山东省小清河流域暴雨——潮位遭遇组合规律研究

鉴于洪潮遭遇组合分析可为沿海地区洪涝防治规划与设计提供参考,采用Copula函数建立山东省小清河流域面雨量年极值和羊角沟站潮位年极值的联合分布函数,通过优选,最终选用Gumbel Copula函数分析两者组合概率,揭示其遭遇组合规律。结果表明,重现期越小的设计面雨量(潮位)遭遇同量级潮位(面雨量)的概率越大;面雨量和潮位同为10年一遇时,联合重现期约36年;两者同为200年一遇,联合重现期约为947年,小清河流域平均面雨量和羊角沟潮位同频率遭遇是两者概率的1/4左右。     

感潮河段洪潮补偿调度模型及应用

滨海流域进行实时预报调度时,通常建立将水库调度模型与下游感潮河段水位演算模型相结合的综合调度系统,以福建省山仔水库为例,利用主要控制断面的安全水位作为控制条件决定水库的放水过程。由于感潮河段受上游出库洪水与下游潮位的双重影响,河道水位出现复杂的周期性变化,采用以洪潮分离为出发点的双向波演算法构建感潮河段的水位演算模型,并结合感潮河段的水位变化趋势,考虑水库洪峰来临及下游河段相应时期高低潮位过程,动态调整水库下泄量,以提高下游河道的防洪标准。     

基于双向交互式回归模型的镇江站高潮位预报

感潮河段受上游径流和下游潮波的双向交互作用影响,机理复杂,预报困难,寻找合适的方法对感潮河段的潮位进行预报非常关键。以镇江站为例,考虑洪潮要素的交互作用,依据因果分析方法,结合统计学理论,引入双向交互式回归方程,建立日最高潮位预报模型,并用该模型对镇江站历史资料进行模拟检验。结果表明,双向交互式回归模型合理、实用,且预报精度较高。     

上海市台风降雨和潮位遭遇组合概率研究

针对台风期间上海市城市防洪涝安全风险问题,基于1970～2011年徐家汇气象站日降雨资料和黄浦江吴淞潮位站日潮位资料,采用P-Ⅲ型分布拟合了台风降雨和潮位的概率分布,利用Copula函数建立了上海市台风降雨与黄浦江潮位的联合分布模型,并定义和分析了台风降雨与潮位的组合风险概率及两变量重现期。结果表明,上海市台风降雨达到50mm,与年最高潮位达到警戒水位的联合重现期约为2年;10年一遇台风降雨与5年一遇或20年一遇的年高潮位的同现重现期分别为111、303年;20年一遇的台风降雨与20年一遇的年高潮位的同现重现期为625年;上海市10年一遇以上台风降雨遭遇到5年一遇以上的年高潮位的机率很小。     

基于Copula函数的甬江流域雨潮遭遇组合分析

雨潮遭遇组合分析和组合方式的选取是沿海地区防洪治涝规划的重要内容之一。以甬江流域为例,在考虑尾部相关性的基础上,采用Gumbel Copula函数构建流域暴雨和河口潮位的联合概率分布,分析不同暴雨潮位组合下的同现风险率、条件风险率和组合风险率,并基于条件最可能组合原理,计算给定设计暴雨条件下潮位的条件最可能值和置信区间。结果表明,当甬江流域发生10、20、50、100年一遇暴雨时,相应镇海站最可能发生4、8、21、43年一遇潮位。     

沿海城市潮、雨遭遇下内涝模型及应用

以海南省海甸岛为例,基于带有地表属性信息的高精度DEM地形网格,依据城市分区精细产流方法计算产流,以分段线性化方式拟合实际雨水管网排水能力曲线,并建立了排水能力与潮位新型函数关系式,将水陆边界条件处理为可双向过水的模型边界,最终将地表产汇流模块、地下管网水动力模块和潮(洪)水漫滩淹没模块三者耦合,建立沿海城市潮、雨遭遇内涝模型,探讨潮、雨遭遇情况下城市水情和涝情特征及差异。结果表明,潮、雨遭遇情景下城市内涝整体情况更加恶化,积水面积剧增;不同区域内涝恶化原因不同,临海区域主要是潮水倒灌引起,城区内部区域恶化主要是高潮位顶托下内水无法外排所致;对比单独降雨下,典型内涝代表点积水深度平均增加0.22 m,积水历时平均增加7.70 h,深度积水持续时间显著延长。     

水动力学模型初始条件问题浅议

将一维圣雏南方程组与新安江模型结合构成河口地区水位模拟模型,根据上、下边界和预报断面的初始水位、流量假定了三种初始条件,并应用于曹娥江感潮河段的水位预报,综合对比分析了相应计算结果.分析表明,由这三种初始条件计算的整个洪水过程的效果相当,初始条件的选取对计算洪水过程的起涨段有较大影响,考虑预报断面初始水位的初始条件能较好地模拟洪水的起涨段.     

