城市水文过程与洪涝响应研究进展

揭示区域水循环演变规律是认识区域水文情势和开展水文情报预报的重要基础,是水文学的核心研究课题。高度城市化地区,原有自然水循环过程被破坏,因此亟待开展城市地区水文过程与洪涝响应的研究。从气候变化的城市水文响应、城市水文过程复杂特性定量表征、城市水文过程模拟等三方面对国内外研究现状及发展动态进行了综述。在借鉴国内外研究成果和先进经验的基础上,提出了北京市开展洪涝模拟研究的必要性。结合精细化洪涝模型在北京市应用的成功案例,从城市流域模型构建、验证及应用等三方面进行城市水文模拟和洪涝响应研究,并提出未来的研究重点和难题。     

城市化水文效应研究进展:机理、方法与应对措施

为深刻理解城市化对水文过程与生态环境的影响机制,从水循环过程、暴雨内涝及水体环境变化3方面总结了国内外对城市化水文效应的研究进展,梳理了城市化水文效应的研究方法与技术体系,阐述了国内外应对城市化水文效应的基本思路与措施。针对目前研究中的问题,展望了未来研究的重点方向,如城市化水文效应的机理解析、城市水文监测系统与智慧水务建设以及建立健全应急管理机制,旨在为缓解城市化水文效应带来的负面影响提供一定的理论支撑。     

城市化的水文效应研究——以武汉市为例

随着我国经济发展,城市化水平和城市建成区面积都在不断增加。快速城市化会引发一系列水文效应,例如降水、水系发育、产汇流规律、径流、城市暴雨洪水、水资源供需、水环境和水生态等。城市化水文效应研究对掌握城市化对水文过程的影响机理,对城市气候成因分析、洪涝灾害预测和海绵城市建设,对区域水资源可持续利用和水环境保护,对后期保证城市建设与自然环境相和谐以及实现水生态文明建设都具有重要意义。文章以武汉为例,研究城市化进程对于降水、径流的影响,结合具体数据分析以上影响所引发的城市洪涝灾害、城市水资源紧缺以及城市水质污染等问题。最后以城市化对于降水、径流等相关因素的影响为研究突破口,并且基于上述讨论给出促进城市化发展和水文环境友好、协调一致发展的相关建议和策略。     

长江三角洲地区城市化的水文效应研究

长江三角洲地区是我国经济最为发达、城市化程度最高的地区之一.城市化的快速发展,有力促进了该地区经济发展.但近年来随着城市化的快速推进,流域不透水面积迅速增加、众多湖泊河网衰退消亡,由此引发的河流水质恶化、洪涝干旱灾害加剧等一系列水文、水资源与水环境问题,已严重威胁到人类的生存环境,并影响经济的可持续发展.为此本文选择该地区内一些典型区域,基于长系列降雨径流资料,以遥感和GIS作支持,通过模拟计算与综合分析,围绕城市化对城市降雨与径流的长期影响、对城市暴雨洪水的影响,以及对河网水系与水环境的影响等方面,重点探讨城市化发展为特征的流域下垫面变化对流域水循环以及水文过程的影响,寻求城市化发展条件下的水文变化规律,以便对该地区城市化水文效应作一个较全面的分析,并为当地的防洪减灾、水环境保护以及水资源持续利用提供技术支持.     

北江流域土地利用/覆盖变化对水文过程影响研究

随着社会经济的快速发展,土地利用也发生了剧烈转变。通过采集北江流域2000年和2015年的土地利用/覆盖数据(L1和L2),基于2000年的土地利用情况,假设农业用地被建设用地取代(S1)和农业用地被森林取代(S2)两种极端土地利用情景;并构建分布式水文模型,研究了不同土地利用/覆盖对水文过程的影响。结果表明:农业用地和森林转换为建设用地,导致了径流、产水量和地表径流的增加,以及侧流量、地下水含量和蒸发量的减少;S1是L2情景的极端假设,因此各水文成分相对于L2情景变化更为明显,而S2情景相对于S1情景下的水文过程变化效果相反。不同土地利用情景下的水文响应表明,城市化以及退耕还林导致的土地利用变化都会对水文过程造成巨大影响。     

