苏南运河沿线精细化水文-水动力模型构建及验证

苏南运河自北向南穿过太湖流域腹部,具有航运、防洪排涝、灌溉和景观功能。近些年,运河汛期水位连年超历史,造成运河沿线及周边受灾严重。精细化水文-水动力模型可为运河高水位成因分析、防汛排涝调度决策、新老工程效益评估提供技术手段。基于Infoworks ICM软件,充分考虑苏南运河沿线平原河网地区圩区、城区管网以及复杂下垫面,构建了苏南运河沿线平原河网水文水动力模型。鉴于苏南运河沿线水系边界难以确定,将模型构建范围扩大至2.16万km2。采用2015年和2016年的汛期实况降雨、水位和调度数据对模型进行率定和验证。绝大多数水文站点水位模拟纳什系数接近于1,模型可信度高;可决系数显示相关性中等偏上,模型总体结果可信。同时相比其他片区,湖西区精度更高,主要原因是相比其他片区,湖西区受人为调度干预较少。     

太湖流域平原河网区水系连通性评价

河湖水系连通是流域及区域防洪、供水和水生态安全的重要基础。现有的基于水流阻力与图论的水系连通性评价方法并不适用于连通性受闸门工程调度影响较大的平原河网区,为此提出了改进的水系连通性评价方法,不仅考虑河网中不同类型河道的实际输水能力,还考虑了闸门启闭的开启度。以太湖流域平原河网区为例,运用太湖流域水量水质模型中的概化河网绘制河网图,结合模型计算出各河道水位及闸门开启度,构建出加权邻边矩阵,并利用MATLAB编程算出每个节点连通性,进行了平原河网区典型年时河网水系连通性评价。总体评价结论为太湖流域平原区总体水系连通性较高,但各水利分区的连通性有一定差异,其中阳澄淀泖区和太湖区水系连通性较高。评价结论符合太湖流域平原河网区的实际情况,和前期研究方法的结论基本一致。该方法实现了受闸门调度影响较大河网水系的连通性定量化评价,可用于河网水系连通性变化评估、改善水系连通工程设计等领域。     

区间暴雨与外江洪水的遭遇分析实例

以排涝区的内涝分析为例,基于涝区附近雨量站实测雨量资料与外江水文站实测水位资料,以雨量站年最大24 h、最大72 h降雨量与同时期外江水位对应情况,以及外江历年最高日平均水位与同时期降雨对应情况,进行最大时段降雨与最高水位的相关性分析,以此判断排涝区内暴雨与外江洪水的遭遇情况,为排涝计算选择合适的水文条件提供依据。     

基于水系联通的珠三角典型联围闸泵群调度方案研究

为实现三角洲河网闸泵群优化调度,保障河网区水系连通、改善河网水环境,以中顺大围为例,基于闸泵影响下的河网水系1D-3D水量-水质耦合模型,研究对比了水闸全开、独立引排水、单向流3种闸泵群调度模式。结果表明,单向流调度模式下水环境改善效果明显优于另外2种调度模式。在单向流调度模式的基础上,进行兼顾外江压咸与区域水环境改善的闸泵调度研究,得出在满足外江压咸期生态流量的条件下中顺大围的水环境改善调度方案。研究方法和成果用于制定闸泵群联合调度方案,并为区域水系规划和建设提供依据。     

平原联围感潮河网暴雨洪涝灾害风险分析:以珠江三角洲中顺大围为例

珠江三角洲联围内部河网排涝受到局地暴雨、流域洪水、海洋潮汐和风暴潮等多种因素影响,面临复杂严峻的洪涝灾害威胁。以中顺大围为例,利用高精度的河涌断面测绘数据和陆地地形数据(DEM)融合生成水上水下一体化的高程模型(DEBM);并基于DEBM构建水位-库容曲线和水量平衡模型,建立综合暴雨径流、泵排量和外江潮位的联围水闸排水量计算方法,分析中顺大围在不同外江潮位顶托影响下的局地暴雨排涝防洪能力与洪灾风险。结果表明:与DEM相比,DEBM能更准确地表征联围内部的蓄洪容量,如在0.5 m水位时,河涌蓄洪容量从100万m~3(DEM)增加到4 300万m~3(DEBM),可为泵闸调度和防洪能力分析提供更精确的基础数据。联围内部的排涝主要依靠水闸重力外排,但其排涝能力易受外江顶托影响;泵站排涝稳定可控,是辅助排涝的重要手段,更是外江遭遇极端洪潮水位顶托时的关键防洪减灾设施,但受制于泵站位置与水泵功率。在内江起始水位为1 m、面临百年一遇24 h降雨时,考虑外江不同潮位时水闸的重力自排以及泵站抽排,联围内部河涌水位最高将达到1.84 m,淹没面积达到中顺大围内部面积的33%,淹没区人口达49万;在面临外江极端洪潮水位顶托、水闸无重力自排时,联围内部河涌水位将达到2.16 m,淹没面积占44%,影响72万人口。研究成果对中顺大围以及其它平原感潮河网联围的防洪减灾应对与社会经济发展规划具有一定的参考价值和指导意义。     

