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。     

城市化对流域水文过程的影响模拟与预测研究

随着城市化进程的进一步加快,城市暴雨洪涝灾害频发,居民的生命财产安全受到严重的威胁。以粤港澳大湾区典型流域车陂涌为例,结合研究区快速城市化的特点构建了城市暴雨洪涝模型,模拟和预测了城市化过程对流域水文过程的影响。主要结论如下：1）构建了基于SWMM模型的城市暴雨管理模型并对其进行了验证,结果表明,该模型在研究区适应性较好。2）研究区1980年代初、2015年及2050年（预测）的城市用地占比分别为15.07%、47.64%及54.29%。在1980—2015年的新增的城市用地里,耕地转化面积占比最大,达到了86.49%。3）城市化后三个典型河道断面的流量过程线呈单峰状,起伏较大,而1980年代初过程线相对比较平缓;城市化还使得断面洪峰流量大幅增加,峰现时间提前。在0.5年一遇设计降雨条件下,2015年和2050年的流域出口洪峰流量分别比城市化前增加了2.27和2.7倍。本研究可为粤港澳大湾区海绵城市建设、防洪排涝提供科学依据。     

城市化下产汇流参数不确定性分析及洪涝模拟——以晋城市金村区为例

识别敏感参数,降低模型不确定性,是提高城市雨洪模拟结果科学性与准确性的重要步骤之一。本文以晋城市金村区为例,构建城市洪涝模拟模型,分别采用局部和全局方法识别敏感性参数,同时分析不同下垫面特征的参数敏感性。基于敏感性分析,模拟不同降雨情景和城市化进程中不同下垫面的洪涝特征值。结果表明：不透水区洼蓄量较敏感;降雨重现期增大,最大下渗率局部敏感性增强而全局敏感性减弱;硬化地面较多区域,不透水面相关参数较为敏感;不同区域洪涝特征值均随重现期的增大而增大;同一重现期下,特征指标值随城市化进程分布更加集中。本研究可以为城市分布式雨洪模型参数不确定性分析与洪涝特征响应分析,以及城市韧性提升提供一定的参考。     

西南地区特小流域暴雨洪水产汇流参数研究

根据收集整理得到西南地区108个特小流域261场次暴雨洪水资料,针对本区域电力工程常用的推理公式法、铁二院法、林平一法,对其产流参数、汇流参数取值进行深入研究,提出了新的产、汇流参数取值研究成果,按照本研究成果计算的洪峰流量和《电力工程水文气象计算手册》参数取值计算洪峰流量,与实测洪水成果相比,精度和合格率均得到了明显提高。     

快速城市化对产汇流影响的研究:以凉水河流域为例

快速城市化所引发的产汇流改变,使城市区域洪涝灾害进一步加剧。针对北京凉水河流域内城市化所引起的不透水面积增加、河网结构形态改变、城市分洪和排水管网铺设等人类活动,选取流域内大红门排水区为研究对象,根据遥感影像和实地调研,分别构建城市开发前、后两种情景的暴雨洪水管理模型(SWMM),并采用流域出口断面实测流量率定模型参数。通过设置不同重现期暴雨情景,定量分析城市开发前后洪水特征的变化。研究结果表明:SWMM模型在城市开发前后两种情景都具有较好的适用性。城市化后大红门排水区地表径流量是城市化前约3.5倍,径流系数从城市化前的0.12提高到城市化后的0.41,下渗量是城市化前的2/3;城市化后排水区坡面汇流速度加快,河道汇流时间降低,峰现时间无明显变化。城市化前百年一遇24 h洪峰流量低于城市化后20年一遇洪峰流量。本文的研究成果可为流域尺度雨洪综合管理和低影响开发提供技术支撑。     

森林植被对流域产汇流的影响分析

通过对城西径流实验站的产汇流特性分析，得出由于森林植被的急剧减少而引起的流域产汇流特性变化，论述了森林植补对涵蓄水源以及径流的调节作用，要植树造林，恢复森林植补，实现生态环境的良性循环。     

