太湖流域大尺度洪水分析中对圩区影响洪涝分布的模拟

本文以流域DEM、土地利用、圩区空间分布和堤顶高程及河网外多边形分布为数据基础,按照未受保护区低洼地和保护标准较低的圩区先受淹、保护标准较高的圩区后受淹的原则,建立了各河网外多边形的水位与蓄水量关系,通过与河网模型及水文产汇流模型耦合,可以更合理地反映主干河网洪水出槽、圩区内涝或两者皆存在的情形下洪涝水量的空间分布。该方法可用于建立大尺度水力学模型的淹没分析模块,为太湖流域未来洪水预见提供重要的数据支持。     

考虑圩区分布的平原河网区暴雨洪涝分析模型建立

针对圩区众多的平原河网区域,基于已有的一、二维非恒定流水动力学理论建立的城市洪涝仿真模型,引入"小蓄水面"的概念,将圩区内外在水动力学模型中未被概化但对降雨的调蓄作用不可忽略的小河、塘坝、小湖泊等根据其实际空间分布统一概化为所在网格的小蓄水面,并考虑圩区堤防标准、抽排能力和调度运行规则对河网区域洪涝时空分布的影响,对模型中网格淹没水深、圩区排涝和闸泵调度的计算方法进行了改进。选择嘉兴市为案例区域建立了暴雨洪涝分析模型,利用模型对嘉兴市近年来典型场次暴雨进行模拟计算,与河道实测水位及洪涝分布调查结果对比表明,模型对区域的概化合理,能反映嘉兴市在受本地降雨和上游洪水影响、下游潮位顶托及复杂的工程调度规则综合作用下水流的运动特点和洪涝的分布特征,模拟结果可靠,模型可以为区域洪水风险图编制和防汛风险管理提供支持。     

平原河网地区圩区建设与规划的几点思考

太湖流域属平原河网地区,圩区是太湖流域的基本单元,地势低洼,水网纵横,易遭受洪涝威胁灾害,圩区治理是保障流域人民生活生产安全的重要措施之一。在此简单回顾了太湖流域圩区的历史和现状,从流域防洪整体安全的角度,初步探讨了太湖流域圩区治理存在的几点问题,针对圩区建设与规划提出几点建议意见,为平原河网地区圩区建设与规划提供参考。     

基于耦合水动力模型的广州市东濠涌流域洪涝模拟

东濠涌流域位于广州市中心城区越秀区内,调研分析流域内积水点淹没成因与利用数值模拟方法研究该城市流域洪涝过程并获得一定可靠性和精度的洪涝水情信息,可为相关部门抢险救灾决策提供理论参考和科学依据。根据城市洪涝过程的水文水力学方法原理,以SWMM作为一维模型基础,采用动态链接库文件(DLL)方法耦合二维水动力模型,通过侧向、正向和垂向的连接构建耦合水动力模型,以东濠涌流域为研究区域构建基于耦合水动力模型的东濠涌流域洪涝模型并选用两场实测降雨对模型进行模拟分析。结果表明:模型在一维排水系统的排水能力与二维地表积水的模拟均具有较好的精度和可靠性。该耦合水动力模型在东濠涌流域的应用进一步证明了耦合模型连接算法的合理性和可行性,对城市洪涝模拟分析有较好的应用价值。     

太湖流域圩区排涝分级调度影响研究

【目的】近年来随着太湖流域圩区排涝能力建设,流域洪涝风险逐渐由圩区向圩外河道转移,圩区排涝与区域、流域防洪间的矛盾日益凸显,为缓解这一矛盾,【方法】研究提出了圩区排涝泵站的分级调度方案,并以武澄锡虞区为典型区域,采用水动力模拟的手段,对不同降雨条件下调度方案改变对洪水演进过程的影响进行了研究,将分级调度方案与现状调度、减小动力及抬高起排三种方案进行了对比分析。【结果】结果显示,减小动力方案在遭遇高强度暴雨时无法及时排涝,导致圩区发生内涝灾害;抬高起排方案在利用圩区蓄水时未能有效利用圩外河道的行洪能力,无法有效降低圩外河道洪峰水位;分析提出的分级调度方案充分利用了圩内调蓄与圩外行洪能力,同时保障了圩内、外涝风险可控。【结论】结果表明,在合理的分级方案下,分级调查可以在确保圩内洪涝灾害风险可控的前提下降低圩外河道行洪压力,实现圩内-圩外洪涝风险的动态共担。     

城市洪涝模型及CPU-GPU异构并行计算技术研究进展

在全球气候变暖和城市化背景下，城市洪涝问题日益严峻。为尽可能减少城市洪涝灾害造成的损失，提高城市对突发性强降雨事件的应急处理水平，开展城市洪涝数值模拟技术研究具有十分重要的意义。本文从城市洪涝精细化和高效模拟角度出发，综述了城市洪涝模型、CPU-GPU异构并行计算的研究进展，系统总结了产汇流模型、一维河道/管网模型、二维地表模型、耦合模型、快速城市洪涝模型的构建方法和CPU-GPU异构并行计算的关键技术。针对当前城市洪涝模型研究中的不足之处，需要开展城市洪涝过程全物理机制模拟研究，深入分析全水动力城市洪涝模型的适用性、模拟精度和计算效率；还需基于异构并行计算技术，实现城市洪涝模型一维河道/管网、二维地表淹没的快速模拟，为城市暴雨洪涝精细化与高效模拟奠定基础。     

太湖流域典型平原圩区氮污染分析

为探究圩区氮污染特征,选择太湖流域典型圩区——常州溧阳尖圩,基于2014—2017年的气象与水质监测数据集,分析圩区氮污染的季节变化及关键影响因子.这一研究可为氮污染科学防控提供理论基础.     

