基于EnKF的无实测资料区间支流反分析

区间入流误差是河道洪水演算不确定性来源之一。为此,一部分研究基于水动力模型和数据同化方法对区间总入流误差进行动态修正,但无法推算出某条支流的单独入流过程;另一部分研究通过从下游往上游反算水流的方式推算区间支流入流,但反算结果稳定性差,对边界条件误差敏感,推算的入流过程误差较大。针对上述问题,本文提出了基于集合卡尔曼滤波(EnKF)的区间支流反分析方法。方法由一维河道水动力模型正、反向水流演算初步估算支流入流,并构建监测断面滞时矩阵,计算水流扰动传播时间,从而确定用于支流入流校正的流量监测值。当EnKF校正的结果仍然存在较大误差时,可再次运用EnKF对首次校正结果进一步校正。将该方法应用于理想案例和西江实例,推算的支流入流过程与实测过程十分接近,入流结果 R2和NSE皆在0.99以上,相对RMSE也小于0.05。结果表明,本文提出方法可准确计算出无实测资料的区间支流入流过程,研究结果对于提高河道洪水演算精度具有重要意义。     

大湖入流计算

长江中游宜昌至螺山河段是有支流及湖泊加入的河段,有洞庭湖的湘、资、沅、澧水(简称四水)加入,水流关系复杂多变,各支流洪水汇入路径不同,但又相互影响。在洪水预报中,将此河段视为大湖,如何平衡是一个很困难的问题,它直接影响预报结果的合理性和精度。在定时段洪水预报中,入流量的计算既要考虑各支流的入流特点,又要兼顾湖泊的影响,但在实际作业预报中,又要求计算简便迅速。因此各入流传播时必须概化。本文根据大湖实际情况,分析各支流的特点,进行多种入流组合比较,通过结果分析,提出了大湖入流计算结论。     

洞庭,鄱阳两湖实时调蓄量计算的探讨

作者分析了影响洞庭，鄱阳两湖实时调蓄量的各种因素，尤其对区间产流影响着重进行了分析对比，并以１９９５年洪水为例，采用按区间与支流控制站以上面积比推求区间入流和以实际出流量修正入流两种计算方法计算了两湖的调蓄量并进行了探讨，从而得出：（１）以实际出流修正入流的方法计算湖泊实时调蓄量，在入，出流较准确条件下，计算结果理论上较为合理；但由于出、入流两个较大数量相减使区间水量的误差可能较大，从而也可能造成     

基于SPH方法实用堰水流的数值模拟

以数值模拟实用堰水流为目标,采用光滑质点水动力学方法,根据流量与上游水深关系,得到SPH方法推板模型入流边界。针对SPH方法明渠流动中的入流边界问题,利用添加推板模型的SPH方法对二维实用堰溢流水力特性进行数值模拟,获得实用堰水流水力特性,并进行物理模型试验,验证添加推板模型SPH方法的有效性。通过对流场、断面平均流速对比分析,结果表明:推板模型结果与试验结果吻合较好,推板模型可以准确的描绘水流运动状态;通过流量对比分析,在溢流过程中,推板模型与试验结果平均值相差-1.43%,推板模型可以保持实用堰上游水位恒定,提高计算精度。研究成果初步验证了推板模型的可靠性,为SPH方法入流问题提供了新的解决方法,具有一定的参考价值。     

应用一维水动力学模型预测三峡水库蓄水位

三峡水库是河道型水库,以常规的静库容方法推算库区水位变化误差较大,有必要应用水动力学模型进行计算。建立了基于一维非恒定流的水动力学模型,模拟库区河道水流演进过程,预测三峡坝前的水位、流量过程。选取2007年9月25日至10月3日的三峡水库蓄水资料进行计算,并与实测水位比较。结果表明,该模型具有较好的精度,能够为实际蓄水调度提供参考。     

基于蒙特卡洛模拟的水质概率预报模型

在流域尺度的水动力学-水质模型中,水文条件是模型输入的重要组成部分。在水污染事故实时调度管理实践中,未来时段内区间入流的不确定性对水动力学-水质模型的预报结果会产生较大的影响。本文在淮河流域水动力学-水质模型的基础上,针对模型输入中区间入流的不确定性,采用历史序列拟合的方法,提出区间入流的对数正态概率分布函数,并使用蒙特卡洛方法随机抽样模拟产生大量的区间入流序列,作为水动力学-水质模型的输入条件进行计算,建立基于蒙特卡洛模拟的水质概率预报模型。根据计算结果,可以统计分析计算时段内河流水质的范围及其概率。淮河流域的案例研究表明,该模型可以为水环境管理者提供目标断面的水质概率分布和污染事故发生概率,进而为实时调度决策提供更好的支持。     

