多尺度海绵城市系统雨洪控制研究

雨水的开放性与流动性使城市洪涝灾害的产生具有多尺度特征,海绵城市系统中也存在多种规划建设层级与尺度,且各层级尺度下的规划建设内涵与雨洪控制目标各不相同。本文基于SWMM模型,以位于广州市的三个不同空间尺度区域(局域集水单元、城市汇水区、城区小流域)为研究对象,通过现状解析、海绵改造方案设计与模拟的方式,对不同尺度海绵系统雨洪控制措施的合理设置,以及实现城市排水治涝与海绵城市建设的综合控制目标进行系统性实例研究。研究结果表明：在小尺度海绵系统中应通过微观控制措施实现系统径流、出流要素控制,在中、大尺度海绵系统中应通过兼顾绿色与灰色基础设施、管渠与调蓄设施、源头与终端结合的控制措施,分别实现流量峰值的控制与积水情况的缓解。研究可为海绵城市的统筹规划建设及不同单一尺度区域的海绵城市规划设计与研究提供明晰的参考。     

“虚实结合”在土力学教学中的探索与实践

土力学是一门实践性学科。传统课堂理论教学存在知识点繁多、内容体系复杂、与实际脱节等问题,而实验教学也有课时、场地、设备等时间、空间和资源等方面的限制和约束,导致整体教学效果欠佳。中山大学土力学教学团队秉持“虚实结合”的教学理念和方法,开展土力学教学改革探索。一方面,在课堂理论教学中引入实体教学模型,强化学生对理论模型、抽象概念以及工程实际的理解和认识;另一方面,通过虚拟现实技术建设仿真实验平台,克服传统实验教学的时空局限性和资源约束。基于“虚实结合”的教学手段,可激发学生学习的主动性和积极性,培养学生的创新思维,提升土力学课程的教学质量和效果。     

与MM5气象模式耦合的VIC分布式水文模型构建

从水文气象耦合的角度入手,根据汉中流域的特点,首次在汉江流域MM5运行的9 km×9km网格上构建了VIC日分布式水文模型.利用流域内7个水文站的径流资料对该模型进行了应用检验.结果表明,该模型能较好模拟汉中流域的日径流过程,其模拟精度与集总式VIC模型和集总式三水源新安江模型基本相当,但它充分考虑了研究流域内降水输入和下垫面条件的空间差异性,能够提供网格降水分布及流域内产汇流的分布状况,能进一步同中尺度MM5气象模式耦合,延长洪水预报的预见期.     

干旱半干旱地区降雨下渗过程的若干问题探讨

通过对Horton、Philip下渗能力曲线的讨论以及王家沟流域不同地类下渗试验的应用比较分析,表明Horton下渗能力曲线比Philip下渗能力曲线具有更明确的物理意义。但由于它们都是把下渗的出现作为地表饱和的结果以及由于流域上下渗分布的不均匀性．因此不能把它们直接应用于流域的产流计算。总结分析了目前对降雨下渗过程的研究,认为加强对降雨下渗规律的认识,将降雨下渗与土壤水分运动的动态变化过程结合起来研究,可以为流域径流形成机理的认识和流域水文模型的建立奠定基础。     

渭河流域水沙多年变化及趋势分析

利用近50年来降水、水土保持措施、水利措施及工业生活用水等方面的资料，分析了降水和人类活动对渭河流域水沙变化的影响，指出：从20世纪70年代以后，渭河流域水沙呈现减少的趋势，其中90年代减少十分显著；人类活动和气候变化是影响渭河流域水沙变化的主要因素，今后还应加强微观尺度和机理的研究工作；2003年以后渭河流域降水量将呈现10年左右的偏多期，水沙量也将呈现10年左右增长的趋势，必须提前安排好应对措施。     

基于GIS的碾盘山-新城河段槽蓄量计算

选取汉江下游碾盘山-新城河段2005年实测河道地形资料作为研究实例，阐述了基于GIS技术的河道三维表面生成和河道槽蓄量计算的方法与步骤；选取等高线量算法作为参照方案与GIS方法进行比较研究，结果表明两种方法的精度相当，且GIS方法从效率和对地形信息的利用程度上均优于等高线量算法；展望了GIS技术在水文学领域的应用前景。     

利用遥感信息修正数字河网的研究

针对DEM本身存在的缺少关于平坦地区和洼地以及水库或湖泊水流路径的数据信息的缺陷,以及没有较高精度DEM的地区难以构建准确的数字河网的问题,提出利用遥感影像作为反输入修正数字河网的新思路,并尝试了利用遥感结合DEM提取河网水系的方法.应用分析表明该方法可以生成较符合实际的连续的数字河网,而且适用于没有较高精度的DEM的无资料地区。此方法值得进一步研究.     

我国旱涝交替事件识别及演变规律

为了识别我国旱涝交替事件以及探究其时空演变规律,引入降雨距平指数(RAI),并提出了一种在月尺度上识别旱涝交替事件的简便易操作的研究方法。结果表明:我国旱涝交替事件具有明显的年内分布规律,4—8月份旱涝交替事件发生频次明显增加,8月份以后,旱涝交替事件发生次数减少。不同月份,旱涝交替事件高频区的分布也不同,4—6月份主要在华南地区,6—9月份主要在西南、华中、华北和东北地区。总体而言,全国旱涝交替发生的频率呈现东南高西北低的特点。而旱涝交替强度的空间格局与频率完全不同,呈现出西北高东南低的特点。21世纪以来,珠江流域、黄河、海河流域片旱转涝事件发生频率呈上升趋势;全国旱涝交替事件强度无明显变化趋势。研究成果能为我国旱涝灾害管理与防控提供科学参考,具有较强的实用价值。     

基于高维Gaussian Copula函数的区域农田灌溉需水分析

以广东省农田灌溉需水为例,构建了分区降水的8维联合分布模型,提出了给定全省降水频率的全省及分区农田灌溉需水分析思路,采用同频、典型年和最大权函数3种方法对区域需水、分区降水频率及需水进行了分析计算和对比。结果显示:Gaussian Copula函数能够很好地模拟广东省8个分区年降水联合分布,单变量最优分布主要为广义极值分布和广义正态分布。3种方法之间的全省农田灌溉需水相差甚小,但是各分区需水差别相对较大。典型年法推求的分区降水频率差异最明显,最大权函数法推求的大部分分区降水频率处于同频位置附近,其中分区Ⅷ的降水频率在特枯和特丰时明显偏离同频位置,而且其置信区间范围明显大于其它分区,表明分区Ⅷ不确定性更大。由于基于高维Copula函数联合分布模拟既考虑了分区降水的独立分布,又考虑了它们之间的相依性,而且能够给出分区需水的置信范围,因此认为最大权函数法推求区域农田灌溉需水更为合理。     

考虑来水的东江流域用水量脉冲响应

运用协整的方法研究广东省东江流域近30年来总用水量与各行业用水量及流域来水量的长期关系,并建立了向量自回归模型对行业用水量和来水量的关系进行脉冲响应分析和方差分解。结果表明,东江流域总用水量的波动主要归因于生产用水的冲击,其对总用水量的方差贡献率之和长期达到91％以上,总用水量对来水的冲击呈现微弱负向响应;第二产业用水对自身和除第一产业用水外的行业用水波动影响强大而持久,为显著的正向响应,远大于各行业用水相互间的冲击。