时空变源混合产流模型及其在小流域洪水模拟中的应用——以四川省、甘肃省的4个小流域为例

近年来山洪灾害造成的人员伤亡和财产损失不断增加,基于GIS和遥感数据的水文模型为山洪预报提供了新的思路。利用DEM和遥感数据提取小流域基础属性并划分地貌水文响应单元,利用垂向混合产流计算产流量,采用包气带非饱和土壤计算下渗,建立垂向上的时空变源混合产流模型。利用时空变源混合产流模型,模拟四川省和甘肃省4个流域多场次洪水过程,通过SCE算法进行参数率定和产流分析。结果表明:模型模拟与实测数据基本吻合,纳什效率系数均超过0.8;四川和甘肃两省小流域受到下垫面信息影响,主导产流成分不同。模型能够提供较为精确的山丘区流域洪水预报。     

中国山洪灾害防御关键技术

结合我国山洪灾害防治所面临的自然社会双重胁迫因素和存在的关键技术问题,在总结中国水利水电科学研究院建院以来围绕小流域暴雨洪水规律、分析计算方法、防洪减灾监测预警技术等方面所完成的创新成果基础上,阐述我国山洪灾害防治的总体思路、理论技术体系和防御模式。重点论述小流域下垫面特征及产汇流特性、缺资料地区小流域暴雨洪水规律、新一代缺资料小流域产汇流模型及分布式水文模型、预警指标体系和风险评价理论、小流域山洪灾害动态预报预警技术、全国山洪灾害小流域预报预警系统建设等方面的技术突破和取得的创新性成果。     

基于中国山洪水文模型的动态临界雨量研究及应用

以中国山洪水文模型为基础,综合考虑前期影响雨量、累积雨量、降雨强度及雨型分布、地形地貌等因素的影响,提出了基于分布式水文模型的小流域动态临界雨量预警指标分析方法。以四川省不同水文分区3个典型小流域(赶场、西宁和新生流域)为例,评估了该指标用于小流域山洪预警的精度。研究表明:(1)中国山洪水文模型在研究区内具有较好的适用性,3个小流域率定期和验证期的山洪模拟合格率均在90%以上;(2)以1h、3h和6h为预警时段,赶场、西宁和新生流域的临界雨量分别为20～250mm、12～160mm、6～140mm;(3)不同预警时段下,3个小流域山洪预警的合格率达到80%以上。研究成果可为小流域山洪预警提供理论支持和技术支撑。     

分流量区间BMA方法在小流域暴雨山洪模拟中的应用——以官山小流域为例

小流域山洪灾害具有成灾时间短、突发性强、危害性大、频次多等特点,严重威胁着区域内社会经济发展和人民群众生命财产安全。受当前山区雨洪资料少、产汇流机理不够完善所限,小流域的暴雨洪水模拟存在着可靠性差、精度低的问题。以我国中部秦巴山区山洪灾害典型流域官山小流域为研究对象,搜集了近期代表性较好的10场洪水,以TOPMODEL、TUWMODEL和新安江模型结果为基础,基于分流量区间BMA方法计算模型权重,提出适用于小流域的水文集合预报模型。结果显示,相比单一水文模型,分流量区间BMA方法模拟的洪峰流量、洪量和峰现时间指标的合格率可分别提高4.5%、39.7%和48.9%,为官山小流域洪水模拟提供了一种有效的模拟手段。研究成果对提高山区小流域洪水预报精度具有一定的理论意义和实践价值。     

河南省伊川县山洪灾害暴雨分析计算

文章针对伊川县暴雨和山洪特性,以小流域为单元合理选择适用于当地的设计暴雨洪水计算方法和水文模型等分析计算方法,以伊川县城关镇的西干渠流域石瑶村六组为例详细介绍了山洪灾害暴雨计算方法,并进行了暴雨时程分配计算。为河南省相似地区山洪灾害防治设计暴雨计算提供了可靠的技术支撑,也为同类工程评价项目提供了参考。     