基于总入流概念的鄱阳湖设计洪水计算

由于受到江河湖槽自然演变和人类活动的影响,鄱阳湖出湖控制站实测资料无法满足一致性和可靠性要求,再加上湖区水情复杂、观测资料匮乏,导致设计洪水计算面临较大困难。基于入库洪水理论,引入了总入流的计算方法,对于湖区各支流控制站和无控区间来水的流量过程,只考虑传播时间的叠加,避免了对各种自然、人为因素影响的定量计算,计算结果真实反映了洪水量级与时程分配过程,满足设计洪水计算规范要求。计算成果可为鄱阳湖区综合规划、水利枢纽设计提供依据。     

基于CE-QUAL-W2模型的三峡水库神农溪库湾水流水温特性分析

三峡水库蓄水以来,库区干、支流水文水动力变化显著。通过现场观测和构建三峡水库神农溪支流库湾立面二维水动力模型(CE-QUAL- W2),对比研究了三峡水库不同时期水流、水温时空分布特征。研究结果表明:神农溪库湾水体整体流速缓慢,不同时期均存在不同强度的异重流现象,包括干流倒灌异重流和上游入流底部顺坡异重流;枯水运行期和汛前消落期干流水体从表层潜入库湾,强度较弱;汛期和汛末蓄水期存在中层倒灌并且强度较大,影响整个库湾;上游入流处由于来流水温一般低于库湾,存在入流底部顺坡异重流现象。库湾水温呈春夏升温、秋冬降温的变化趋势,一年四季均存在水温分层现象;但冬季分层相对较弱,其它季节水温分层明显;水温分层模式因异重流的存在,明显不同于一般水库的水温分层。对比分析表明,CE-QUAL-W2模型可较为准确地反映神农溪库湾水流及水温时空分布特性。研究可为更细化分析三峡水库神农溪库湾水流水温特性、开展水华预报提供技术支撑。     

考虑水位分级和退水段独立的感潮河段双向波水位演算

感潮河段水流受多种因素影响,呈现出复杂的周期性,具有不恒定往复流动的特征,且河道地形资料难以获得.考虑充分利用已有水位实测资料,采用以洪潮分离为出发点的双向波方法建立感潮河段水位演算模型,介绍该模型基本方法以及在有支流和区间入流汇入等不同情况下的改进方法.根据飞云江感潮河段的具体特点,利用新安江模型计算区间流量过程,针对不同级别的洪水进行水位分级和退水段独立模拟,证明该模型在感潮河段水位演算中具有良好的可靠性和适用性.     

含侧向入流一维不平衡输沙方程解法的改进

针对含侧向入流河段的水流泥沙运动特点,在传统方法的基础上给出了一种新的不平衡输沙方程的计算模式,进而建立了一维恒定不平衡输沙数学模型,并用于白鹤滩水库冲淤计算.比较两种不平衡输沙计算模式的结果表明,支流入汇口上下断面形态差别较小时,两种处理方法得到的河床变形基本一致;支流入汇口上下断面形态变化较为剧烈的河段,改进后处理方法的计算结果较好,且符合物理规律,而传统方法计算结果明显违背定性分析结果.     

三峡水库实时调度水文气象预报应用风险及控制

为量化水文气象预报误差对水库实时预报调度的影响,以三峡水库为例,基于其历年水文气象预报信息的误差分析成果,假定入库过程,并叠加对应不同概率的预报误差,以此作为水库调洪演算模型的输入。分析了不同预见期、不同保证率水文气象误差条件下,不超过风险控制点的库水位指标,提出了三峡水库实时预报调度风险控制策略,可为水库科学调度提供参考。     

三峡水库入库流量计算及调洪演算方法探讨

三峡水库属于典型的河道型水库,动库容巨大,用传统的静库容推算入库流量的方法和调洪演算方法难以满足三峡水库实时调度要求。通过分析入库流量、计算方法和调洪演算方法,建立库区水动力学模型,推求其变化规律,探讨三峡水库入库流量计算和调度演算方法,并通过2009,2010年的洪水检验,表明所用方法具有较高的精度,基本满足了三峡水库实时调度的要求。     

三峡水库运用初期库区水沙输移数值模拟

考虑水沙输移过程中的非恒定性,建立了三峡水库一维非恒定水沙数学模型。此模型为一树状河网模型,可以将更多支流纳入计算范围。采用三峡水库蓄水运用后2003-2009年实测水沙资料对模型进行了验证计算,计算结果与实测资料符合较好,表明模型能够用于三峡水库干支流河道水沙输移数值模拟。该模型可在今后三峡水库优化调度等相关研究工作中发挥其模拟和预测作用。     

三峡水库库尾重庆主城区河段冲淤特性

重庆主城区河段是西南地区水陆交通枢纽,其河道泥沙冲淤关系到防洪、航运及码头作业等一系列问题,是三峡水库泥沙问题的重点内容之一。三峡水库175 m试验性蓄水后,该河段位于库尾段,年内水力特性显著改变,河床冲淤规律相应发生变化。依据实测水沙及河道原型观测资料,对比研究了近15 a天然状态下和三峡水库175 m水位试验性蓄水后河段的泥沙冲淤变化。结果表明:自然状态下重庆主城区河段以冲刷为主,汛后走沙、汛期淤积规律明显,且汛后为主走沙期;三峡水库175 m水位试验性蓄水后至2012年河床冲刷强度下降,主走沙期推迟至汛前消落期;2013年以来上游来沙大幅减少使得河段冲刷强度增大。研究成果可为三峡水库优化调度和重庆主城区河段的规划治理提供参考。     

