基于水位流量反推法确定山洪灾害雨量预警指标探讨

雨量预警指标分析成果是山洪灾害预警的重要依据。水位流量反推法是山洪灾害预警指标确定的一种理论方法。本文简要介绍了水位流量反推法计算山洪灾害雨量预警指标的方法。并用实例说明该方法的具体步骤和内容,对有关技术细节进行说明和探讨,提出四点结论可供山洪灾害分析、研究、预防工作参考。     

对洪水分级的浅见

洪水的等级划分应考虑流量、水位、防洪能力及灾害等因素,综合这些因素把洪水分成5个等级。1、2级洪水,洪水流量小,水位低,基本无灾;3级洪水,洪水流量较大或水位较高,有一定灾害;4级洪水,为大洪水或高水位,有较大灾害;5级洪水,为特大洪水或高水位,灾情严重。     

基于雨量水位一体杆的山洪灾害监测预警方法

由于导致山洪灾害的因素具有动态属性,导致对山洪灾害的预警准确度难以得到保障。为此,文章提出基于雨量水位一体杆的山洪灾害监测预警方法研究。设计了针对性的雨量水位一体杆装置,实现对山洪灾害诱因因素对应参数的精准、全面监测,在山洪灾害预警阶段,根据水量平衡和蓄泄关系曲线,对流域蓄水量和出流流量进行分析计算,确定不同山洪灾害诱因因素下的山洪流量数据。在测试结果中,设计方法对于山洪灾害监测预警结果与实际情况之间的误差始终稳定在0.30 mm以内。     

山洪灾害分析评价方法论述

本文基于水位-流量-人口关系的防洪能力评价方法和水位流量反推法的雨量预警指标分析,以乐清市山洪分析评价为例,给出了山洪灾害分析评价流程。在大量调查工作的基础上,提出了山洪灾害分析注意事项及改进措施,对其他地区及以后的山洪灾害分析、预警具有重要的参考价值。     

历史上的黄河凌汛灾害及原因

历史上黄河凌汛灾害严重，特别是清咸丰五年（1855年）铜瓦厢决口改道后至1955年的100年中，发生凌汛决溢的年份达29年，决口近百处，平均三年半就有1年发生凌汛灾害。山东为黄河凌汛灾害的重灾区。新中国成立后．分别于1951年和1955年凌汛期在山东利津发生漏洞决口；1951年在内蒙古河套河段浸溢决口达60余处：2001年又在宁蒙河段乌兰木头发生民堤溃决。凌汛灾害的产生，主要受河道形态、气温和河床流量等多方面因素的影响和制约。     

榆社县东河流域山洪灾害警戒流量分析

为有效防御山洪灾害,改变山洪灾害损失日趋严重的局面、减少人员伤亡和财产损失,对榆社县典型的东河小流域警戒流量分析,核实了县级山洪灾害防治非工程措施实施方案中相关流域危险区划分的合理性,达到有效避免因灾害造成群死群伤恶性事故发生的目标。     

南宁市江南区农村基层预报预警系统预警指数研究

介绍了农村基层防汛预报预警体系建设中，山洪灾害影响村落和低洼易涝村落雨量预警指标计算的方法。对典型山洪灾害影响村庄，在实测断面测量资料的基础上，根据已分析出的设计洪水和水面线成果，计算其成灾水位对应的临界流量，通过假设汇流时间下的雨量数据，按对应雨型经点面转换后的时程分配得到暴雨过程，并以暴雨过程数据作为模型输入，根据模型参数进行反复试算，计算出其成灾水位对应的临界流量，并在洪水达到临界流量时对其形成的成灾水位进行测算，此时假定的时段雨量即为该级别所对应的临界雨量。对于低洼易涝村落，根据易涝区水位容积曲线，查取成灾水位对应容积，与流域汇水面积相除得到流域径流深，通过径流系数反算面雨量。     

基于复合雨量指标的山洪预警方法及其应用

为满足山洪灾害预警需要,提出了一种由前期影响雨量、本场降雨量和雨强组成的复合雨量指标。选择江西省彭坊小流域为研究区,根据该流域的实测雨洪资料及预警流量,建立了出口断面流量与复合雨量指标之间的关系,确定了复合雨量指标阈值。结果表明,流量与复合雨量指标值关系密切,复合雨量指标值越大,越容易发生山洪灾害;通过连续计算复合雨量指标并与阈值比较,可快速预测山洪灾害,效果较好。复合雨量指标只需要雨量信息,计算简便,可为研究区山洪预警提供参考。     

