流域水文过程与植被相互作用研究评述

从流域水文过程与植被相互作用规律、流域生态水文模型、流域生态水文对气候变化的响应三个方面，对国内外相关研究现状进行了总结分析。研究发现，当前流域水文学正在从以单一水循环过程为主要研究对象发展成以研究水分、能量与物质耦合循环以及水文过程与生态过程的相互作用等为主要内容的综合性和交叉性学科。现关于流域水文过程与植被之间的关系研究多集中于单向作用的研究，如水文过程对植被的影响研究和植被变化对水文过程的影响研究，而对水文过程与植被之间的反馈机制以及对流域内土壤-植被-大气复杂系统的整体研究不足，缺乏对流域水文过程与植被相互作用机理的全面认识。研究表明气候变化已经影响到流域水文过程和植被生长，气候变化下的流域生态水文响应是水文学研究的前沿课题。水文学需要强化对流域生态水文机理的研究，只有在充分揭示流域生态水文机理的前提下，才能预测未来气候变化下的流域生态水文响应。生态最优性原理能够解释植被对外界环境变化的响应，从而被应用于描述植被与水文过程的相互作用。基于生态最优性原理的流域生态水文模型已逐渐成为生态水文学的研究热点之一。     

流域水文过程与植被相互作用研究现状评述

从流域水文过程与植被相互作用规律、流域生态水文模型、流域生态水文对气候变化的响应三个方面,对国内外相关研究现状进行了总结分析。从中发现,当前流域水文学正在从以单一水循环过程为主要研究对象发展成以研究水分、能量与物质耦合循环以及水文过程与生态过程的相互作用等为主要内容的综合性、交叉性学科。现关于流域水文过程与植被之间的关系研究多集中于单向作用的研究,如水文过程对植被的影响研究和植被变化对水文过程的影响研究,而对水文过程与植被之间的反馈机制以及对流域内土壤-植被-大气复杂系统的整体研究不足,缺乏对流域水文过程与植被相互作用机理的全面认识。有研究表明,气候变化已经影响到流域水文过程和植被生长,气候变化下的流域生态水文响应是水文学研究的前沿课题。水文学需要强化对流域生态水文机理的研究,只有在充分揭示流域生态水文机理的前提下,才能预测未来气候变化下的流域生态水文响应。生态最优性原理能够解释植被对外界环境变化的响应,从而被应用于描述植被与水文过程的相互作用。基于生态最优性原理的流域生态水文模型已逐渐成为生态水文学的研究热点之一。     

城市洪涝试验研究进展

城市洪涝物理试验与原型试验是开展数值模型验证及提高预报预警精度的重要手段。从城市产流过程、地表洪水演进以及地表径流与管网水流交互三方面,综述了近年来国内外城市洪涝试验的研究进展。针对目前城市洪涝试验研究中存在的不足,指出今后应完善现有城市产汇流过程相关机理方面的试验研究,深入研究地表与管网垂向交互过程,加强与城市洪涝期间的流动行为密切相关过程的定量试验研究。     

山区流域洪涝预报水文与水动力耦合模型研究进展

受人类活动及气候变化的影响,我国山区流域洪涝灾害频发,研制洪涝模拟及预报模型对于流域洪涝灾害防治及水环境综合整治具有重要的理论意义和应用价值。论文评述了洪涝模拟与预报使用的水文及水动力模型的优缺点,指出单一的水文或水动力模型的局限性。基于此,分析并比较了国内外已有的水文模型与水动力模型的不同耦合方式,包括水文模型与水动力模型的串联耦合、水文模型与一维水动力模型的动态单向耦合、水文模型与二维水动力模型的动态单向耦合。总结了各类耦合模型的优势和适用性,评价了已有耦合模型在计算精度、数值格式稳定性和计算效率等方面所取得的创新。论文探讨了流域洪涝发生和发展的水文过程与水动力过程的互馈机制,分析了水文模型与水动力模型新的耦合方法及可行性,介绍了水文与二维及一维水动力的动态双向耦合模型。动态双向耦合模型预期能更加真实地反映流域洪涝发生及发展物理机制,具有提高洪涝模拟预报精度和计算效率的潜力。各类耦合模型各有其自身优势,可以根据流域及城市防洪实际,选取合适的水文与水动力耦合模型,为山区流域洪涝模拟和预报提供技术支持。     

一种城市洪涝快速分析方法的设计与应用

设计了一种综合运用城市洪涝模型、机器学习算法、案例式决策等技术的城市洪涝快速分析方法,以满足洪涝应急决策需求.首先,利用城市洪涝模型,建立以排水分区为单元的内涝方案库,其次,基于长序列历史降雨数据提取城市典型降雨时空模式.当发生强降雨事件时,第一步,对多源降雨数据进行格式同化和时空模式判别;第二步,将降雨和水情数据作为...     