基于DELFT3D HM模型的苍海湿地公园洪水淹没模拟研究

洪水淹没情景受区域洪水流量、河床地形变化、河道工程运行调度等多因素影响,对于洪灾情景的确定,是开展河道与滩区治理研究以及进行防洪设计和滩区功能定位的前提条件。为此,以苍海湿地公园区域为例,利用Delft3D HM模型建立起二维洪水演进模型,进而模拟洪水淹没过程。模型采用P=20 a一遇洪水历史资料进行验证,结果合理;采用P=50 a一遇洪水对苍海湿地公园流域内洪水淹没过程进行了模拟,得到了实时淹没范围、最大淹没区域、水位变化过程等洪涝区内的特征水力要素信息。成果为该区域内的防洪规划和实时洪水预报提供理论参考,同样为后期洪涝区内水质提升工程提供可靠参数。     

江苏省太湖流域防洪除涝减淹面积分析

为分析近70年来江苏省太湖流域水利工程建设实施后产生的防洪除涝效益,选取不同降雨量级的典型年,利用太湖流域河网水文水动力模型,还原模拟工程前后遭遇典型年降雨的洪水位,结合面积、容积与高程关系曲线计算出典型年淹没面积,并建立淹没面积与典型年控制时段降雨量的相关关系,结果表明近70年来江苏省太湖流域减淹,效益十分显著。     

1D/1D及1D/2D耦合水动力模型构建方法研究

为实现高速率、精细化的洪涝模拟,以丹麦R市A区的排水系统为研究对象,构建和比较基于GIS空域建模技术及SWMM水动力耦合的1D/1D(双一维)排水模型与基于MIKE URBAN的1D/2D(一维管流和二维洪涝)耦合排水模型,对研究区的排水系统进行暴雨洪涝模拟及评估比较。研究两种模型的建模过程、模拟精度及计算效率,描述两种模型的优劣性和适用条件。结果表明:1D/1D排水模型可实现地表淹没的拓展分析,同时确保较高的稳定度和运算速度,且在较低重现期下具有较高的计算精度,适用于大尺度、应急管理且模拟精度要求相对较低的情景; 1D/2D排水模型能实现地表积水的双向流动计算,具有良好的精细度,但其信息处理和计算时间较长,适用于计算环境和模拟精度要求较高的情景。研究结果将为不同情景、不同尺度的洪涝模拟提供科学依据。     

2016 年太湖流域洪灾损失及骨干工程防洪减灾效益评估研究

为了评估 2016 年太湖流域梅雨期间骨干工程发挥的防洪减灾效益,利用流域一维河网水动力学数学模型,计算得到无骨干防洪工程情景下的河段水位过程,将其与河段设计水位比较,推算每个河段两岸的淹没水量。再与 DEM 和圩堤等阻水构筑物数据相结合,通过空间叠加分析和水量平衡计算,获得洪水淹没的空间分布。建立了流域洪灾损失评估模型,基于土地利用数据、洪水淹没分布和社会经济数据,对无骨干防洪工程情景下的洪灾直接经济损失进行了评估。将该损失与调查统计的实况洪灾损失数据进行对比,结果表明: 骨干工程在此次洪灾中发挥了约 116. 12 亿元的防洪减灾效益。其中,无锡市和苏州市防洪减灾效益最大,分别达到了 50. 08 亿元和 44. 11 亿元。研究成果定量论证了太湖流域骨干防洪工程在 2016 年洪灾中的经济效益,采用的评估方法对于其他流域或区域防洪工程效益评价具有一定的参考价值。     

浙江省太湖流域防洪治涝规划关键技术——适宜的防洪控制水位

评估现状浙江省太湖流域防洪能力,认为现状总体上仅能达到5~10年一遇,按照太湖流域防洪规划总体要求,提出浙江省太湖流域防洪排涝治理目标为遭遇不同降雨典型50年一遇洪水总体不成灾,探讨了区域治理总体思路,在技术经济合理、防洪风险可控、生态环境优先三大原则指导下,通过方案比较选定区域治理方案,并提出满足治理目标下的规划适宜的防洪控制水位,在该水位下所采取的流域和区域防洪工程体系规模最优和社会综合成本最小。从而指导今后浙江省太湖流域有序开展外排工程和圩区整治工程规划和建设。     

