论依据。     

MIKE11模型在河道溃堤洪水模拟中的应用

基于MIKE11模型结构和原理，将MIKE11模型应用于洪泉片（豫）防洪保护区洪水风险图编制项目中，模拟干流河道的溃堤洪水过程，从各频率间结果、溃口与河道断面过流能力、水量平衡和实测洪水模拟四个方面，验证模拟结果的合理性。结果表明，MIKE11模型能较好地模拟河道溃堤洪水过程。     

变化条件下河堤防洪能力复核分析研究

构建了一维河道洪水模型,基于历史洪水率定的河道糙率,模拟了发生设计标准洪水时河道中洪水演进过程,并采用不同方法推求的水面线校核了模拟结果的合理性,分析模拟了水位与确保水位及堤高数量关系,讨论了滩地糙率对洪水位的影响.实例结果表明,石佛寺水库下游河道个别断面堤不能满足设计标准洪水的过流要求,需进行堤防加高处理,滩地糙率对河道行洪水位影响较大.     

基于水文—水力学耦合的淮河中游河道洪水预报及不确定性分析

淮河王家坝至鲁台子的中游干流,河道平缓,复式断面特征明显,单纯以传统的水文模型进行洪水预报难度较大。为此,利用新安江模型进行上游及区间入流预报,采用MIKE11水动力学模型进行主要支流及干流洪水演算,从而建立了淮河中游河道洪水预报方案。选取1990~2012年间的场次洪水资料,采用SCE-UA优化算法分别对新安江模型参数和MIKE11的糙率系数进行率定与验证,并使用水文不确定性处理器(HUP)对预报结果进行不确定性分析。结果表明,模型预报结果具有较高精度,不确定程度较小,并可提供某一置信度的预报区间,为实时作业提供参考。     

黄河下游洪水演进预报水沙数学模型可靠性检验

采用以花园口至孙口河段为基础建立的黄河下游河道洪水演进预报水沙数学模型，在一次有组织的测试中直接将模拟范围下延至利津(即花园口至利津河段)，进行了1994年8月洪水现场检验计算，模型仍能成功模拟黄河全下游河道洪水的水沙传播、水位变化及河床冲淤变形过程，由此可见，模型中有关参数表达式在黄河下游水沙运动模拟中具有一定的通用性和稳定性，不需要通过试算作任何调整，模型预测结果可靠性强。     

基于集合Kalman滤波的河道洪水预报研究

为提高河道洪水预报精度,研究了集合Kalman滤波法与最小二乘法对马斯京根模型参数率定的河道洪水预报技术,并以长水-白马寺实测洪水为例进行了对比检验,探讨了集合Kalman滤波法的多时段预报洪水过程及其特点.检验结果表明,应用集合Kalman滤波技术优于最小二乘法的预报效果,可有效提高河道洪水预报的精度并能适度延长预报时段.     

基于BP神经网络的北江流域洪灾风险评价

依据灾害系统理论,在GIS技术支持下构建了北江流域洪灾风险评价指标体系及基于BP神经网络的洪灾风险评价模型,评价了北江流域洪灾风险,并与历史发生的大洪水相比较.结果表明,该模型评价结果较好地反映了流域实况,具有合理性,并提供了洪灾风险评价图.     

单洪峰作用过程河道岸坡冲刷量估算方法

山区洪水爆发后通常会造成河流大量塌岸和岸坡失稳,单次洪峰形成过程对冲刷起重要作用。为了估算单次洪水作用过程中的冲刷量,利用山区洪水过程概化模型推导了洪峰形成过程冲刷量方程,采用粒子群算法对洪水过程概化模型参数进行拟合,取得较好的一致性,并研究了洪峰流量为600m~3/s、单洪峰作用12h过程冲刷量主要影响因素。结果发现,三角形与梯形河道断面随土体抗剪强度变化,边坡坡脚冲刷量在0.55～0.70m~3之间,随河道比降变化,边坡坡脚冲刷量在0.5～1.5m~3之间,相同条件下梯形河道断面坡脚的冲刷量低于三角形河道,河道比降参数对冲刷量的影响大于土体的抗剪强度。     

2003年渭河下游汛期洪水特性分析

以2003年临潼和华县站实测洪水资料为基础,对2003年8、9、10月份发生的渭河下游的大洪水的洪水特性进行了分析,认为渭河下游河道前期淤积萎缩、主槽过洪能力降低是这次渭河下游洪水位整体抬升、洪水演进较慢的根本原因,一号洪峰由于含沙量较高,漫滩后在滩面几乎整体停滞造成了华县站第二次洪峰水位的涨幅较高.     