深埋隧道富水破碎带区堵水灌浆材料应用

针对某穿越富水破碎带的深埋钻爆法隧道中的突涌水灾害，分析了其涌水灾害特征和对灌浆堵水材料性能的特殊要求。针对工程特点，制备了适用于深埋隧道堵水的普通膏浆、速凝膏浆和堵水浆材拌和料等灌浆材料，开展了材料不同性能特征的测试，并选取试验段进行了应用验证。结果表明：研制的堵水灌浆材料具有强抗冲能力和抗水稀释能力，且凝结时间可调可控，适应各流速、流量的突涌水工况，可有效封堵深埋隧道富水破碎带的涌水点，阻断涌水通道。研究成果可降低深埋隧道穿越富水破碎带区时的涌水塌方灾害风险。     

月河长枪铺水文站旱警流量确定分析

干旱灾害是安康市主要自然灾害之一，特别是上世纪九十年代以后，旱灾发生的频率增加、影响范围扩大、影响程度加剧，干旱给工农业生产、城市供水、居民生活和自然生态的安全带来很大影响。确定旱警流量，能在江河径流持续下降时，为江河供水安全和生态环境安全提供重要警示作用。     

凌汛危害及其防护措施

凌汛在冬春季节江河水充受冰凌阻碍而引起的涨水现象，凌汛的发生与江河所处的地理位置密切相关，由于河流下游段的纬度高于上游段，因而产生封冻时下段早于上段，解冻时下段迟于上段，再加上江河中一些河段弯曲狭窄，在封冻流冰期，易开成冰塞洪水；在解冻流冰期；易产生冰坝洪水，其结果轻则漫滩，重者决堤成灾，造成很大灾害。我国在防凌汛洪水措施方面积累了较丰富的经验，在实路中逐步认识到凌汛的产生是由于热力和动力因素共同     

冰期河流弯道冰水动力学行为研究

以黄河什四份子弯道为研究对象,基于2019-2020年度的凌情监测影像及现场试验数据,分析了河流弯道冰水动力学行为特征。结果表明:上宽下窄的河道形态是造成弯道卡冰的主要原因,流凌-封河阶段,弯顶节点工程对水流的顶托作用促进了上游回流区的形成;受弯道离心力作用,河冰聚集于河道凹岸一侧,并在回流区堆积形成冰桥,从而缩小了断面过冰面积,河道逐渐封冻;弯顶下游流速大且来冰量少,形成清沟,主流向河中发展;冰塞堆积于弯顶上游凹岸主河槽内,水流被挤压至凸岸非冰塞区,弯道主流易位;在稳封期,河道冰水动力特征基本不再变化,在解冻开河期,凸岸非冰塞区流速较大,主流区冰盖优先解冻且沿主流输移,回流区冰盖最后消融,河道主流逐渐恢复至畅流阶段,整体呈复归式。     

北方河流冰期水流阻力分析

本文通过由流速分布推求冰期河道冰盖糙率系数,提出了由流速分布推算冰盖及河床糙率的计算方法,同时考虑冰盖影响区与河床的流速分布,确定最大流速位置,阐述了冰盖对水流的阻力是研究河道冰情演变及其运动规律的依据.并对河道冰期形成冰盖,其阻力使河道水位升高、过流能力降低、水位流量关系改变.流速分布推算冰盖及河床糙率的计算方法进行了分析.为北方地区基层测站的冰期测验工作提供参考.     

河流水冰沙耦合模型研究Ⅰ：原理和方法

河流水沙研究一般忽略冬季河冰对泥沙输运、河床侵蚀和岸滩崩塌的影响,但北方河流如黄河等冬季冰期的防凌减灾和河道的演变均不能忽略河冰过程,亟需研究河冰全过程影响下的水冰沙耦合作用机理。本文首先总结了河冰水力学的理论发展,针对北方河流建立了二维水冰沙耦合数学模型,包括二维水沙数值模块、河冰动力学模块和岸滩侵蚀模块,并介绍了该耦合模型的求解步骤和方法。研究表明:通过三个模块间的信息传递和数据反馈,该数学模型具备模拟冰塞冰坝等极端工况下的水流变化、河冰堆积和释放、泥沙运动、河床冲淤和岸滩侵蚀等过程的能力。该模型将水沙理论和河冰理论结合起来,可用于北方河流全季节与河冰生消全过程的水冰沙耦合过程模拟,为北方河流管理提供了有力工具。     

A Modified Muskingum Flow Routing Model for Flood Wave Propagation during River Ice Thawing-Breakup Period

During the period of river ice thawing and breakup process (termed as “ice cover thawing-breakup”), vast amount of water stored in ice-covered river reach will be released comparing to that under open flow condition. The flow routing process during river ice thawing-breakup period will be different from that under open flow condition, since water stored in and channel from ice thawing-breakup process and flow routing process are very complicated. If the flow routing process during river ice thawing-breakup period can be predicted, it will very important for flood protection in the downstream river reach. In present study, water released from ice cover thawing process is considered as the lateral inflow to the channel flow during propagation process of flood wave from upstream to downstream. A model for the flood routing process during river ice thawing-breakup period has been developed based on the Muskingum hydrologic method. Using the modified Muskingum model, the routed outflow hydrograph has been determined along the Baotou Reach of the Yellow River during river ice thawing-breakup period. Results showed that the simulated hydrographs using developed model agree well with those of field measurements.

