煤矿采空区特殊下垫面水文模型研究

煤矿采空区的形成改变了传统的水文过程,对洪峰和洪量具有明显的削减作用。以汾河水库控制流域为例,引入裂隙渗漏系数G和渗漏系数k分别表示采空区裂隙位于坡面与河道对产汇流过程的影响,构建了采空区特殊下垫面条件下的水文模型,选取1970～2015年间汾河水库控制流域内采空区先后出现的16场次洪水,对比分析了两种方案的水文模拟精度。结果表明,传统的水文模型在采空区出现前模拟效果较好,7场次洪水模拟合格率为71.43%,而在采空区出现后9场次洪水合格率仅为22.22%,流域中部煤矿采空区对暴雨中心位于中心区域的降雨引起的洪水过程产生较大的影响;对采空区出现后的暴雨中心在采空区附近的7场次洪水采用采空区特殊下垫面条件下的水文模型进行模拟,7场次洪水合格率为71.43%,精度得到了显著提升。     

局地暴雨对南水北调中线水位流量的影响

为准确分析短历时强暴雨对渠道水位流量的影响,以南水北调中线北拒马河节制闸区域为例,建立考虑降雨过程的一维非恒定流仿真模型,设定不同的雨区覆盖范围,模拟了降雨频率P=1%、降雨历时120min典型设计暴雨下渠道的响应过程。仿真表明,暴雨使雨区上游流量减小,距离雨区越近,减幅越大;使雨区内渠道的流量增大,且距离雨区中心越近,增幅越大。暴雨过程中,无论雨区范围大小,最大水位升幅均出现在北拒马河节制闸闸前,幅度与暴雨强度相关,降雨频率P=1%、降雨历时120min暴雨条件下为0.09m。暴雨结束后,随雨区覆盖范围的差异,北拒马河节制闸的闸前水位分别呈现下降、不变或上升趋势。当雨区范围达76km时,水位开始上升;当雨区范围达180km时,水位历时48h升至预警水位。     

HSPF模型在渌水流域洪水预报中的应用

近年来,流域暴雨洪水灾害事件频发,准确、可靠的洪水预报是有效预防和抵御山洪灾害的重要措施。以渌水流域为研究区域,构建HSPF半分布式模型,选取流域2013～2020年洪水资料中代表性较好的场次洪水完成模型参数的率定和验证,并采用确定性系数、相对误差等指标进行洪水模拟精度评价。结果表明,该模型在渌水流域场次洪水模拟中表现良好,15场洪水模拟的峰现时间、洪峰流量合格率分别为100.0%、80.0%,洪量及径流深的模拟合格率均为93.3%,确定性系数均值为0.80,总体预报精度达到乙级,说明构建的HSPF洪水预报模型在渌水流域具有较好的适用性,可为该地区的洪水预报提供依据。     

HEC-HMS模型在紫荆关流域水文模拟中的应用

水文模拟对于流域防洪减灾、水资源规划管理有重要意义。基于Aster GDEM2提取紫荆关流域特征,并利用HEC-GeoHMS构建流域HEC-HMS模型。采用初损后损法、Clark单位线、马斯京根法和指数退水曲线法进行产汇流计算,模拟紫荆关流域1980~1988年16场次洪,其中前11场次洪用于率定,其余5场次洪作为验证。结果表明,HEC-HMS模型在紫荆关流域水文模拟中模拟效果较好,率定期的确定性系数在0.762~0.932之间,验证期的确定性系数在0.706~0.890之间,验证了该模型在我国半湿润地区大中流域应用的可行性。     

汶川震区震后沟谷暴雨泥石流暴发的可能性分析

汶川地震发生后的6年雨季里,灾区几乎年年发生新的暴雨泥石流。为了快速、准确地判别泥石流暴发的可能性,以9.24北川暴雨泥石流和8.13龙池暴雨泥石流为典型实例,结合野外调查,利用震后高分辨航空图像和暴雨后影像,分别提取泥石流流域中滑坡物源储量及流域地形数据,利用多元回归方法建立了汶川震区暴雨泥石流灾害预判模型。实例应用结果表明,该模型可靠、有效,可满足震区泥石流灾害排查的一些初步工作,尤其适合一些暴发大型和特大型泥石流灾害的沟谷。     