DEM数据源及分辨率对流域洪水模拟影响研究

以半干旱半湿润区的柳林流域为例,基于无人机三维倾斜摄影7 cm高分辨率和ASTER 30m两种数字高程模型（DEM）数据源,重采样获得1 m、5 m、10 m、20 m、30 m分辨率共10套DEM,构建HEC-HMS水文模型,选择1995—2021年20场洪水进行模拟,探讨DEM数据源和分辨率对洪水模拟精度的影响。结果表明：7 cm高分辨率地形数据源的1 m重采样DEM构建的模型,模拟结果相对较好,洪峰流量、径流量相对误差绝对值均值分别为16.4%和15.7%,NSE均值为0.657;ASTER 30m DEM构建的模型,洪峰流量、径流量相对误差绝对值均值分别为16%和18.7%,NSE均值为0.646,其他分辨率和数据源的DEM构建的模型,洪水过程模拟结果也差别不大。     

有效不透水面分布对城市雨水径流的影响

城市区域不透水面分布错综复杂,汇流路径多样,不透水面有效性及其产流机制成为城市水文学的热点问题。研究以北京市主城区为对象,构建了基于汇水路径的有效不透水面的识别方法,拟合出总不透水面与有效不透水面的经验公式,定量识别了不透水面有效性对北京市主城区雨水径流的影响。结果表明：考虑不透水面有效性能显著提升模型模拟精度,针对不同城市化阶段,在各种重现期降雨情景下设置不同有效不透水面比例并进行模拟,发现有效不透水面对低重现期降雨产流过程的影响远大于高重现期降雨产流过程,且城市化前期有效不透水面增加会导致较大洪峰增长率,而城市化后期影响减小。研究可为优化城市地面格局,减缓城市洪涝灾害损失提供科学参考。     

土地利用变化对东江流域径流量的影响

依据东江流域1980年和2000年两期土地利用现状图,采用改进的SCS月水量平衡模型,以顺天、蓝塘、九州及岳城4个子流域逐月实测水文资料为输入,进行模型率定和验证,并对各子流域不同土地利用情景下的径流进行了模拟。结果表明：1980年以后,流域城镇化面积显著增加,林地大幅度减少,耕地有所增加,水域和未利用土地面积变化不大;改进的SCS月水量平衡模型在东江4个子流域模拟效果总体较好;由于土地利用的变化,东江4个子流域月均径流量、最大月径流量和汛期径流量都有不同程度的增加。     

陕西黑河流域土地利用变化对非点源污染的影响研究

本文借助RS和GIS技术,借鉴和应用景观生态学的有关理论和研究方法,分析了黑河流域土地利用从1976年至2000年的动态变化,讨论了土地利用变化的驱动机制。在此基础上,以率定的模型参数为基础,应用SWAT模型分别对2000年和1976年两期土地利用下的黑河流域1991～2000年非点源污染负荷进行模拟,由此确定土地利用变化引起的流域非点源污染负荷的变化。从控制非点源污染的角度,分析了土地利用变化趋势的合理性。研究结果可为研究区土地资源的合理开发利用、生态环境的保护及区域的持续发展规划提供科学依据。     

澄碧河流域降水及旱涝变化特征分析

为了解西南岩溶区流域的降水及旱涝变化特征,选用澄碧河流域1979—2019年12个地面站点实测逐月降水资料,采用Sen斜率估计法、小波周期分析、经验正交函数（EOF）分析及标准化降水指数（SPI）等方法进行分析。结果表明,41 a间澄碧河流域年降水量呈现不显著增加趋势,以30 a为主周期;降水主要分布在夏季,并且呈不显著变化;降水量整体上呈现出由东南向西北递增的格局。EOF分析发现流域呈现出三种降水模式,其主要以全流域降水变化一致为主,其余两种模式均呈现出相反的降水变化。澄碧河流域干旱事件向洪涝事件转变发生在1994年,流域洪涝发生频率大于干旱发生频率,旱涝事件变化在空间上的分布特征具有一定差异性。研究结果对流域防范旱涝灾害具有参考意义。     

南水北调西线一期工程调水对黄河流域影响分析

基于复杂适应系统理论,对水资源系统进行分析。以水资源的配置和利用为主线,根据复杂适应理论的受限生成过程建模要素和步骤,构建宏观经济水资源综合模型。通过模型框架,将水资源系统中的宏观经济子系统和水资源子系统相互作用通过内生变量联接起来,分析南水北调西线工程对黄河流域受水区的影响,得到黄河流域二级区不同配水方案相对于无调水情况的GDP变化、单方水效益、入海水量和主要断面流量过程变化等。     

