梅溪流域“莫兰蒂”台风暴雨洪水分析

2016年9月,受台风"莫兰蒂"影响,福建省泉州市梅溪流域发生强降雨过程,产生的洪涝灾害造成严重的人员伤亡及财产损失。对此,以此次梅溪流域洪涝灾害为例,结合降雨数据、径流数据及上游山美水库调蓄数据,采用数据分析、还原计算、实地勘察等分析和计算方法详细分析了台风暴雨洪水过程,并提出具体措施。研究结果表明,此次台风暴雨具有降雨强度大、降雨雨量集中、降雨径流响应时间迅速的特点;洪水快涨慢落,历时长;上游山美水库在洪水过程中发挥了重要的调蓄作用;洪水诱因主要包括气象、外江顶托、自然地理和人为因素等。     

梅溪流域城镇化进程对山前平原区洪涝过程的影响

为探究城镇化进程引起土地利用类型变化对山前平原区洪涝过程的影响,以梅溪流域下游平原区的洪濑镇为例,分析了2002—2018年梅溪流域上游山区和下游平原区的土地利用类型变化,并基于多情景数值模拟,研究了流域尺度内土地利用类型变化对山前平原区洪涝过程和地表淹没状况的影响。结果表明：随着梅溪流域耕地和林地面积减少、城镇建设用地增加,上游山区的径流系数和峰值流量均增大,下游山前平原区的淹没状况更加严重;上游山区的城镇建设用地增加使山区骤发洪水峰值流量增大、峰现时间提前,主要影响地表平均最大淹没水深和平均峰现时间;下游平原区的城镇建设用地增加使内涝发生的时间提前,主要影响地表平均淹没历时。     

基于神经网络模型的全国用水量/ 四维0模拟

通过分析影响我国用水数据的因素, 模拟我国各地级行政区的用水量数据, 对于在全国开展用水情况评价、水 资源高效利用与管理、实现经济可持续发展有重要意义。以 2000- 2010 年全国地级行政区内土地利用分布、人口、 经济和用水量统计数据为基础, 采用两层前馈神经网络模型模拟用水量数据。研究结果表明, 土地利用分布、人口 和经济三类影响因素综合模拟用水量具有较高模拟精度。考虑到近年来经济技术、节水措施和用水效率不断提高 对用水量的影响, 而这种影响只体现在时间上, 提出了/ 四维0 用水量模拟理念, 即在模拟用水量时补充土地利用、人 口和经济的时间序列特征。结果分析表明,/ 四维0 模拟理念进一步提高了全国各地级行政区的用水量模拟精度。     

基于FLOW3D的梅溪洪濑段桥梁雍水三维数值模拟

为探究桥梁雍水与桥洞堵塞对洪泛区淹没情况的贡献,以山区河道梅溪洪濑段上的8座桥梁为例,借助FLOW3D模型构建精细化三维河道与桥梁模型。模型经过验证,模拟值的绝对误差平均值小于0.05 m, Nash系数大于0.77,表明模拟结果良好。分别计算各桥不同重现期下的雍水值,模拟桥洞堵塞程度的影响。结果表明:从整体来看,上游桥梁雍水值大部分大于下游桥梁点位;七号桥的雍水影响最大,在20 a、50 a和100 a重现期,对桥前洪泛区最大淹没水深的贡献比分别达到15.1%、18.5%与22.7%;桥孔堵塞程度增加的比例与桥前水位增量基本呈线性关系;相对于50 a无堵塞的情况,七号桥堵塞20%对桥前洪泛区最大淹没水深的贡献比又增加了21%,桥前平均水位甚至大于100 a无堵塞的洪水水位。本研究可以为梅溪洪濑段实际桥梁安全防护与河道沿岸洪泛区防洪减灾提供参考。     

基于水文水动力耦合模型的洪水淹没模拟

中国中小流域地区洪水灾害频发,探究新型城市雨洪模型是当下的研究热点。通过耦合水文模型与二维水动力模型的方法,使得在模拟城市下垫面洪水淹没情况的同时,又能使模拟达到较快的运算速度。以泉州市梅溪流域为例,探究耦合模型在中国中小流域范围应用的可行性。结果表明,耦合模型模拟水量平衡误差极小,淹没水深结果与验证值吻合较好。根据对淹没水深图与达最大水深时间图的分析,得到区域范围洪水的空间分布及时间分布,可为中小流域洪水治理提供决策支持。但中小流域水文数据匮乏一定程度上限制了模型的可靠性。     

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。