城市雨水径流生态处理研究现状与进展

从城市雨水径流产生的问题出发,分析对城市雨水径流进行生态处理的必要性。对包括植被缓冲带、植被浅沟、生物滞留系统、滞留塘和人工湿地等在内的多项雨水径流管理与利用生态技术的优缺点、净化机理、适用条件等进行了综合比较。并对我国城市雨水径流生态处理技术的应用前景进行了展望,为生态城市建设和城市水环境改善提供借鉴。     

城市雨水径流生态处理研究现状与进展

从城市雨水径流产生的问题出发,分析对城市雨水径流进行生态处理的必要性。对包括植被缓冲带、植被浅沟、生物滞留系统、滞留塘和人工湿地等在内的多项雨水径流管理与利用生态技术的优缺点、净化机理、适用条件等进行了综合比较。并对我国城市雨水径流生态处理技术的应用前景进行了展望,为生态城市建设和城市水环境改善提供借鉴。     

长江上游水文干旱评估及其不确定性分析

在基于频率计算的水文干旱评估中,往往由于资料长度较短或不连续等原因,致使水文变量的参数估计存在抽样引起的不确定性。以长江干流宜昌站1882—2009年的日径流数据为对象,采用正态分布拟合中长时间尺度下各时段累积径流量,并以多种正态性检验方法检验拟合效果,计算了不同时间尺度的径流干旱指数SDI,采用Monte-Carlo随机模拟验证了干旱指数计算的抽样不确定性,分析了长江上游干旱演变特征和不确定性对干旱评估的影响。结果表明,根据干旱指标评估干旱量级时,考虑不确定性的影响,可为更加准确有效的抗旱决策提供理论支撑,以期规避可能造成的减灾能力不足或抗旱资源浪费。     

汉江中下游地区水资源多目标优化配置

本文结合水资源配置过程中的有效性、公平性和可持续性原则,以社会、经济和生态效益为目标,构建了汉江中下游地区水资源多目标优化配置模型,并应用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对模型进行求解。以2010年为现状水平年,2030年为规划水平年,采用1956~2011年的长系列历史径流资料和规划水平年需水预测的数据为基础,通过对水库运行规则和用水户优先级等变量的控制,实现汉江中下游地区的优化配置。在得到的最优Pareto解集中,选取不同的典型方案,对缺水量、经济效益和污染物排放量3个指标进行了对比分析。结果表明:该模型得到的水资源优化配置结果是合理可行的。研究结果可以为汉江中下游地区的水资源规划管理提供科学合理的依据,帮助决策者实现更高效和准确的水资源优化配置。     

贝叶斯概率洪水预报模型及其比较应用研究

贝叶斯概率预报系统(BFS)为开发各种概率水文预报模型提供了方法性的框架,选择合理的先验密度和似然函数是其关键问题。利用Copula函数推导了流量先验分布及似然函数的解析表达式,通过数值方法求解后验分布,构建了Copula-BFS模型。以三峡水库汛期入库流量概率预报为例,对所提Copula-BFS模型进行检验,并与水文不确定性处理器(HUP)和基于BP神经网络的贝叶斯洪水概率预报模型(BP-BFS)进行比较。结果表明:Copula-BFS模型后验均值预报可以提高预报精度且略优于现有的模型,具有性质更加优良的预报置信区间。本文所提Copula-BFS模型不需要进行线性-正态假设,适用范围更广,应用更加灵活,为洪水概率预报研究提供一条新途径。     

基于最大熵原理的水文干旱指标计算方法研究

确定水文变量的概率分布,是计算各类标准化干旱指标的关键。提出了基于最大熵原理(POME)的月径流分布构建方法,采用多阶矩作为求解最大熵的约束条件,以拉格朗日乘子法估计分布参数,计算了不同时间尺度的标准化径流干旱指数SDI,评估了汉江30个子流域历史水文干旱情势。结果表明:与Normal、Gamma、Weibull、Pearson TypeⅢ等常用概率分布相比,POME分布模型可以最大程度地利用实测水文数据中的信息,有效拟合不同时间尺度的累积月径流量,表现出良好的适用性;随着时间尺度的增大,采用不同分布拟合同一尺度的月径流量,差别逐渐减小,月径流量概率分布特征趋于正态化。成果可为推求干旱指标,研究干旱特征的统计规律,进行干旱频率分析等提供新的手段。     