基于扩散波和双向波的感潮河段水位演算研究

针对感潮河段水流情势复杂、不易获得河道地形资料的问题,考虑充分应用已有水位实测资料,采用扩散波和双向波方法建立感潮河段水位演算模型,扩散波方法以水位为研究对象,求解线性扩散波方程定解问题的解析解,双向波方法将洪水过程分解为上游洪水波和下游潮水波,分别应用水位演算方法将这两种波独立演算至计算断面,再将其演算结果进行线性叠加得到计算断面的水位过程.将上述两类模型应用于新沂河和楠溪江感潮河段水位演算中,模拟精度良好.     

基于GIS与水动力模型融合技术的山洪沟溃堤风险分析

为加强洪灾预防与应对措施建设,融合GIS和一、二维水动力数值计算方法,建立了具有实际地形的山洪沟溃堤风险分析精细化仿真模型,并将其应用于宁夏贺兰山东麓小峰沟溃堤洪水演进模拟。采用非结构化网格与内边界处理技术合理优化了复杂边界与线状地物阻挡水效果,精确模拟了小峰沟遭遇100年一遇洪水导洪堤溃决造成的淹没风险,基于GIS分析了洪水演进不同时刻的风险分布特征与影响情况,实现了GIS与水动力数值模型的有机融合。计算结果基本合理可靠,可为该地区沟道治理、风险管理与灾防决策提供参考。     

基于Landsat遥感技术的丘陵—平原混合地区流域水文模型在秦淮河流域的应用

平原感潮河网区水流计算复杂,边界条件需考虑入江口潮位的影响,同时流域内闸坝调度工况对水流运动状态影响显著,是区域防洪调度中亟需解决的问题之一。以秦淮河流域为例,利用Landsat遥感技术提取了流域下垫面因素,建立了丘陵—平原产汇流模型,考虑了秦淮河入江口的潮位关系和流域内水库、闸门的调度情况,利用河网水动力学模型模拟计算了流域内各重要节点的水位过程。结果表明,本文模型对较大暴雨洪水年份1991、2003、2007年洪水的模拟能力较好,主要断面最高水位模拟误差均控制在0.15m以内。     

设计潮位计算中若干问题探讨

针对感潮河段潮位序列的不一致现象,提出了一种通过提取序列趋势项进行资料一致性修正的方法。针对低潮位系列容易呈“负偏态”分布的事实,介绍了负偏态潮位系列的频率计算方法,提出了一种融入更多潮位过程特征信息的设计潮位过程推求方法,以长江口天生港、徐六泾、外高桥潮位站为例,采用上述方法计算了典型站的设计潮位和设计潮位过程。研究表明,所提出的方法概念清楚、计算简便、适用性强,对类似潮汐河口设计潮位和设计潮位过程计算具有参考意义。     

基于Copula函数的武澄锡虞区雨潮组合风险分析

沿海城市的洪涝问题除了受降水等因素的影响外,还与潮位变化密切相关。为此,基于武澄锡虞区1951～2019年的日降雨资料和江阴站1951～2019年的逐日潮位资料,采用P-Ⅲ型分布函数作为边缘分布函数,根据K-S检验和Anderson-darling检验对其进行检验,根据离差平方和准则法择优选出Frank-Copula函数构建武澄锡虞区雨潮遭遇联合分布,定量计算了研究区域不同重现期组合的年最大15d降水和相应潮位遭遇的风险率。结果表明,重现期为10年一遇的15d降水遭遇重现期为2年一遇的相应潮位时同现和防涝风险率均很高,且随着设计标准的提高,雨潮遭遇组合的风险率逐步降低。该研究结果为武澄锡虞地区的洪涝灾害防治问题提供了新思路。     

感潮河段水位预报方法浅析

针对感潮河段水情复杂、水位预报困难,分析评价了国内外感潮河段水位预报基本方法及研究进展,并概述了感潮河段水位预报实时修正方法,提出了一种简单实用有效的预报方法供参考.     