神经网络在洪水实时预报中的应用研究

建立了一种基于神经网络的洪水实时预报模型。运用向后演算法，该模型的权重系数可以在每一时间步长上进行自动更新，较好地反映了实际水文过程和参数的时变性；由于该模型不再需要单独的误差序列实时校正模型，因而更加简洁。最后利用淮河鲇鱼山水库1975－1999年的小时降雨和入库洪水资料对模型参数进行了率定和校核。结果表明，洪水实时预报的效率系数超过96％，洪峰值合格率为92．5％，峰现时间误差都在1h以内。     

基于BP神经网络的大伙房水库洪水预报

鉴于大伙房水库洪水预报模型为集总式模型,其参数不仅需要优选法选定或人工试错法确定,还需要实时校正,因此根据大伙房流域特点提出了一种半分布式BP神经网络洪水预报模型,实现了模型中参数的自动率定,且由于其半分布式的特点还规避了原集总式模型的部分劣势。即采用DEM和ArcGIS根据水文站及自然流域分水线划分流域,创建BP神经网络,然后应用于各子流域断面及入库断面,预报其流量值,并在每个网络中均运用逐步回归分析法对输入层数据进行筛选,以得到影响最显著因子。将所建模型应用于大伙房水库,预报精度较好,可用于大伙房水库的正式预报。     

煤矿采空区特殊下垫面水文模型研究

煤矿采空区的形成改变了传统的水文过程,对洪峰和洪量具有明显的削减作用。以汾河水库控制流域为例,引入裂隙渗漏系数G和渗漏系数k分别表示采空区裂隙位于坡面与河道对产汇流过程的影响,构建了采空区特殊下垫面条件下的水文模型,选取1970～2015年间汾河水库控制流域内采空区先后出现的16场次洪水,对比分析了两种方案的水文模拟精度。结果表明,传统的水文模型在采空区出现前模拟效果较好,7场次洪水模拟合格率为71.43%,而在采空区出现后9场次洪水合格率仅为22.22%,流域中部煤矿采空区对暴雨中心位于中心区域的降雨引起的洪水过程产生较大的影响;对采空区出现后的暴雨中心在采空区附近的7场次洪水采用采空区特殊下垫面条件下的水文模型进行模拟,7场次洪水合格率为71.43%,精度得到了显著提升。     

山区型河道“裁弯取直”防洪影响分析

针对山区型河道"裁弯取直"可能提高裁弯段上游保护对象的防洪能力,也可能加重裁弯段下游的防洪风险,对山区型河道永安溪柴岭段的"裁弯取直"工程作计算分析,提出处理该问题的分析方法和一般结论,供同类工程参考.     

斜护坦联合裙板消能工设计与试验验证

以多沙河流上某泄洪闸工程为例,基于斜护坦+裙板冲坑深度计算公式设计该泄洪闸下游消能工。试验验证表明,斜护坦和裙板设计基本合理,消除了水流顶冲和集中水流跌落现象,改善了河道冲淤形态,保证建筑物基础安全。分析河道冲淤形态及形成过程,发现拦河闸下游护坡需尽量与拦河闸同宽且顺应原河道走势,不宜束窄河床也不能过多扩散;限冲隔墙对保护河道长距离冲刷作用显著,但在水流集中的河段可能会引起水流跌落,淘刷隔墙基础;冲坑深度随来流量的增大逐渐加深,随下游水深的增加逐渐减小,两者相互制约,影响下游河道冲淤形态,可为类似工程设计提供参考。     

溃坝洪水模拟中泥沙因素的影响

鉴于在溃坝洪水模拟中较少考虑泥沙因素的影响,采用欧拉模型即双流体模型模拟了溃坝洪水中的悬移质泥沙颗粒,通过对比来流为清水、含悬移质泥沙的水沙流两种情况下壁面剪切力,证实了悬移质泥沙可增强水流剪切作用、加速溃坝过程,并分析了淹没区障碍物对悬移质泥沙的影响,给出了溃口发展过程和下游河道泥沙淤积状况。所有模拟结果均符合实际溃坝规律,可为溃坝洪水精确模拟和灾害性分析提供参考。     

汾河中游液压坝群对洪水演进的影响

在中小河流核心区修建液压坝群是实现生态修复的重要措施,由此带来的河道行洪及液压坝群的经济、合理运行问题值得深入研究。基于Delft3d开源软件,建立了汾河核心区(二坝-义堂)水流运动二维数值模型,分别模拟了2(选取了两场洪水)、5、10年三种不同频率洪水,分析了不同运行工况下15座液压坝对洪水演进的影响,重点分析了对流场特性、水位变化的影响。结果表明,该模型可精确模拟液压坝群对洪水演进的影响;边滩坝对水位影响较小;对10、5年一遇洪水,应将15座坝的主槽坝全部塌坝行洪;对于2年一遇洪水,奇数断面的坝应竖起,偶数断面的主槽坝塌坝为比较经济、安全的运行方案。