福州晋安河片区海绵改造对城市内涝的影响

为研究海绵改造对城市洪涝的影响,有效提高城市对洪涝问题的韧性,对福州市晋安河片区海绵改造效果进行分析。基于InfoWorks ICM模型对片区管网、地表、河道进行耦合模拟,设计了7种海绵改造方案,对各方案计算结果进行评估,并进一步选择琴亭湖附近典型排水片区,量化分析了海绵城市建设与湖库联合调度协同措施下片区的内涝响应。结果表明：构建的洪涝模拟模型能有效模拟晋安河片区暴雨内涝过程,不同的海绵改造措施对最大淹没面积、溢流节点数、超载管道数以及主河道不同断面水位的影响有所不同;全域海绵改造与管网优化组合的方案作用下,模拟得到的海绵改造综合效益最优。苏迪罗台风降雨驱动下,典型排水片区在无海绵改造措施下的总淹没面积为22.87 hm²,采用可持续的城市排水系统(SUDS)措施后,淹没面积减小为22.48 hm²,进一步加入调度规则,总淹没面积减小为9.83 hm²,仅采用源头海绵改造措施在面对极端降雨时效果有限,结合SUDS与湖库调度可以有效减缓内涝问题。     

城市路网汇流线性效应与Clark分布式单位线适用性检验

模型适用性是水文模型应用需要考虑的一个重要问题。针对Clark分布式单位线模型,结合北京未来科技城北区路网降雨径流监测数据,通过模型模拟与效果评价（包括：确定性系数R2、Nash-Sutcliffe效率系数NSE和总径流量相对误差RE）,综合检验路网汇流的线性效应与Clark分布式单位线法的适用性。结果表明,径流流量模拟值与实测值变化趋势基本符合,确定性系数R2值在0.40～0.89之间,平均值为0.73,Nash-Sutcliffe效率系数NSE值在-0.77～0.87之间,平均值为0.26,总径流量相对误差RE值在-0.77～0.36之间,平均值为-0.18,总体模拟效果可以接受。其中,不同场次降雨径流模型评价指标变化与降雨强度密切相关,确定性系数R2值与Nash-Sutcliffe效率系数NSE值均随雨强的增大而逐步趋近于1,总径流量相对误差值RE值则随雨强的增大而振荡趋近于0,说明模型效果随雨强增大而趋于优化、适用性程度不断提高,并间接反映出路网汇流的线性效应不断增强。     

山东省水-能源-粮食系统耦合协调关系变化研究

山东省地处黄河下游,是粮食生产和能源消耗大省,水资源供需矛盾突出,为实现区域资源可持续发展,采用耦合协调评价模型,分析山东省2000—2020年水-能源-粮食系统耦合协调发展变化特征。结果表明：山东省水-能源-粮食系统整体发展趋势较为稳定,处于初级协调阶段;各子系统间离散程度相对较低、相互影响程度高,大多数年份水-能源-粮食系统处于初级协调阶段;干旱导致水资源短缺、能源供需矛盾等问题,对系统耦合协调程度影响较大,提升抗旱减灾和能源保障能力可促进山东省水-能源-粮食系统协调可持续发展。     

基于SWMM和InfoWorks ICM模型的大红门排水区暴雨内涝模拟

为探究不同暴雨情景下北京市大红门排水区内涝过程演化规律,构建SWMM和InfoWorks ICM-2D耦合城市暴雨内涝模型,模拟分析了大红门排水区不同重现期降雨下管网排水能力、地表淹没情况及内涝危险性。结果表明：SWMM和InfoWorks ICM-2D耦合模型在大红门排水区暴雨内涝模拟中具有较好的适用性;大红门排水区70%以上的管道排水能力不足5年一遇设计标准,随着降雨重现期增大,溢流节点和超载管道数量增多,超载时长增加,但溢流节点超载时长增幅减小;易涝区和中高危险区主要分布在大红门排水区中部和东南部下凹桥区;随着降雨重现期增大,内涝区积水深度增加、积水范围扩大,0.2 m以上水深区域占比增加,低危险区主要向高危险区转化,较少向极高危险区转化。     

基于三维水动力模型与经验公式的桥梁雍水模拟与计算

为进一步探究桥梁雍水计算中各经验公式的适用性,以山区河流梅溪的六座桥梁为例,借助FLOW3D三维水动力模型构建了精细化河道与桥梁三维模型,计算了不同重现期下的桥前雍水值。模型经验证后,FLOW3D模拟值的绝对误差小于0.07 m,Nash系数均大于0.8,表明模型模拟效果较好。对比分析了FLOW3D模拟值与四种不同桥梁雍水经验公式的雍水计算值,结果表明:从整体来看,铁科院曹瑞章公式的计算结果都相对较大。对于下游的三座桥梁,铁科院陆浩公式的计算结果偏大,道布松公式与Henderson公式的计算结果偏小,其中Henderson公式最接近于模拟值。此外,相对较上游的两座桥梁,陆浩公式的适用性更好。研究成果可以为桥梁雍水计算与研究区防洪评价提供参考。     