城市水文模型原理

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。     

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。     

城市水管理与海绵城市建设之理论基础—城市水文学研究进展

过去数十年来,我国经济社会快速发展,城市化进程不断加快,但由于不合理的城市规划和建设,自然水循环系统受到无序的干扰和破坏,引发了一系列城市水问题,城市水管理工作面临巨大挑战。城市水管理的理论支撑就是以研究城市水循环为核心的城市水文科学,"海绵城市"建设作为我国现代城市水管理的重大战略,必须以城市水文学理论为依据,深入研究城市水循环机理和规律。本文围绕城市水管理支撑理论,系统梳理了国内外在城市化水文效应、城市产汇流理论、城市雨洪模拟与管理方面的研究进展,指出城市水文观测与预报、城市化水文效应与产汇流理论、城市综合水系统模型研究是当前和未来一段时间研究的重点和难点。提出了我国当前城市水管理和海绵城市建设所面临的城市产汇流基础理论、城市气象水文监测和水文过程模拟技术问题,以及城市水文学研究应对变化环境下城市复杂的综合水问题开展基于多学科理论的全面精细化模拟分析的基本思路。     

基于多类模型耦合的城市洪水风险 分析技术研究

基于城市洪水的特点,提出了简化的城市排水模型,并与SCS水文模型和二维浅水动力模型相耦合,建立了城市洪水风险分析模型。该模型能够模拟城市外洪、内涝或二者的组合,并以蚌埠市为例,开展示范研究,计算结果与实际情况相符,证明了模型的适用性.     

SWAT模型的参数灵敏度分析——以贡嘎山海螺沟不同植被类型流域为例

目前分布式水文模型在我国各种流域的水文过程模拟中已得到广泛的应用,为了深入了解不同分布式水文模型参数在水文循环过程中的影响程度,文中针对贡嘎山海螺沟4种不同植被类型流域,采用扰动分析方法定义模型参数的灵敏度并根据灵敏度的取值分为5级,基于SWAT(Soil&Water Assessment Tool)分布式水文模型研究了模型参数灵敏度在年内夏季和冬季的变化及其对水文过程模拟结果的影响。计算结果表明:冬季模型参数的灵敏度普遍偏高,会出现枯水期径流过程模拟误差较大的现象,而夏季模型参数的灵敏度相对降低;但在同时模拟汛期和枯期的径流过程情况下,前者的误差会小于后者。通过对SWAT模型参数在不同植被类型流域的灵敏度分析,将会有助于减少水文模拟的不确定性或能获得更好的估计结果。     

芝加哥降雨过程线模型在排水系统模拟中的应用

基于城市暴雨强度公式,应用芝加哥降雨过程线模型产生了典型降雨过程曲线,并对清华大学校园内一个典型雨水排水系统进行了模拟运算和分析.研究中采用我国各大城市普遍使用的暴雨强度公式类型和国际上普遍使用的暴雨管理模型(Storm water Management Model,SWMM),将芝加哥降雨过程线模型应用在排水系统模拟中,并对模拟结果进行了分析.该方法可作为城市排水系统模拟的典型应用流程,可用于对排水管网系统服务性能进行总体评价、瓶颈识别以及辅助管网系统的改造和更新方案设计,对提高城市排水系统的规划设计和运行管理水平有重要借鉴意义.     

分布式水文模型在半干旱地区洪水预报中的应用

分布式水文模型以其考虑流域的水文过程和地理要素的时空差异对流域水文过程和水文效应的影响为优势,目前已经成为国内外水文学研究的热门课题。我国最近几年开展了大量分布式水文模型研究,但是实际应用到流域进行洪水预报的还不太多,该文对分布式水文模型应用于半干旱地区洪水预报的研究成果进行了阐述,对于半干旱地区洪水预报的研究具有一定的意义。     

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。     

鄱阳湖典型洲滩湿地生态水文过程模拟初探

系统研究鄱阳湖洲滩湿地大气-植被-土壤-地下水系统生态水文过程对于鄱阳湖湿地植被生态系统的保护具有重要意义。以修水和蚌湖之间的洲滩为研究对象,通过耦合降水截留、蒸散发、植被根系吸水、土壤水运动和地下水运动模块,构建了鄱阳湖典型洲滩湿地生态水文模型,并对蒸散发、土壤湿度和地下水位变化过程进行模拟。研究结果表明,模拟结果能较好地反映鄱阳湖典型洲滩湿地的生态水文特征,研究成果能够为鄱阳湖典型洲滩湿地生态水文模型研究提供理论参考。     