准分布式暴雨洪峰非线性预报模型研究成果综述

中小流域山洪实用预报至今仍缺乏简便有效的模型,主要原因在于山洪雨洪响应的复杂性和作业预报要求的简单性通常难以兼顾。该文针对中小河流的雨洪特性和作业预报需求。创新模型构建理念,紧扣造峰暴雨对洪峰的主控作用,将分布式结构与集总式演算相结合,应用洪水波速非线性校正和河道洪峰流量衰减指数演算新技术,创建了一个流域时空暴雨与出口断面洪峰直接响应的中小流域山洪专用预报模型。该模型属准分布式概念性模型,仅一个参数,具有结构合理、计算简单、调试方便、预报快捷的特点。经应用实例验证,模型精度良好,易于操作。模型的应用将有助于推动中小流域山洪预报业务的开展,可为类似研究提供借鉴。     

基于中国山洪水文模型的山洪灾害预警指标实时动态分析

山洪灾害具有突发性强、成灾快、破坏力大、人员伤亡多等特点,被公认为是世界上危害最大的自然灾害之一。为提高山洪灾害预报预警精度,综合考虑小流域暴雨洪水特征、前期降雨、上游产汇流过程以及土壤湿度动态变化等因素的影响,基于中国山洪水文模型(CNFF)模型分析法和设计暴雨洪水实时反算法,提出了基于中国山洪水文模型的小流域防灾对象预警指标实时动态分析方法,分析了防灾对象不同土湿和典型预警时段长的临界雨量动态变化过程。以江西省东河流域为例,评估了动态预警指标的精度。研究表明：(1)中国山洪水文模型在研究区具有较好的适用性,率定期和验证期的平均径流深相对误差和洪峰流量相对误差均在15%以内,平均峰现时间误差在1.5 h以内,平均Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.76和0.8,场次雨洪模拟合格率在90%以上。(2)以东河流域南泊村典型灾害事件为例评估了动态预警指标应用效果,基于动态雨量预警指标的实时动态分析结果相比原山洪灾害调查评价中静态预警指标结果提前1~2 h预警,有效延长了预警预见期。研究成果可为小流域山洪灾害预警提供理论支撑和技术支持。     

分布式水文模型在山洪规划治理中的应用

本文对分布式水文模型HSPF进行介绍,并以黑草河小流域为例,建立模型,通过对制定的八种规划方案进行模拟、计算,分析了各种土地利用类型对流域减水、固沙的影响,证明了分布式水文模型在山区洪水管理中的适用性。     

基于推理公式法的小流域洪水设计分析

在洪水设计时,考虑时空差异有助于准确地把握暴雨时域关系,保障防洪工程的顺利实施。以彰武县鹞鹦河流域为例,根据流域的时空分布特性,深入分析了防灾对象所在小流域以及防灾对象上游河段的暴雨特性、小流域特征,研究了历史山洪灾害情况。以小流域为单元合理选择适用于当地的设计暴雨洪水计算方法和水文模型等分析计算方法,分析小流域洪水规律,并验证了小流域设计暴雨的合理性。     

山洪灾害监测预报预警云平台及应用

以延长山洪预警预见期、提高预警精度为目标,综合应用并行云计算、大数据、人工智能和移动互联网技术,设计开发了省级山洪灾害预报预警云平台.省级云平台集成了流域分布式水文模型和实测降雨、预报降雨信息,实时驱动流域内各河段山洪水文模拟,实现基于小流域的洪水预报和基于流量指标的山洪灾害预警.结合山洪灾害气象预警和基于雨量/水位监...     

基于试验流域的季风区洪水特性及其水文模拟

根据我国安徽省5个试验流域的实测资料,分析了各流域场次洪水的特性,并利用TOPMODEL模型对各流域进行次洪模拟,进一步探讨该模型在我国东部季风区洪水预报方面的适用性。结果表明:安徽省各试验流域场次洪水的降雨量-径流深散点均呈现较好的正相关性,降雨量随着海拔的升高而增大,山区的径流系数大于平原丘陵区;面积最小的瓦屋刘流域对暴雨的响应最为敏感,孙村流域场次洪水的洪峰模数差异最小、起涨时间最长,黄山流域场次洪水的历时最久;随着海拔的升高,流域地形指数的平均值逐渐增大,同时各流域面积占比最大所对应的地形指数逐渐减小;地形指数标准差越大的流域,土地利用类型也越丰富;TOPMODEL模型总体上可以较好地模拟安徽省各试验流域场次洪水过程,且对大流量的捕捉效果优于小流量,对天然流域的模拟效果优于人类活动扰动的流域。     