京津冀地区水-能源利用效率与资源压力核算

基于多层次投入产出法,核算了京津冀地区各部门的三层次体现水强度及体现能源强度,分析了京津冀地区水与能源的“源”与“汇”流通特征,构建了水-能源贸易间接消耗资源压力指数,对贸易引发的资源压力进行了定量化分析。结果表明,京津冀三地全行业平均体现水强度分别为69-90m3/万元、68-51m3/万元和103-13m3/万元,体现能源强度分别为28-58GJ/万元、22-84GJ/万元和38-29GJ/万元,资源利用效率天津最高、河北最低;北京和天津受限于资源禀赋条件,倾向于调入原产品和最终消费品,其经济和资源之间的脱钩发展得益于将资源密集型产品的生产转移至其他省份,河北则为京津地区资源安全使用提供了保障;体现水贸易对北京和天津各部门水资源压力的缓解作用显著强于河北,体现能源贸易对北京各部门能源压力的缓解作用显著强于天津和河北;体现水贸易对京津冀地区能源压力的影响显著低于体现能源贸易对水资源压力的影响,能源耗水在水-能源纽带关系中起到主导作用。     

雅鲁藏布江流域植被覆盖变化及其对气候变化的响应

基于雅鲁藏布江流域2000—2016年MODIS遥感产品,选取植被归一化指数NDVI研究近年来研究区植被覆盖变化情况,并结合流域内气象站实测数据,采用趋势分析法、Hurst指数法和偏相关系数法研究流域植被覆盖变化及其对气候变化的响应关系。结果表明:近年来流域上游和下游地区植被覆盖以改善为主,中游地区则以恶化为主;流域低海拔地区为NDVI高值区,植被覆盖度随海拔升高呈先稳定后下降再稳定的趋势;流域NDVI与气温的偏相关系数大于降水,说明雅鲁藏布江流域整体上植被生长受气温影响要大于降水;流域Hurst指数空间差异性显著,均值为0.51,说明流域植被覆盖整体呈弱可持续性,其中拉萨河流域及雅鲁藏布江上游地区空间持续性较强,达到0.74。     

排水管网系统堵塞与拍门对城市水动力过程的影响研究

为揭示管网系统堵塞与防倒灌拍门对城市水动力过程的影响,以东南沿海山区小流域-梅溪流域为例,构建了山区水文城区水动力耦合模型。耦合模型经过验证,适用性较好。定量开展了管道堵塞与拍门对城市水动力过程的影响研究,结果表明:从空间上来看,识别出了堵塞不利影响最大的管段;在堵塞程度上,管段尽量不要堵塞超过内径的20%。在不同的重现期下,最大淹没水深和峰现时间对堵塞不敏感,而高重现期下,淹没历时对堵塞十分敏感。此外,管网系统排水口安装防倒灌拍门后,各重现期的最大淹没水深与最大淹没面积均略有减小。更重要的是,拍门在减少淹没历时上发挥了积极作用。本研究可以为梅溪流域的洪水预报、管道清淤及防洪管理提供技术支撑。     

基于SWMM与LISFLOOD-FP模型的城市暴雨内涝模拟——以济南市为例

将开源的SWMM一维管网模型与半开源的LISFLOOD-FP二维水动力模型耦合,对济南市黄台桥流域进行暴雨内涝模拟,基于实测场次降水、流量及淹没情况对模型进行率定与验证。统计分析20130723实测场次降水和不同重现期设计降水下研究区溢流节点分布和地表淹没情况,并分析其原因,得出以下结论：20130723实测场次暴雨模拟结果表明耦合模型在研究区具有较好的适用性,可以用于城市流域暴雨内涝的模拟;随着降水重现期的增加,溢流节点数目及各个淹没水深范围的面积均呈增加趋势,总淹没面积从8.18 km2增加到21.92 km2,其中水深范围在0.1~1.0 m的淹没面积占比最大。研究探索城市流域尺度的暴雨内涝模拟,相关结果可为研究区防洪减灾工作提供一定的科技支撑。     

济南市区地下水埋深动态变化及其成因

应用统计学和水均衡原理对济南市区1997—2016年地下水水位实测数据进行分析,研究济南市区地下水埋深动态演变特征及其成因。结果表明：近20年来市区地下水埋深增大趋势得到明显遏制,目前地下水埋深呈稳健减小趋势,市区平均埋深减小2.527 m,多年平均减小速率为0.133 m/a,地下水埋深减小率空间变化特征表现为由东北向西南衰减,其中,历下区党家庄镇区域地下水埋深减小率最高达到0.667 m/a,长清区张夏镇区域地下水埋深增大率最低为0.115 m/a;地下水埋深与降水补给和人工开采直接相关,地下水埋深年内变化呈季节性波动,历下区位于地下水补给区,对补给或开采的响应程度表现最为敏感,而位于地下水排泄区的天桥区响应程度最为缓慢;在2003年采取大规模节水保泉措施后,地下水开采量减少约3亿m3/a,市区地下水蓄变量由2003年以前的负均衡(-2.7亿m3/a)转变至2003年以后的正均衡状态(0.8亿m3/a),行政干预措施效果明显。研究成果可为制定节水保泉方案措施提供科学依据和技术支撑。