广西防汛三维电子沙盘系统建设

广西防汛三维电子沙盘系统利用现代高新信息技术,模拟建设了广西全区及重点河段的三维空间场景,展示流域地形地貌、防洪工程、山洪灾害易发区分布等防汛信息;并在三维场景中实现洪水淹没快速评估、山洪灾害快速定位、山洪灾害影响分析等内容,为广西各级防汛部门的防洪减灾决策提供技术支持。     

洪涝灾害三参数损失函数的构建Ⅱ——实例研究

为了验证三参数洪涝灾害损失函数构建方法的合理性与适用性,以高度城镇化的太湖流域为对象开展实例研究。以现状与未来情景下太湖流域的洪涝灾害评估结果作为洪涝损失-重现期曲线构建样本,选取3组函数构建了太湖流域洪涝灾害风险函数。对3组函数的拟合结果进行对比,选择最优S型函数作为预测模型,并且根据函数转折点对洪灾风险进行了分级。研究表明,基于Gompertz函数的损失-重现期函数曲线对洪涝灾害损失的变化规律有较好的适应性,对未来洪水风险演变的预测较为合理。     

不同降雨集中度下流域干支流洪水全过程模拟

为研究流域洪水形成过程及淹没风险规律,采用二维全水动力模型GAST模拟灞河部分流域的降雨成洪情况,分析不同降雨集中度下的洪水形成过程及淹没风险区变化规律。结果表明,降雨集中度影响流域洪水的洪峰流量与峰现时间,也影响淹没风险区面积及峰值出现时间。雨量大且集中的降雨容易在短时间内形成大洪峰洪水,也较快达到淹没风险区面积峰值;流域干支流在出山口断面峰现时间顺序为清峪沟、流峪河、灞河上游、蓝桥河,汇流起始点与流域出口断面峰现时间最大相差80 min;淹没风险区域主要分布于流域出山口外的灞河干流沿河两岸,淹没面积达到峰值最早为低风险区,最晚为极高风险区,峰现时间均在4 h之前。流域干支流洪水过程及淹没风险变化过程分析结果可为灞河流域不同降雨条件下的防洪响应及部署提供参考。     

基于一二维水动力模型的山丘区小流域洪水模拟与淹没分析

我国东南沿海山丘区小流域降水充沛,山洪灾害频发.为科学指导山丘区小流域防洪减灾,以浙江省松阴溪流域遂昌县城为研究区域,构建一二维耦合水动力模型,通过"20140820"、"19930624"两场历史洪水对模型参数率定验证,模拟不同重现期设计洪水情景下的洪水淹没过程,为山丘区小流域防洪决策提出合理建议.     

浅谈平原河网地区防洪系统的调度

根据太湖流域防洪调度实际情况,对其气象信息、实时水位及其特征值等水情信息和实时工情分析,进行防洪形势分析。按照太湖流域防洪调度规则,进防洪调度的仿真计算,形成供决策者参考的调度方案。     

A reach‐scale remote sensing technique to relate wetland inundation to river flow

Knowledge of the relationship between river flow and wetland inundation at a reach‐scale is important for effective flow management, particularly, for environmental outcomes. Historical remotely sensed data, such as Landsat TM, provide the potential to determine the relationship between flow and wetland inundation for extended river reaches. In this paper we apply, adapt and evaluate a technique using sets of before‐flood and after‐flood image pairs to relate river flow to wetland inundation on a 640 km reach of the mid‐Murrumbidgee River, Australia. Stratification of the complete reach into relatively uniform sub‐reaches on the basis of hydrology and geomorphology was undertaken as a key pre‐analysis step. Analysis of flood wave attenuation within each sub‐reach showed that flood peaks entering and leaving a reach were highly correlated. Therefore, we argue that a flood peak measured at a single gauge within the reach can be used to provide a reliable indication of the behaviour of similar sized floods within the reach. The remote sensing technique proved capable of producing a model relating wetland inundation thresholds to flood peak discharge for each sub‐reach within the extended river reach. Although the model simplifies the complex relationship between river flow and wetland inundation, reliable key wetland inundation flow thresholds were determined. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

Application of a Simple Raster-Based Hydrological Model for Streamflow Prediction in a Humid Catchment with Polder Systems

The hydrological processes are controlled by many factors such as topography, soil, climate and land management practices. These factors have been included in most hydrological models. This study develops a raster-based distributed hydrological model for catchment runoff simulation integrating flood polders regulation. The overland flow and channel flow are calculated by kinematic wave equations. A simple bucket method is used for outflow estimation of polders. The model was applied to Xitiaoxi catchment of Taihu Lake Basin. The accuracy of the model was satisfactory with Nash–Sutcliffe efficiencies of 0.82 during calibration period and 0.85 for validation at Hengtangcun station. The results at Fanjiacun station are slightly worse due to the tidal influence of Taihu Lake with high values of root mean square errors. A model sensitivity analysis has shown that the ratio of potential evapotranspiration to pan evaporation (K), the outflow coefficients of the freewater storage to groundwater (KG) and interflow (KSS) and the areal mean tension water capacity (WM) were the most sensitive parameters. The simulation results indicate that the polder systems could reduce the flood peaks. Additionally, it was confirmed that the proposed polders operation method improved the accuracy of discharge simulation slightly.