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。     

淄博市城市防洪预警系统建设

随着各地城市化进程的加快,城市排水、防洪、水环境等存在的问题日益突出。作为一项前期基础工作,开展城市水文建设和监测研究对城市防洪减灾、水资源可持续利用和人居环境改善具有重要意义。通过分析淄博市中心城区城市防洪预警系统建设的必要性,探讨水文部门如何在城市防汛中发挥更大的作用。     

水文过程对湖滨带景观格局影响研究进展

湖滨带景观格局是由各种生态过程与水文过程在不同尺度上综合作用的结果,景观格局的形成与演化规律和生态水文过程密不可分。同时,景观格局对生态水文过程及理化环境具有反馈作用。归纳总结了湖滨带景观格局形成与发育的影响因素,包括地形地貌、水文过程、人类活动等。对不同尺度上的生态水文过程进行了描述,并以此为线索,描述了生态水文过程对湖滨带景观格局的影响及景观格局对生态水文过程的反馈。最后,提出了当前景观格局与生态水文过程研究中存在的问题、热点和趋势,包括水文过程的量化、水分—营养与生态水文模型的耦合、人类活动与景观格局之间的关系。     

基于EFAST方法的寒旱区流域水文过程参数敏感性分析

寒旱区流域受降雨径流和融雪径流联合补给,坡面产流和融雪过程可能对流域水文产生重要影响。以分布式水文模型SWAT为平台,选取模型多个参数为关键因子,借助EFAST方法探索融雪期(3月-5月)、非融雪期(6月-次年2月)的径流峰值以及全时段径流均值的参数敏感性,这些参数涉及降雨径流、积雪消融、蒸散发、下渗、地下水补给和壤中流等多种水文过程。同时,结合流域特征及参数物理意义,深入分析参数敏感的原因,并揭示参数背后的水文过程对开都河流域产汇流的重要影响。研究发现,坡面产流、下渗以及积雪消融等水文过程对开都河流域水循环具有重要影响。此外,对于寒旱区流域重要的融雪过程参数,其总敏感性显著而一阶敏感性不显著,表明通过EFAST方法得到的水文模型参数总敏感性更为合理。结果揭示了流域水文敏感因子及关键过程,为探索水循环机理,水文科学预测、管理流域水资源奠定了基础。     

东江流域下游水文情势的改变度研究

【目的】水利工程的修建和运行会改变流域下游的天然水文过程，造成生态影响。定量评价水利工程对流域水文过程的影响，是完善工程调度和恢复下游生态流量过程的基础。针对目前流域水文改变度研究中对水库调度的影响分析不充分的问题，提出一种新的研究思路。【方法】以广东东江流域为例，采用耦合水库调度过程的分布式水文模型，以现行水库调度方式下的流量为基础，计算并分析水库修建后和水库不同下泄流量情境下东江下游博罗站水文过程。评估在相同气象和下垫面条件下水库的修建运行对流域下游水文情势的影响程度。【结果】结果显示：(1)东江流域新丰江、枫树坝和白盆珠三大水库的修建和运行显著改变了下游博罗站的月流量过程、年极值流量以及年内径流改变率等水文指标，尤其是高低流量出现频率、流量增加率减少率和流量逆转次数改变较大；(2)新丰江单库运行阶段的整体水文改变度为70.90%,枫树坝和新丰江双库调度阶段的整体改变度为70.96%,三大水库联合调度阶段的整体水文改变度为71.77%,均属于高度改变；(3)提高上游水库的月最小下泄流量阈值，对下游的水文改变度较为明显，其中对新丰江坝下水文改变程度最显著。【结论】结果表明：分布式水文...     

城市化进展下的常州水文情势分析

随着常州特大型城市建设步伐的加快,城市化对水文情势的影响越来越大。本文通过对城市化前后降雨、径流、地下水及水质等方面进行分析研究,掌握城市化后对水文情势的影响程度,结合常州水文现状,提出一些可行的措施以减少城市发展对区域水文情势带来的不利影响,为城市的发展贡献水文的力量。