北京温榆河流域水污染控制情景模拟与分析

温榆河的水环境状况已成为制约该流域乃至北京市经济、社会和环境协调发展的重要因素。本研究以控制水污染为目标,从点源控制和非点源控制两个方面出发设计了不同的情景方案,应用SWAT（Soil and Water AssessmentTool）模型进行温榆河流域的水污染控制情景模拟计算和分析。结果表明：控制点污染源的达标排放是减少温榆河入河污染负荷量和改善水体环境的有效措施,总氮和总磷负荷的削减率分别达到66.2%和80.5%;改变农田施肥量和施肥方式、坡耕地的退耕还林和减少城镇区不透水面积等措施对减少流域的非点源污染负荷产出都有较好的效果,且各种不同的污染控制措施对总氮、总磷的削减效果不同,总氮削减率为1.2%～32.3%,总磷削减率为3.7%～49.9%。模拟结果还显示,只有将点源控制和非点源控制相结合、浓度控制和总量控制相结合,并辅以适当的河道治理工程,才能彻底实现温榆河水质还清的目标。模拟分析结果可为该流域的水污染控制和治理规划提供参考。     

基于GRACE重力卫星的珠江流域大尺度洪水监测

洪水监测对流域洪水预报预警,防洪工程调度及洪水风险管理至关重要.以珠江流域为研究区,基于重力恢复与气候实验卫星(Gravity Recovery and Climate Experiment,GRACE)数据研究2002年4月-2017年6月陆地水储量异常(terrestrial water storage anoma...     

高台漫流区铁路桥涵洪灾预警雨量分析

为降低漫流区水害对兰新铁路桥涵的危害,利用暴雨洪水管理模型(SWMM)对高台漫流区洪水进行模拟分析,得到该漫流区部分铁路桥涵预警雨量.首先通过ArcGis建立集总式与半分布式两种SWMM模型,用6场降雨对模型参数进行率定,利用精度评价指标比较两种模型的优劣,进而探讨了SWMM模型对漫流区的适用性;最后采用水位反推法,得...     

基于多源降水数据估算澜湄流域可能最大降水

基于多源降水数据估算流域可能最大降水（PMP）,对推求稀缺资料地区的设计和校核洪水具有重要意义。选取澜沧江-湄公河流域为研究区域,以APHRODITE降水数据集和实测降水为基准,评价CHIRPS、MSWEP和PERSIANN三套全球降水产品的精度,基于改进的统计法估算1天和3天的PMP。结果表明：（1）MSWEP产品具有较高的精度和降水探测能力;（2）栅格尺度下MSWEP与APHRODITE降水数据的PMP估算结果显著相关;（3）基于MSWEP卫星降水数据估算的湄公河流域1天和3天的PMP分别为122 mm和192 mm,与其他的PMP估算结果相近。卫星降水数据可为缺乏资料地区的PMP估算提供重要参考依据。     

洞庭湖四口河系防洪、水资源与水环境研究

洞庭湖四口河系地区洪涝灾害频繁,防洪压力大,同时随着四口分流量逐年减小和季节性断流,加之水环境污染,四口河系地区季节性、水质性缺水问题严重。水利部公益性行业科研专项经费项目＂洞庭湖四口河系防洪、水资源和水环境研究＂由湖南水利厅牵头完成,取得了丰富的研究成果。通过项目研究,构建了洞庭湖四口河系水沙数值模型、区间洪水模型、水环境分析模型,分析了三峡工程不同运行方式下四口河系河道演变以及水资源和洪水的演变;在模型研究的基础上,结合水质监测资料、卫星遥感影像等,综合分析了三峡工程运用对四口河系地区防洪、水资源、水环境等方面的影响;在综合防洪、水资源和水环境分析结果的基础上,构建了洞庭湖四口河系地区综合调控体系。     

气候变化对金华江流域未来枯水的可能影响

枯水水文是水文学的重要组成部分,枯水与人类的生产生活以及生态息息相关。但与洪水相比较,枯水水文的研究并没有得到足够多的重视。气候变化与人类活动对全球和区域水资源的影响是当前研究的一个重点和难点。本文利用统计降尺度的方法来预测气候变化下金华江流域未来的降水和温度,同时结合萨克拉门托模型预测金华江流域的径流,最后对基准期实测径流和未来模拟径流的枯水指标7Q10和30Q10进行了比较,结果表明,在温室气体排放情景A2和B2两种气候情景下,这两个枯水指标都有明显增大的趋势。