三峡水库不同调度方式对荆江三口分流影响分析

为了解三峡水库不同调度方式对荆江三口分流量的影响情况,利用三峡水库蓄水运用前1998~2002年三峡逐日入库流量、宜昌站逐日流量与荆江三口5站逐日流量的相关关系,对中小洪水调度模式下（2010~2013年）荆江三口控制站的逐日平均流量进行天然径流还原计算,并对三峡水库初步设计调度方式下荆江三口控制站的逐日平均流量进行模拟计算,分析比较了正在实施的中小洪水调度方式和初步设计调度方式对三口分流量的影响。随后根据分析成果,结合三口季节性用水需求,对三峡水库调度方式优化进行了探讨,提出将三峡水库提前至9月1日蓄水,可适当减少三口断流天数。     

水库汛限水位实时动态控制模型研究

现行的汛限水位方法一般未能考虑预报信息，因而严重制约了水库汛期兴利效益的发挥。通过对实时调度中的可接受风险的研究，在调度期内控制防洪风险在可接受水平内；讨论实时调度与传统汛限水位之间的关系．由调度末水位耦合汛限水位，由此建立了带有机遇约束的水库汛限水位实时动态控制模型。结合三峡水库围堰发电期的汛期调度，进行了实例研究，结果表明，在不同的预报来水以及预报精度情况下，水库汛限水位实时动态控制模型能在不降低防洪标准的前提下，显著提高水库的兴利效益。     

上游水库水温情势变化对中华鲟产卵江段水温的影响

针对三峡水库蓄水运行后中华鲟自然产卵期逐渐推迟的问题,对影响中华鲟繁殖关键要素水温的因素开展研究。基于三峡大坝及葛洲坝上下游典型断面的水温及气温实测资料,分析了三峡水库蓄水后10年(2003—2012年)的水温变化情势和影响葛洲坝下游中华鲟产卵江段特定时段水温的原因。结果表明:三峡水库蓄水后库区在10月水温高于蓄水前,对下游中华鲟产卵江段水温产生直接影响;局地气温变化与水温情势变化密切相关,是引起中华鲟产卵江段水温上升的根本原因,对水温上升的贡献度约为61%。     

基于Copula函数的多变量水文不确定性处理器

传统的水文不确定性处理器(HUP)属于单变量结构类型,只能独立地给出各预见期实际流量的贝叶斯后验概率密度,没有考虑它们之间的内在相关性。本文利用Copula函数推导了贝叶斯转移预报(BTF)方法中后验转移密度的解析表达式,提出了基于Copula函数的贝叶斯转移预报(CBTF)方法和基于Copula函数的多变量水文不确定性处理器(CMHUP),进而发展了基于Copula函数的贝叶斯极值预报(CBEF)方法,并应用于三峡水库入库洪水预报中。结果表明:所提方法实用有效,CBTF方法和CMHUP可以定量地评估三峡水库入库流量转移预报的不确定性,准确揭示了水文预报不确定性在时间上的演变特征,CBEF方法则提供了预见期时段内最大入库流量预报的不确定性信息。所提方法不需要进行线性-正态假设,能够很好地捕捉流量过程的非线性和非正态特征,适用范围更加广泛,对于支撑防洪减灾和水库运行调度具有重要的参考价值。     

金沙江下游梯级水库淤积及其对三峡水库影响研究

2012年以来,金沙江下游向家坝水电站、溪洛渡水电站相继蓄水运用,拦截了金沙江下游泥沙。为了解梯级水库泥沙淤积情况及其拦沙作用对下游三峡水库的影响,基于大量水沙、固定断面观测资料,采用输沙法和地形法,计算分析了向家坝水电站、溪洛渡水电站2库自运用以来的库区泥沙淤积量及分布特征,研究了梯级水库拦沙作用对三峡水库的影响。结果表明:向家坝、溪洛渡库区泥沙淤积量较小,金沙江下游梯级拦沙使得三峡入库沙量及库尾重点河段淤积强度均减小。研究成果对梯级水库运行、三峡水库运行及调度方式优化具有十分重要的意义。     

三峡水库干支流河道一维非恒定水沙数学模型初步研究

 考虑水沙运动过程中的非恒定性及众多支流的影响,建立了三峡水库干支流河道一维非恒定水沙数学模型,并对水流方程组采用三级解法求解。采用三峡水库蓄水运用后2003年6月至2004年12月的水库实测水沙资料对模型进行了验证,验证结果有良好的一致性。本模型在使用1961-1970年系列年入库水沙条件及水库正常蓄水位调度方案下进行了水库冲淤100 a预测计算,计算结果较为合理,表明本模型可用于三峡水库水沙数值模拟。