城市洪涝模型及CPU-GPU异构并行计算技术研究进展

在全球气候变暖和城市化背景下,城市洪涝问题日益严峻。为尽可能减少城市洪涝灾害造成的损失,提高城市对突发性强降雨事件的应急处理水平,开展城市洪涝数值模拟技术研究具有十分重要的意义。本文从城市洪涝精细化和高效模拟角度出发,综述了城市洪涝模型、CPU-GPU异构并行计算的研究进展,系统总结了产汇流模型、一维河道/管网模型、二维地表模型、耦合模型、快速城市洪涝模型的构建方法和CPU-GPU异构并行计算的关键技术。针对当前城市洪涝模型研究中的不足之处,需要开展城市洪涝过程全物理机制模拟研究,深入分析全水动力城市洪涝模型的适用性、模拟精度和计算效率;还需基于异构并行计算技术,实现城市洪涝模型一维河道/管网、二维地表淹没的快速模拟,为城市暴雨洪涝精细化与高效模拟奠定基础。     

气候、植被变化与水文循环响应研究进展及展望

变化环境下观测的水文循环要素发生了显著性的趋势性变化,气候、植被与水文循环过程的相互影响及响应已成为全球变化研究中的前沿科学问题。系统综述了气候变化与水文循环、植被变化与水文过程,气候驱动下植被变化及其水文响应方面的研究进展。在此基础上,进一步讨论了气候、植被变化及水文循环响应中亟待加强的科学问题和主要研究内容。     

城市洪涝治理与韧性城市建设：变革、创新与启示

我国城市洪涝治理经历了从工程措施到工程与非工程措施并举,从洪涝分治到洪涝统筹,从城市局部治理到流域系统治理的重大转变。特别是海绵城市和韧性城市理念的引入,显著提升了城市洪涝治理水平,促进了城市可持续发展。经过多年探索与实践,我国在技术应用、政策管理、公众与社会参与等方面取得了显著进展,城市洪涝模拟与风险评估取得重要成果,监测感知系统日趋完善,预报预警技术取得突破,应用场景更加广泛;跨部门协作与联动机制、政府与社会资本合作模式的提出,高效信息传播机制和公众参与程度的加强,均显著增强了城市应对洪涝灾害的能力,为防洪减灾工作提供了有力支撑。借助北斗卫星、激光雷达、物联网、人工智能、大数据等先进技术,我国持续推进数字孪生流域、国家水网与区域水网建设,为洪涝治理和水利高质量发展提供了重要支撑。今后,城市洪涝治理将继续朝着系统化、智能化、生态化方向发展,面对新时代的机遇与挑战,应结合海绵城市与韧性城市建设,坚持系统治理、坚守底线思维、坚持创新发展,通过全局性谋划和整体性推动,不断提升水旱灾害防御水平和水安全保障能力。     

城市暴雨洪涝模拟：原理、模型与展望

在气候变化和人类活动的双重影响下,我国城市洪涝问题日趋严重。在对城市水循环规律深入研究的基础上,开发城市水文水动力模型模拟城市洪涝过程,是弄清城市洪涝致灾机理、减轻洪涝灾害和评估海绵城市减灾效果的重要工具。本文从我国城市洪涝现状和海绵城市建设出发,总结了城市洪涝模拟方法,对水文模型、水动力模型以及二者的耦合机理进行了较为深入的分析,并介绍了目前常用的城市洪涝模拟模型。在此基础上,梳理了当前与城市洪涝模拟相关的热点研究领域,并对其未来发展趋势进行了展望。     

水文模型

水文模型是描述水文过程的数学模型,是水文循环规律研究的必然结果。水文模型可以分为确定性模型和随机性模型。确定性模型应用有限的物理学规律描述水文过程,其预测结果不存在不确定性;随机模型应用概率理论和随机性过程描述水文环节,其预测结果多为条件概率的形式。确定性模型根据模型对流域的描述是空间集总式的还是分布式的描述,以及对水文过程是经验性描述、概念性描述还是完全物理描述进一步划分为黑箱模型、概念模型和基于物理学的分布式模型。     

变化环境下城市暴雨洪涝研究进展

受气候变化和城市化进程的影响,近年城市暴雨洪涝问题频发、广发,暴雨难以精准预报、城市洪灾危害巨大,该问题受到高度重视和广泛关注,业已成为城市防洪减灾领域研究热点。本文以变化环境下的城市暴雨洪涝问题为研究对象,从城市暴雨洪涝模拟仿真、城市暴雨洪涝特征、城市暴雨洪涝形成机理以及城市暴雨洪涝应对管理4个方面对城市暴雨洪涝国内外研究进展进行综述。在此基础上,分析当前针对城市暴雨洪涝研究中存在的一些问题并对未来的研究进行展望,提出了以变化环境下暴雨洪涝特性和应对机制为重点的研究思路,以此,科学认识变化环境下城市暴雨洪涝,提升城市暴雨洪涝快速应对水平,最大限度降低城市暴雨洪涝灾害。     

实时洪水预报研究进展与展望

洪水预报是防汛指挥调度的重要依据,而实时洪水预报是提高洪水预报的重要技术手段,对提高防汛效率、保障防汛安全具有重要意义.针对实时洪水预报的复杂性和不确定性,提出了基于神经网络异联想记忆技术的综合修正方法和考虑降雨不确定性的概率预报模型等理论方法,通过误差反传、迭代计算和滚动预报等技术手段不断提高实时洪水预报的修正水平,...     

