城市水循环演变及对策分析

全球气候变化和快速城市化改变了自然水循环过程,使水循环呈现"自然-社会"二元特征。城市是二元水循环耦合程度最深的区域,城市水循环的驱动力、结构与过程呈现复杂化,由此引发的城市水问题越来越突出,未来城市水循环面临严峻挑战。本文在识别城市水循环的演变历程和机理的基础上,解析了城市水问题的产生根源。以城市水问题以及未来城市水循环发展趋势为导向,提出了未来城市水循环调控的总体思路,论述了未来城市水循环调控的"理水""用水""治水""管水"四大战略,阐明了以"安""和""畅""保""节""回""净""智"八字方针为指导的未来城市水循环调控实现途径。     

基于Archimedean Copula函数的流域降雨-径流关系变异分析

降雨径流关系是工程水文学领域中一个重要的应用问题,利用Copula函数在捕捉多变量间相依结构的灵活性这一优点,引入Archimedean Copula函数构建流域降雨-径流联合分布,诊断流域降雨-径流关系变异。以泾河流域为例,确定了降雨、径流分别服从Gumbel分布与对数正态分布,Copula函数检验结果表明,泾河流域降雨径流关系变异发生在1996年,并以降雨-径流关系变异点为分割点,将降雨、径流序列分割为1960~1996与1997~2010年两个阶段,分析表明两个时段降雨-径流关系发生较大变化,相同降雨情况下1997~2010年产流量相对1960~1996年减小30%以上,年降水量越小,产流量减小幅度越大,当年降水量为500mm时,减小幅度达到37.59%,并结合人类活动对照等分析,验证了Copula函数诊断流域降雨径流关系变异结果的合理性与准确性。     

基于模糊集合理论和集对原理的径流丰枯分类方法

在分析现有基于集对分析的年径流丰枯分类方法不足的基础上,考虑径流等级划分的模糊性和径流的年内分布特性,提出模糊化径流分级标准,并引入基于径流分布的年内丰枯贡献权重因子,得到年径流对于各个等级的综合隶属度,进而利用集对分析方法判断年径流的丰枯等级。利用所提方法对溪洛渡径流丰枯等级进行分析,结果表明该方法较于单一的集对分析方法能更好的描述径流丰枯状态。     

ECMWF降雨集合预报在水库优化调度中的应用研究

为了充分考虑降雨预报的不确定性,本文建立了基于降雨集合预报的径流描述模型,并在满足保证出力条件下,建立以水库在调度期内总发电量最大为目标的随机动态规划模型。以桓仁水库以上流域为研究实例,应用欧洲天气预报中心(ECMWF)的降雨集合预报信息进行水库优化调度。结果显示应用降雨集合预报信息的调度可提高发电量4%以上,表明利用降雨集合预报信息进行水库优化调度,对水库实际运行有一定的指导意义。     

部分线性矩在洪水频率分析中的应用研究

为了避免小洪水值在估算大重现期洪水值中存在的滋扰行为,研究部分线性矩在洪水频率分析中的应用。采用蒙特卡洛试验研究其统计性能,并以陕西省5个水文测站年最大洪峰序列为例,分析测站拟合效果及评价高尾部设计值估算偏差。结果表明:部分线性矩法具有良好的统计性能;与普通线性矩法相比,部分线性矩法对高尾部经验点据拟合效果更好,提高了设计值估算精度,是一种合理有效的洪水频率分析参数估计方法。     

城市地区流域洪水过程模拟:以清河为例

城市地区流域洪水模拟是当前洪水过程计算分析的热点和难点,本研究基于Mike洪涝模拟平台的河道一维水动力学模型(MIKE11),综合考虑城市地区不透水下垫面产流、多闸坝调度、城市排水、支流汇入等因素,系统构建了北京市主要排洪河道清河流域洪涝模拟模型,以设计流量、水位资料和实测场次洪水过程资料分别对河道、水工建筑物参数及运行规则进行了验证,模型模拟结果显示模型能够较好模拟城市流域复杂环境条件下的河道结点水位,情景模拟分析不同降雨重现期流域现状河道行洪能力和河湖雨水综合利用能力,显示清河流域具有明显的低水位、大流量的特点,可以满足20年一遇降雨行洪要求。在特大暴雨条件下清河干流中段清河闸至羊坊闸是河道洪涝的重点防护区域。从1年到20年一遇重现期设计降雨条件下,模拟蓄水占总库容的33.5%~54%。研究为城市流域防洪调度和雨水资源利用提供技术支持。     

水文学发展困境与变革

水文过程复杂性的根源,在于循环路径"组合(整合)"的多样性及其变动性。由于背景环境的变化和不确定性干扰,传统的水文学途径的基础受到了动摇,学科摆脱困境之路是强化对组合的研究。计算机和网络技术进入云计算时代,有助于直接观测复杂多变的"组合"情势和构建、模拟和预测"组合"的模型,必将深刻地改变水文学科的进展。引入风险模拟分析理念,转变确定性思维模式,构建"风险文化",对于走出困境也是必不可少的。     

河流生态学相关交叉学科进展

论述了近年来河流生态学发展的主要特点.指出河流生态系统研究是一种跨学科的研究,诸多学科与河流生态学的交叉、融合,发展了富有生命力的新兴学科领域.文中介绍了生态水文学、生态水力学、景观生态学和生态水工学的学科内涵、研究进展和学科发展趋势.指出学科的细化标志着对于河流自然规律认识的深化,交叉学科必然会遵循生态系统整体性原则,最终朝着建立综合的河流科学理论方向发展.     

分形理论在生态水文学中的应用综述

在系统评述分形理论在生态水文学领域的应用研究现状的基础上,指出目前应用中存在着将分形维数作为复杂系统的惟一刻画显得过于单一,对研究对象的内在规律性的分析不够深入,对植物与水的关系之间的分形机理还未进行深入研究,对生态水文学研究的核心问题水循环过程与生态过程的相互作用机理的分形研究还比较薄弱等问题,并对分形理论在生态水文学领域的应用前景进行了展望.