白马关流域洪水模拟及参数优化研究

为提高山区洪水的模拟精度,以北京市密云区白马关流域为例,采用分布式水文水动力模型(HH模型)模拟2017～2022年降雨—径流过程,选取6场典型场次洪水,利用ε-NSGAⅡ多目标优化算法对HH模型的关键参数进行优化。结果表明,率定场次洪水的纳什系数介于0.89～0.96之间,洪峰流量误差达20%以内,洪量误差达15%以内,峰现时差在1 h以内;验证场次洪水的纳什系数介于0.81～0.92之间,洪峰流量误差达20%以内,洪量误差达10%以内,峰现时差在1 h以内,HH模型参数优化后对白马关流域场次洪水的模拟效果较好。最后提出了适用于白马关流域洪水模拟的关键参数阈值范围,为当地山区水文模拟参数优化提供了科学的理论依据。     

凝汽器运行状态的物元模型及可拓评价方法

在建立凝汽器运行状态评价指标的基础上,针对评价指标的多样性及模糊性,提出一种以物元模型和可拓关联函数为基础的凝汽器运行状态的可拓评价方法.基于可拓学中的物元理论,建立起凝汽器运行状态评判的物元模型,并利用一组可拓关联函数计算凝汽器运行的状态参数和状态等级之间的关联度,由关联度的大小对凝汽器状态进行定性和定量评价,最后通过实例验证了本方法的实用性.研究表明,该方法能快速而有效地识别凝汽器运行状态,为凝汽器运行状态的评价提供一种新的途径.     

基于改进双超模型的采空区特殊下垫面径流模拟

针对长期大规模开采煤炭资源导致许多地区形成了煤矿采空区,改变了传统的水文过程的问题,通过室内试验,将采空区对径流过程的影响参数化,并将参数引入传统双超模型,建立适用于采空区特殊下垫面改进的双超模型,并以静乐水文站控制流域为例,选取了该区域23场次洪水,分别用改进前传统双超模型与改进后的双超模型进行模拟。结果表明,在采空区出现前,传统双超模型的模拟结果较好,模拟合格率达90.9%;采空区出现后,如果暴雨中心位于煤矿采空区附近,那么采空区将会严重影响降雨径流的产生过程,从而导致传统双超模型的模拟精度大大降低,模拟合格率为0。采用改进后的双超模型模拟采空区出现后的12场次洪水的精度得到了显著提升,模拟合格率达75%。     

生态建设背景下典型土石山区暴雨洪水演变基本特征研究

以太行山典型土石山区紫荆关流域为例，基于流域1985、2000、2014年三期土地利用信息及1960～2018年流域内13个雨量站日降雨数据和流域控制断面紫荆关水文站日径流、洪水要素摘录数据，利用ArcGIS计算三期土地利用面积变化，采用线性回归法分析流域水文要素、暴雨洪水要素演变趋势，同时分别使用双累积曲线法、M-K分析法对流域径流量、洪峰流量进行突变分析。结果表明，紫荆关流域土地利用格局趋于稳定，林草地生态系统结构稳定性增强，与现场调研情况相符。紫荆关流域径流量与径流系数呈现下降趋势，1960～1979年年径流系数平均值为0.26,2000～2018年年径流系数平均值仅为0.11,双累积曲线显示年径流量于1998年发生较大突变并趋于稳定。流域内大雨频次及大雨量呈现减少的趋势，而暴雨频次与暴雨量无明显变化趋势，洪水量级与洪水场次均呈现显著下降趋势，在2000年之后流域多发生2年一遇（洪峰流量48 m³/s）以下洪水。洪峰流量于1998年发生突变，突变点前后相同的洪峰流量下洪峰滞时和次洪径流系数均呈现增长趋势。这些均反映了紫荆关流域生态建设活动和水土保持措施对下垫...     