防洪减灾研究进展

中国水利水电科学研究院的防洪减灾系统化研究始于1990年代。30年来,在跟踪国际相关科技发展前沿的同时,结合中国实际和防洪减灾工作需求,建立了洪水风险管理理论体系,为中国防洪减灾策略的战略调整提供了理论支撑,并持续开展了洪水分析、洪水预报、洪水调度、洪水损失评估、工程安全分析、情景分析、信息分析及表达、防洪决策支持等理论和方法研究,开发了相应的技术、模型和产品,不断推动其实际应用,引领了中国防洪减灾领域科技的进步,为中国防洪减灾事业的发展提供支撑与保障。     

城市景观格局与水文效应关系研究

基于多时相TM/ETM+影像,运用支持向量机分类方法对蚌埠市景观进行分类,解译得到1989年、1995年、2003年和2007年土地利用专题图。采用景观指数法、转移矩阵法,分析了蚌埠市景观格局与城市水文效应之间的关系。研究表明:蚌埠市城市水文效应特征明显;耕地破碎化程度较低,连通性好,利于涵养水分和农业发展;建筑用地增加并有集中趋势,地表径流量增大;城市供水能力保持平稳,人均用水量相对减少,城市水质偏差。为此,调整城市景观格局,有利于改善城市水文状况。     

干旱区若干水文过程研究进展

干旱区严重缺水,土地荒漠化的部分原因是对现有水资源的不合理管理和利用,本文从提高水分利用效率(WUE)的角度,就干旱区降雨截留、水分入渗和土壤蒸发等若干水文过程的影响因素及其机理的研究进展进行评述.在干旱区,冠层截留雨水损失很少,但树干茎流可以使水分和养分在植物根部富集,提高了水分和养分的利用效率,并且在灌丛周围,水分入渗较多,树荫具有减少土壤蒸发的作用;土壤物理结皮可以减少水分入渗,增加蒸发,但关于生物结皮的作用还存在争论,干沙层的保水机理有待深入;砂田砾石层具有截留雨水、增加入渗和减少蒸发的作用.目前对干旱区这些水文过程的认识还停留在植株或中小尺度,需要在较大尺度加深对水循环过程的综合理解.     

Development of a distributed hydrological model based on urban databanks--production processes of URBS.

The objective of this study is to present a distributed hydrological model especially dedicated to urban catchments, and able to represent hydrological processes usually neglected in urban modelling, such as evapotranspiration, infiltration in roads, or direct infiltration of soil water in sewers. This model, called URBS (as Urban Runoff Branching Structure) is distributed considering the spatial variability of land use which is well known thanks to urban databanks managed by GIS. The production function is detailed at each cadastral parcel scale, and the runoff produced is routed by a simple transfer function. The estimation of the input parameters of the model is mostly based on physical considerations, and the model is applied on a suburban catchment in Nantes (France) in order to evaluate the interest of the distribution of the hydrological variables.     

城市水文模型原理刘家宏

城市水文过程因强烈的人类活动影响而发生了深刻变化,科学精细地模拟城市区域的产汇流过程是解析城市水问题机理的科学基础。在系统剖析城市水文模型原理的基础上,将城市复杂下垫面根据其透水特性划分为不透水单元、透水单元、半透水单元、伪透水单元、强透水单元、水域单元等六类基本单元,并构建了不同类型城市水文响应单元的水文特性曲线,基于圣维南方程组和Navier-Stokes方程提出了城市管网与河湖水系水动力学模拟的技术方案。在耦合城市水文响应单元的降水—截留—蒸发—入渗—产流模块、地表汇流模块、管网汇流模块、水系一维水动力学模块等基础上,以水循环过程为主线,将水文模型的径流输出作为城区一维管网、河道水动力模型的输入边界,实现水文模型与一维管网、河道水力学模型的集成。将单元水文模型通过城市管网和河湖水系等连接方式集成到城市水文模型系统中,弥补了现有城市雨洪模拟在水文学机理上的不足,可为城市排水防涝和海绵城市建设提供科学基础。     

河道与蓄滞洪区联合防洪数值模拟研究进展

基于目前河道与蓄滞洪区联合防洪过程中存在的问题,本文通过对河道与蓄滞洪区联合防洪过程中洪水演进数值模拟的一维模型、耦合模型、全二维模型的优缺点和适用性进行系统化的分析,揭示了未来防洪数值模拟的发展方向。研究结果可为洪水风险图绘制、洪水预警预报提供重要依据,对防洪减灾决策具有重要指导意义。     

城市防洪安全问题的研究及探讨

一、城市防洪的特殊性及问题的提出 城市集中了国家60%以上的财富,一旦被洪水淹没,损失则远远超过面积是其几倍甚至几十倍的广大农村,因此城市防洪的重要性更为突出.