平原河网区除涝水文计算方法研究

平原河网区的除涝水文计算一般采用平均排除法、水量平衡法和河网水力学模型法.以清远市规划新区——燕湖新城为例,分别采用3种方法对该排涝区的设计排涝流量进行计算,并对其结果对比分析.结果表明,平均排除法适用于无控制水位要求的圩区排涝计算;水量平衡法和河网水动力模型法适用于高度城市化平原河网区,均能满足控制水位要求.在实践中应多种方法进行分析计算取其大值作为规划设计的依据.     

南通地区排涝控制水位初探

根据南通地区水利分区并结合南通市平原河网地区模型,通过对南通各排涝片区的地面高程、设计暴雨下的河网排涝能力分析,综合考虑河网水位分布的适应性和合理性,目标的可达性,区域内重要城区的排涝需求以及重要航道的通航要求,确定南通市域的排涝控制水位。     

越城区古城内河防洪排涝问题研究

越城区古城位于绍兴平原河网，为行政中心所在地。古城内水系四通八达，与外围环城河由节制闸相隔，多处节制闸功能为活水，顶高程不足100 a一遇的防洪要求；因无强排设施，排涝期易受环城河水位顶托，地势低洼处受涝时有发生。采用MIKE11的NAM水文模型和HD水动力模型，进行不同降雨频率条件下的区域产汇流计算和河网防洪排涝方案演算，提出分片排涝的优化调控方案；针对古城内部的防洪排涝薄弱环节，探讨提升防洪排涝的主要途径与对策，并提出以填高低洼地面为主要防洪措施，可有效缓解城区内排涝压力。     

Mike11在平原感潮河网区闸泵群联合调度的排涝计算应用

为了合理确定平原感潮河网区闸泵群联合调度下的泵站规模,采用Mike11构建一维河网水动力模型进行排涝计算.结果 表明模型计算可合理确定各泵站的设计排水流量,设计洪水位满足区域排涝要求,研究方法可为平原感潮河网区的排涝计算提供借鉴.     

浙江省沿海平原河道综合整治规划研究

以瑞平平原河道综合治理规划为例,从防洪排涝、水质改善与生态修复、营造水景观与传承水文化等方面对沿海平原河道综合整治规划进行了分析。结果表明:开展沿海平原防洪排涝规划,需要研究暴雨、洪水、高潮位、潮型、洪潮组合、波浪、河网正常水位、起调水位、水动力学模型、排涝调度等问题;水质规划一般根据《地表水环境质量标准》,结合水质现状和水质改善的可行性,提出各阶段水质目标和主要污染物含量限值,逐步达到最终的水质目标;水景观和水文化规划应根据《城市水系规划规范》和《城市水系规划导则》进行,以实现将河道建设成为集水利、休闲、旅游、生态和文化功能于一体的靓丽风景线的目标。     

温瑞平原瑞安片排涝问题的现状及对策

温瑞平原瑞安片为沿海平原河网区,历来洪涝灾害频发,给人民生命财产造成了巨大损失。对该区域排涝体系及洪涝灾害频发的原因进行了分析,从排涝工程建设及工程运行调度方面提出了解决排涝问题的对策与措施。     

考虑多种致灾因子条件下的平原河网地区涝灾风险分析

涝灾的发生往往是多种水文致灾因子共同作用的结果,而传统的排涝标准以超过某一量级暴雨的重现期作为排涝标准,实质上只考虑了涝灾的一个致灾因子——暴雨。这种考虑单一致灾因子的重现期标准没有反映出多种致灾因子对涝灾的共同影响,不能正确衡量涝灾发生的概率。本文以平原河网地区的排涝问题为例,采用Gumbel-Hougard Copula函数建立了暴雨和外江水位的联合概率分布模型,研究了在暴雨和外江水位共同作用下的涝灾概率、以及不同量级的暴雨和外江水位组合下的联合分布概率和条件概率。研究结果表明,考虑多种致灾因子共同作用下的涝灾概率更能真实地反映涝灾实际发生的概率,基于Copula函数构建的多变量联合概率模型,可以很方便地计算多种致灾因子的各种量级组合下灾害发生的概率。     