     

黄河头道拐段冰输移及堆积过程数值模拟

头道拐河段因其特殊的河道形态及地理位置而成为黄河内蒙古段最易形成冰坝的河段,研究该河段河冰输移及堆积过程是理解内蒙古段河冰过程及卡冰结坝作用机理的关键。本文基于耦合的二维有限元水动力学模型和DPM(Discrete Parcel Method)河冰动力学模型,模拟了黄河头道拐河段2020—2021年冬季封河过程并进行了验证,讨论了不同水力条件、上游流凌密集度及河道形态对封河过程的影响。结果表明：相比于官牛犋弯道,河道弯曲率大、束窄程度高的什四份子弯道更易形成卡冰,且流量越小,卡冰作用越明显,冰盖向上游发展速度越快。河道流凌密集度小于0.4时,各种流量下研究河段未发生卡冰;流凌密集度增大至0.4,表面流冰首先在弯曲率系数较大的什四份子弯道处形成卡冰,随着流凌密集度和流量的进一步增大,下潜并输移到下游的流凌也会在官牛犋弯道形成卡冰,因此,头道拐河段形成卡冰的流凌密集度临界条件为0.4。应用冰水耦合二维动力学模型可以很好地模拟天然河道河冰输移、堆积过程中河道的水力特性、冰厚增长及封河形态,揭示了影响河冰过程的相关因素及作用机理,为黄河内蒙古段防凌减灾工作提供技术支撑。     

河北省冰期调水水文特性分析

在北方冬季跨流域调水中,水流在年底至次年初发生结冰现象。输水河道在此期间,经过岸冰、冰花、溜冰、冰盖等冰情,造成河道输水水位抬升,流量变小,输水能力减低,且水位流量关系复杂。调水河道在冰寒加剧和高水位运行下,个别河段甚至出现冰塞、冰坝等冰灾现象,直接威胁到河道堤防安全,增加了输水管理的难度。研究分析冰期水流变化规律,对冰期输水监测及调度管理具有重要意义。     

Numerical simulation of mechanical breakup of river ice-cover

Ice jams and ice dams in rivers will cause significant rises of water levels. Under extreme conditions, the ice flooding during winter or early spring may occur. In this paper, by considering the fluid-solid coupling effect caused by the water and the ice cover, the mechanisms of the mechanical breakup of the river ice cover are studied. A formula is obtained for determining whether or not the mechanical breakup process would happen under the hydraulic pressure of the flow. Combined with the hydraulic model under the ice covered flow, a numerical model is built and the interaction between the discharge, the hydraulic pressure under the ice cover and the date for the mechanical breakup of the river ice cover is simulated. The simulated results of the dates for the mechanical breakup of the river ice cover agree very well with the field observations of the breakups of the river ice cover in the Hequ Reach of the Yellow River. Therefore, the numerical model might serve as a good preliminary step in studying the breakup of the river ice-cover, evidencing many important parameters that affect the ice-cover process.     

双桥墩条件下冰塞发展临界条件试验初步研究

河流中的桥墩改变了附近原有的水流特征,冬季可能对其附近冰塞的形成和演变产生影响。基于水槽模型试验,通过改变墩心距、墩径、墩形、冰水流量比和水流弗劳德数,分析了双桥墩条件下冰塞发展通过桥墩的临界条件。试验表明：冰塞能否发展通过桥墩所在断面存在临界弗劳德数,其值受墩心距、墩径、墩形和冰水流量比等因素控制,随着墩心距的减小或冰水流量比、墩径的增大,冰塞发展通过桥墩所在断面难度增大,方形墩相较于圆柱形墩难度增大;试验范围内,随着墩心距的减小,桥墩所处河道断面输冰能力增强,初始冰塞厚度增加,但冰塞平衡厚度减小。     

凌汛期堤防漫顶溃口破坏规律断面模型试验Ⅰ:黏性土堤

凌汛期河道存在大量冰凌,导致河流壅塞、水位上涨,对堤防安全造成了严重隐患。为了探究凌汛期黏性土堤的漫顶溃口破坏规律,建立了室内水槽物理模型,模拟了冰凌条件下的堤防漫顶破坏,通过改变堤身含水率和河道流量,分析了冰凌条件下溃堤时的溃口破坏形式、溃口发展过程和水位变化过程。结果表明:溃堤过程中冰凌挤压对堤体的破坏作用明显,堤身含水率和河道流量对溃堤过程有显著的影响;与洪水条件相比,冰凌条件下溃堤时溃口前期发展较为缓慢,而中、后期较为强烈;冰凌条件下的堤前水位峰值要高于洪水条件。