黄土丘陵沟壑区沟道的水沙运动模拟

黄土高原支离破碎,沟壑纵横,是黄河流域的主要泥沙源区.为模拟与预测全流域的水沙运动过程,需要建立流域水沙运动模拟模型.为使模型的建立符合实际的物理图景,将流域分为坡面与沟道两大系统,在坡面上建立产流与侵蚀产沙模型,在沟道系统内建立水沙运动模型.根据沟道无实测断面资料的实际情况,本文改进了以扩散波方法为基础的水流演进模型,并在此基础上应用不平衡输沙理论计算泥沙输移,提供了黄土丘陵沟壑区沟道系统水沙运动模拟的一种模式.对于沟道水流挟沙力的计算,验证对比了常用于黄河干流的张红武公式和专为泥沙源区建立的费祥俊公式.最后,作为例子给出了方法在小流域中的应用.     

黄河流域多沙粗沙区植被覆盖变化与减水减沙效益分析

通过遥感手段和数字流域模型,研究了黄河流域多沙粗沙区近10来年的植被覆盖变化及其减水减沙效益。研究表明,多沙粗沙区90年代末期与80年代末期相比,植被覆盖度增加区域大约占50%,植被覆盖度没变化区域约占48%。植被覆盖度的变化导致了流域水沙条件的变化,90年代末期植被覆盖条件下,植被措施的减水减沙百分比不高;不同的降雨过程,植被措施的减水减沙效益有一定的差别;从不同降雨过程多年平均看,近10来年植被措施年均减水2.63亿m3,减沙1.13亿t,减水减沙比为2.75,即减1亿t沙的同时减水2.75亿m3,减水百分比为7.61,减沙百分比为10.56,减沙效益大于减水效益。     

山区卵砾石河流的阻力：以龙溪河为例

山区卵砾石河流在西部山区广泛分布，其阻力关系是认识水流泥沙输移规律、模拟山洪演进过程的制约因素。通过在四川龙溪河的现场观测，获得了水力学、泥沙、地貌等要素的数据，分析了阻力系数与卵砾石特征粒径、坡降、流量、河床结构强度等参数的关系，检验了已发表的多个山区河流阻力公式的适用性。结果表明，由于山区卵砾石河流存在不同发育程度的河床结构以及卵砾石的部分可动性，阻力系数与山区河流的流量、坡降、河床结构发育程度参数等有密切关系；Rickenmann (1994)及Ferguson (2007)阻力公式在龙溪河具有较好的适用性。本文仅仅是山区河流阻力的初步成果，今后将进一步开展阻力关系的深入研究。     

地下埋设管道穿河段的洪水危险度评价

地下埋设管道下穿河流,由于不同河流的汇水面积、地形、降雨、下垫面条件等因素可存在较大差异,不同工程段遭遇洪水的危险程度不同,需要简单有效的方法进行洪水危险度评价。以陕京三线输气管道山西临县段为例,定量分析了每个管道穿河段的洪水风险因子,包括汇水区的面积、降雨、高差、形状、土地利用、植被指数等因子,穿河点的纵向比降和横向高差等因子。根据因子间的相关性和因子与穿河管段实际水毁次数间的相关性,选定了影响洪水危险度的三个核心因子。采用多元线性回归模型和Logistic回归模型建立了洪水危险度评估模型,并绘制了陕京三线山西临县段洪水危险度分布图。成果为管道运行安全防护措施的制定和实施提供依据,方法可为类似线状工程的洪水风险评价提供参考。     