HEC-HMS模型在缺资料地区山洪预报的应用研究

以桃河阳泉小流域为例,探索了HEC-HMS模型在缺资料地区山洪预报的应用可行性。产流模块采用Green-Ampt模型、坡面汇流模块采用SCS单位线、河道汇流模块采用运动波,通过流域DEM、土壤、土地利用等下垫面信息获取了主要参数,构建了山洪预报模型。在1970—2015年的流量系列中筛选出14场典型洪水场次,对模型进行了验证。结果表明,验证期洪峰流量相对误差均小于10%,平均纳什效率为0.88,对于起涨和退水速度快的单峰型洪水,模拟效果较好,通过下垫面信息获取的模型参数准确有效,达到了山洪预报的技术要求。     

DEM分辨率对山洪淹没模拟影响

DEM是表征地形状况的重要指标,在山洪淹没模拟中起着重要作用。以2016年7月19日发生在河北省石家庄市井陉县西部山区的特大暴雨山洪事件为研究对象,利用HEC-HMS水文模型和FLO-2D水动力模型,设置5种DEM分辨率方案(30、20、15、10、5 m),从淹没范围和淹没水深两方面分析了DEM分辨率对山洪淹没模拟的影响,并从模型运行时间角度对其运行效率进行了评估。研究表明:DEM分辨率越高,则淹没范围越小,平均淹没水深越大,即模型模拟精度越高,山洪事件的淹没范围及水深越接近于实际调查情况(DEM分辨率为30和5 m时,淹没范围及淹没深度的模拟精度分别为0.56和0.41、0.76和0.79);随着DEM分辨率的提高,尤其从10 m提高至5 m时,模拟结果差异减少,模拟精度的增幅也减小,淹没范围和水深的精度增幅分别为2.70%和3.94%;DEM分辨率越高,则模型运行时间越长,模型运行效率越低,5 m DEM方案下的运行时间为30 m DEM方案的700倍。综合考虑模拟精度及模拟时间,10 m分辨率的DEM对山洪淹没模拟、风险评估及预警预报等更为适用。     

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.     

FFMS模型与HEC-HMS模型在暴雨洪水预报中的应用比较

针对小流域暴雨洪水预报难的问题,利用模块化小流域暴雨洪水预报FFMS(Flash Flood Modul Simulation System)模型和HEC-HMS(Hydrologic Engineering Center Hydrological Model System)模型,以河南栾川、韩城及辽宁郝家店、梨庇峪4个山丘区小流域为例,对比分析了4个流域的暴雨洪水预报过程,以洪峰相对误差、峰现时间误差以及纳什系数等为评价准则,比较和分析了2个模型的预报精度和适用性。实例验证结果表明:虽然2种模型均能实现小流域暴雨洪水的预报,但从3个评价准则的结果来看,FFMS模型的预报精度优于HEC-HMS模型。研究成果证明了FFMS模型在山丘区小流域暴雨洪水预报中的有效性和可行性,可以在类似山丘区小流域暴雨洪水预报中进行推广应用。     

工程随机模型在暴雨洪水分析计算中的应用

本文利用工程随机模型的原理和方法，建立了年暴雨过程随机械模型和便于计算机数值模拟的暴雨洪水流域系统随机模型，并结合应用实例给出了对这些随机模型的实用性检验，表明这一方法不失为实际工程洪水分析计算的一条途径。     

空间嵌套式流域水文模型的初步研究——以三峡水库入库洪水预报为例

三峡水库的防洪调度是多任务和多目标的,既需要掌握整个长江上游的水、雨和工情,也不能忽视三峡区间洪水信息。本论文以三峡水库入库洪水预报为例,依据入库洪水特性,在整个长江上游和三峡区间分别构建了大小两种尺度网格单元的分布式水文模型,并与一维和二维非恒定流的库区水动力学模型相结合,初步实现了这两种尺度水文模型的空间嵌套,以此探讨适合于大型流域数字水文模拟的空间嵌套式流域水文模型结构与构建方法。研究初步表明,嵌套模式构建的流域水文模拟方法,能够解决大流域水文模拟中多尺度之间的衔接问题。