基于洪水预报信息的桓仁水库后汛二期洪水调度规则研究及应用

针对桓仁水库后汛二期存在弃水量大、洪水资源利用率不足、电厂效益低的问题,根据洪水预报信息、洪水预报精度及误差分布,拟定了以"预报累积净雨量"和"库水位"为判别指标的桓仁水库后汛二期洪水调度规则。利用该规则调节5~30年一遇的设计洪水及20场实测洪水,结果表明在不增加原设计防洪风险的情况下,与原设计调洪规则相比,洪水资源和水能资源利用率均得到提高。     

秦淮河流域不同频率降雨联合概率分析

秦淮河流域汛期雨量丰沛,洪水的特性受一日降雨量和多日降雨量影响,单考虑某一时段的降雨量不能全面反映流域洪灾的风险。选取P-Ⅲ型分布分别作为最大1日面雨量的边际分布,两参数对数正态分布作为最大3日面雨量、最大7日面雨量边际分布。在此基础上利用Gumbel Copula函数建立秦淮河流域最大1日面雨量、最大3日面雨量联合分布模型,利用Clayton Copula函数建立最大1日面雨量、最大7日面雨量联合分布模型,并计算了二维联合分布下的暴雨设计值和重现期。结果表明,两变量联合重现期小于同现重现期,基于二维Copula函数联合分布计算的暴雨设计值大于单变量分布计算的暴雨设计值,为秦淮河流域的防洪防涝提供了参考。     

考虑潮波驱动力的感潮河段一维水动力学模型研究

针对传统水动力学模型在感潮河段水流模拟中难以取得理想效果的问题,分析了感潮河段水流运动特征,改进了潮波驱动力表达结构,构建了考虑潮波驱动力的圣维南方程组,并应用于钱塘江感潮河段的水流模拟,获取了比圣维南方程组更合理、模拟精度更好的结果.     

考虑不确定性的变化环境下防洪工程设计洪水风险评估

气候变化导致洪水事件孕育环境差异明显,洪水极值系列非一致性问题突出,现行风险分析方法受到挑战。基于此,提出变化环境下考虑不确定性的防洪工程设计洪水风险分析方法。其中,以混合概率分布拟合非一致洪水系列,采用参数Bootstrap抽样方法对拟合混合分布重抽样,计算防洪工程设计洪水风险,利用偏差校正与加速算法（BCa）评估抽样不确定性对设计洪水风险计算的影响。以汉江上游石泉站1954—2003年共50年最大洪峰序列为例,对所提方法进行实例应用分析。结果表明,抽样不确定性对防洪工程设计洪水风险计算影响显著;防洪工程设计使用年限20年时,遭遇10年、20年一遇设计洪水时,风险分别为39.91%、63.89%,相应置信区间为[11.09%, 70.77%]、[21.00%, 91.50%]。抽样不确定性对防洪工程遭遇设计洪水风险评估的显著影响在工程设计、管理阶段需引起高度注意。     

桥墩的涌潮压力特性试验研究

涌潮是一种特殊的水力现象,在钱塘江河口的强涌潮河段,涉水构筑物在涌潮来临时受到的涌潮作用力极大,可能严重破坏构筑物结构。现有涌潮作用力研究往往只关注构筑物的正面压力,而忽略背面涌潮压力。对此,通过水槽模型试验研究桥墩的正面压力、背面压力和总力的变化过程。结果表明,由于涌潮正面压力和背面压力的变化过程存在时间差,桥墩受到的总力会出现与涌潮传播方向相反的情况。总力极值的大小与潮前水位、涌潮高度和桥墩尺度有关。研究成果可为涌潮河段涉水构筑物的设计、施工、防护提供参考。     

基于Copula函数的不同历时降雨量组合概率研究

为查清越西县不同历时降雨量组合概率情况,根据越西雨量站1954~2012年降水资料,基于三维不对称Gumbel Copula函数构建了年最大1日降水量(R1d)、年最大3日降水量(R3d)、年最大7日降水量(R7d)的三维联合分布函数,计算了不同历时降水量的组合概率、条件概率和相应的重现期。结果表明,R1d、R3d、R7d三变量发生极端降水事件的联合概率最大,同现概率最小,单变量发生的概率介于二者之间;单变量的重现期(T)介于三变量联合重现期(Ta)与同现重现期(T0)之间;通过组合概率分布图和等值线图可得到给定条件下的两个不同组合事件的条件概率;三维不对称Gumbel Copula函数能够很好地描述不同历时降水变量之间的关系;可为城市防洪排涝及县域水资源开发利用提供参考依据。     

珊溪水库溃坝洪水预测分析

采用漫项渍坝计算模型分析了珊溪水库在设计洪水、500 a一遇洪水、1 000 a一遇洪水三种工况下突发渍坝洪水事件的过程,由水库调洪演算、溃口冲刷计算、溃口扩展计算耦合获得了各工况下的洪量大小及洪峰时间,通过水量平衡关系验证了该模型在珊溪水库混凝土面板堆石坝溃决计算中的合理性程度.计算结果可为编制珊溪水库防洪预案及面板堆石坝水库溃坝洪水计算提供参考.