山区卵砾石河流的阻力

山区卵砾石河流在西部山区广泛分布,其阻力关系是认识水流泥沙输移规律、模拟山洪演进过程的制约因素。通过在四川龙溪河的现场观测,获得了水力学、泥沙、地貌等要素的数据,分析了阻力系数与卵砾石特征粒径、坡降、流量、河床结构强度等参数的关系,检验了已发表的多个山区河流阻力公式的适用性。结果表明,由于山区卵砾石河流存在不同发育程度的河床结构以及卵砾石的部分可动性,阻力系数与山区河流的流量、坡降、河床结构发育程度参数等有密切关系;Rickenmann 及 Ferguson 阻力公式在龙溪河具有较好的适用性。本文仅仅是山区河流阻力的初步成果,今后将进一步开展阻力关系的深入研究。     

基于智能手机互动的资料缺乏山区洪水预警系统

山区降雨预报的不确定性强,实际降雨信息难以实时测报,使得准确及时的洪水预警难以实现.从群测群防角度看,山区居民可粗略测量各自位置上的实时降雨量,但不了解上游流域内的降雨情况,也不掌握对洪水进行可靠估计的方法.基于智能手机、云计算等信息技术,提出并初步实现了一个用于资料缺乏山区洪水预警系统的框架.该系统综合了群测群防思想和水文模拟技术,在降雨发生后通过居民的智能手机终端收集地理坐标和雨量估计值,驱动云端的数字流域模型自动运行,根据径流模拟结果推定不同地理位置的预警级别,并将预警信息推送到雨量信息提供者和潜在受灾者,使用户在洪水到达前接收到预警信息.该系统的应用将提高群测群防的技术水平.     

数字流域模型关键技术研究

数字流域模型定位于大范围、全流域级的水文过程模拟,是一个具有多层空间分辨率的、模型参数可以容易获取的、能够实现并行计算的全流域级整体模型。数字流域模型的建立需要解决5项关键技术问题,即大流域DEM数据存取技术、流域沟道参数提取技术、基于遥感图像的模型参数提取技术、分布式降雨量数据存取技术、计算机集群并行计算技术。在黄河数字流域模型的建设实践中,提出了5项关键技术问题的解决方法：用分块技术解决大流域DEM数据的存取问题,用TOPAZ模块提取流域沟道参数,用遥感图像提取模型分布式参数,用雨量站插值技术存取面雨量序列,用计算机并行计算技术打破大流域整体模型的计算瓶颈。     

黄河流域产水产沙系统的划分及中游重点区的编码

黄河流域来水来沙的一个显著特点为水沙异源,不同区的水沙特点不尽相同,其对下游河道冲淤演变的影响也不相同.为探求下游河道泥沙淤积与来源区的关系等问题,有必要对黄河流域进行分区考虑.基于前人对黄河流域分区的成果,在保证支流流域完整性的前提下,将花园口以上的产水产沙子系统划分为4个一级区,并将各个一级区进一步划分为若干个二级区.然后对中游重点区进行河网提取及编码应用,编码后的中游重点区共有12万条河段,包含7级河流.此外,在提取河网的基础上,利用编码的便利统计了各支流的流域面积、河网密度等信息.本文研究结合黄河数字流域平台,能为分析中游水沙来源区与下游河道淤积的关系提供依据.     

基于多场次降雨的垂直指向性天气雷达适用性分析

了解降雨垂直结构上的宏微观物理特征变化,对于开展定量降雨预报、指导人工影响天气具有重要意义.为了评估垂直指向性雷达观测降雨的适用性和精度,本文利用2021年6月至9月河南省镇平县二龙乡试验基地内K波段微雨雷达(Micro Rain Radar, MRR)、 Ka云雷达和雨量计观测的20场次降雨数据,检验了MRR测雨的精度和适用性,分析了Ka雷达的观测能力.结果表明：MRR在500 m～900 m高度层的探测结果与雨量计观测值符合最好,可有效代表地面雨强,但更低层的探测结果会高估雨强;Z-R关系分析表明,MRR在较强降水条件下高空回波衰减严重,易引起雨强低估;Ka雷达探测弱降水的能力上限不超过30 dBZ.采用多频雷达联合监测是实现云降雨全过程探测的有效方法.