江苏无锡市中心城区河网最高水位分析

对无锡市中心城区运东大包围河网15条骨干河道进行概化,建立了无锡市中心城区河网区一维水动力数学模型,并采用实测水位资料对模型参数进行了率定和验证。根据20年一遇典型降雨条件计算产汇流过程,采用所建立的数学模型,在枢纽泵站抽水、管网自排区、圩区和排水片同时启用时对大包围调度方案进行了研究。河网水位过程计算结果表明,大包围内河道水位西低东高,水面比降较大;中心城区河网中心区水位较高,各泵站前水位较低,部分河道断面过流能力不足;最高水位出现时间一般处于最大降雨量时段的最后10min内;中心城区一维河网模型可以为防汛指挥部门提高中心城区大包围控制工程的运行效率以及防洪排涝联合调度方案优化提供建议和技术支持。     

MIKE11软件在杭州市区河道配水管理中的应用

以杭州市区钱塘江以北平原河网为对象,采用MIKE11软件,建立河网配水水动力学模型,利用2009年10月杭州市区西部四河四港的实测水位流量数据,对模型进行验证,结果:模型值与实测值基本相符,说明MIKE11软件适用于平原河网水力计算。利用该河网水动力学模型,开展城西河网的配水情况专题研究,指导配水闸站运行调度,实践证明:效果好,实现了最优化配水调度。     

城市感潮河网应对内涝的水位控制可行性研究

针对感潮河网城市现状防汛排涝的迫切需求,基于EPASWMM模型,通过对评估城市河网排涝能力,探索性提出可应对城市内涝的水位控制条件。结果表明,控制水位设为1.80~1.90m,除局部边界节点外,河网水系的排涝能力可由不足以承受10年一遇提高至50年一遇,复核计算结果也表明降雨基本可实现6h内顺利排出,表明以1.80m作为当地河网控制水位基本可行。     

阳澄淀泖区圩区排涝对区域防洪的影响分析

阳澄淀泖区属于典型的平原河网地区,河湖密布,地势低洼。为了抵御洪水,区域内建成大小联圩366个,约占总面积的50%。圩区建设是平原河网低洼地区的重要防洪排涝措施,但随着圩区规模的扩大、防洪排涝标准的不断提高,使得骨干河道洪水位上升,对区域防洪产生重要影响。以实测资料和圩区现状调查为基础,构建了能反映现状河网、圩区分布、圩区调度的数学模型,定量分析了圩区排涝对区域防洪影响。所建立的数学模型及对圩区排涝对区域防洪的影响分析可为阳澄淀泖区的洪水计算、防洪规划、圩区建设提供理论依据。     

黄河河口平原多闸坝河道水流数学模型

针对黄河下游河口平原区河流的特点,在充分考虑多闸坝及潮汐作用的影响下,采用MIKE11软件构建多闸坝河道水动力模型,同时利用实测资料进行参数率定及模型检验。结果表明:广利河河网下游水位变化趋势受上游来水流量的变化趋势影响较大,水流状况受人工调控明显;大部分典型断面的模拟结果较好,所确定的参数基本可以反映河道及流域特征。模型可以为下一步进行水量水质耦合模拟及河网库群与闸坝调度方案研究提供较为准确的水动力条件。     

东莞水乡河网区排涝优化研究

东莞水乡河网区长期遭受洪水、内涝和风暴潮灾害,现状排涝能力与区内经济社会发展需求不适应。通过建立一维水动力数学模型,模拟上游洪水、下游潮水及围内涝水的水流运动过程,分析现状排涝规模,研究排涝优化方案,为有效提高水乡河网区排涝能力提供参考依据。     

温黄平原金清水系分片控运设想及影响分析

温黄平原由于地下水过量开采导致地面沉降以及取土等原因形成了金清水系局部低洼地。为满足局部低洼地水位要求,金清河网控制水位一降再降,造成了金清河网灌溉取水、河网调度及水生态环境等多方面的矛盾。为尽快实现城区河网水位的抬高,满足改善城区水环境的迫切要求,经过对低洼地的调查研究,提出金清水系分片控运的设想,并阐明此设想在工程布置上可行,对防洪排涝、灌溉用水、航运等无影响,而对河网调度和水资源利用却更加有利。     

自然排水区域内涝模拟技术研究

平原河网地区降雨过程中地面汇集、蓄滞,最终排出到河道是一个复杂的过程,不仅受地形的影响、还受外河水位影响,单纯的一维水动力模型或二维水动力模型无法模拟地面积水与河道水位的同步、实时变化。为了准确模拟降雨过程中自流排水区域地面汇流和河道水位的变化过程、优化区域河道布局规模和调度方式,本文综合一、二维水动力数学模型的优点,将河道与地面进行侧向耦合计算,地面低洼区域与河道进行正向耦合计算,模拟不同工况条件下区域内涝分布情况。结果表明：一、二维水动力数学模型侧向耦合和正向耦合技术可以模拟自然排水区域内涝实时分布情况,并可对不同河道规模和调度方式下区域内涝风险进行判别,为区域城市河网水系布局规划提供技术支撑。