基于Copula函数的鄱阳湖都昌站枯水多变量频率分析

以鄱阳湖湖区都昌水文站1958—2007年长系列日平均水位资料为基础,采用干旱分析中应用广泛的游程理论进行湖泊枯水的识别,提取枯水历时、平均枯水强度和最大枯水强度作为湖泊枯水特征变量;采用Archimedean Copula函数构造了变量的联合分布,分析了枯水事件出现的概率,计算了枯水事件的联合重现期和条件重现期。结果表明:Weibull分布、Logistic分布和GEV分布分别适于作为干旱历时、平均枯水强度和最大枯水程度的边缘分布函数;Clayton Copula函数适于都昌站枯水多变量联合分布的拟合;联合分布考虑了枯水事件多个变量之间的相关性,能提供更多的湖泊枯水特征信息,更能全面揭示湖泊枯水的概率统计特征。     

水库长期发电优化调度的不确定性分析

为了解水库调度中不确定因素对水库长期发电优化调度的影响,以三峡水库为例,根据确定性系数与预报误差的关系对入库径流过程进行随机模拟,应用三角分布和正态分布描述水力不确定性的影响,不同时期选取不同的调度起调水位,运用动态规划法进行水库发电优化调度,将其结果与优化调度和常规调度结果进行比较,得出入库径流的预报误差、出库泄流能力和起调水位的变化等三个不确定性因素对水库长期优化调度的影响较大,而水位库容曲线的不确定性对结果的影响较小。并以确定性系数0.9、变异系数0.1和起调水位145m为例,综合考虑了各项不确定性因素对三峡水库长期发电优化调度的影响。结果表明,多年平均发电量减少0.94×108kW·h,这与三峡水库实际运行情况相符合。     

基于随机模拟和并行计算的水库防洪调度风险分析

由于洪水预报、洪水类型、工程状态、管理决策等诸方面不确定性因素,水库实际防洪调度不可避免地存在各种风险,水库防洪调度风险分析研究显得尤为重要。为确保防洪安全,降低大坝及下游综合洪灾损失,对水库防洪调度风险分析进行了全面梳理,分析和识别了水库防洪调度风险的关键影响因素,探明了洪水预报误差、不同典型洪水、初始起调水位和防洪调度滞时等不确定性因素。研究了基于蒙特卡罗随机模拟的不确定性因素模拟手段,建立了并行计算模式下水库防洪调度风险分析模型及其计算流程,并定量分析了不确定条件下的水库防洪调度风险。相关成果可为快速方便、科学合理的水库防洪调度运行方式和安全管理提供技术支持。     

基于峰量联合分布推求设计洪水

洪水事件一般由洪峰与时段洪量等多个要素组成,各要素间通常存在较强的正相关性,应进行多变量联合分析。在进行多变量洪水频率分析时,对于给定的联合重现期水平,存在满足防洪标准的无穷多种峰、量组合,但并非所有的组合都符合水文事件的内在规律,只有在一定的范围内取值才是合理的。本文基于Copula函数构造洪水峰、量之间的二维联合分布,提出了一种确定两变量取值边界的方法,推导了两种具有统计意义的两变量联合设计值组合,即两变量同频率组合和条件期望组合。以清江流域隔河岩水库为应用实例,结果表明,两变量设计值组合对应的水库调洪最高水位高于单变量设计值,但差别不大,从防洪安全的角度考虑,推荐采用两变量同频率组合作为水库防洪设计值。所提方法拓展了多变量洪水频率分析技术在水利工程实际中的应用范围。