郑州市致灾暴雨积水点成因分析

随着城市极端降雨天气的增加及城市化进程的快速发展,城市内涝现象频发,是目前城市建设急需解决的难题。在分析郑州市2014～2018年暴雨时空分布的基础上,结合网络爬虫技术获取郑州市致灾暴雨及其造成的积水点信息,分析了暴雨要素与积水点的相关关系,并选取具体致灾暴雨场次分析不同致灾因子对积水的影响。结果表明,郑州市中原区和二七区交界处及金水区西部为暴雨积水点重灾区;在暴雨要素中,积水点数目与最大40 min降雨量相关关系最好,与降雨持续时间呈现弱相关关系;在具体场次暴雨中,积水点附近有施工和地势低洼对是否产生积水影响最大。     

基于GIS和SWMM的城市暴雨内涝淹没模拟分析

针对暴雨导致的城市内涝淹水问题,利用地理信息系统(GIS)技术,构建了淹没分析模块,结合SWMM模型,实现了对城市暴雨内涝淹没范围和淹水深度的模拟分析。并以华南沿海某城市区域为例,进行了设计和典型暴雨条件下的模型计算。结果表明,基于GIS的淹没分析模块设计合理,计算结果较理想、可靠,能直观表现受涝区淹没范围和淹水深度,在城市排水管网规划、雨洪管理和灾后损失评估等方面具有一定的应用价值。     

基于InfoWorks ICM模型的城市暴雨内涝模拟

为解决城市暴雨内涝灾害问题,以海口市主城区为例,构建了基于InfoWorks ICM的城市综合流域排水模型,选用3场实测暴雨进行模拟分析,发现该模型具有良好的精度和可靠性。在此基础上,利用该模型对1、2、5、10、20年五种不同设计重现期的暴雨情景下研究区域排水管网系统的排水能力和积水深度进行模拟。结果表明,该模型能较好地评估研究区域的排水能力,且随设计暴雨重现期增加,研究区域的积水深度亦呈现出增加趋势,内涝灾害明显加重。     

基于InfoWorks ICM模型的城市暴雨内涝模拟

为解决城市暴雨内涝灾害问题,以海口市主城区为例,构建了基于InfoWorks ICM的城市综合流域排水模型,选用3场实测暴雨进行模拟分析,发现该模型具有良好的精度和可靠性。在此基础上,利用该模型对1、2、5、10、20年五种不同设计重现期的暴雨情景下研究区域排水管网系统的排水能力和积水深度进行模拟。结果表明,该模型能较好地评估研究区域的排水能力,且随设计暴雨重现期增加,研究区域的积水深度亦呈现出增加趋势,内涝灾害明显加重。     

辽宁省场次暴雨时空分布特征研究

基于辽宁省基础水文数据库,选取资料完整可靠的481处雨量站作为代表站,筛选出1965～2014年间最大点降水量超过200mm的超标准暴雨124场,采用线性倾向估计、M-K检验、小波分析、克里金插值等技术,系统分析了辽宁省场次暴雨时空分布特征。结果表明,辽宁省超标准暴雨年发生次数在0～6次/年之间,年际变化基本持平,并呈现出3～5、13～15年2个主要周期;年内尺度上,超标准暴雨集中发生于7～8月,且主峰降水多集中于24h之内;空间分布上,暴雨中心多位于东南部地区,出现频次由东南部向西北部递减。暴雨中心位于辽西地区的场次暴雨多发生于7月;暴雨中心位于辽东地区的场次暴雨在7、8月均有发生,且位于东南部地区的暴雨多发生于8月。     

基于数据挖掘的黄河中游典型流域次洪最大含沙量预报

黄河中游黄土高原地区经常发生区域性暴雨,容易形成涨落迅猛、峰型尖瘦的高含沙洪水过程,次洪沙峰量级预报的准确度对汛期调水调沙工程调度,特别是对高含沙量洪水事件十分重要.针对黄河中游水沙预报难度大、精度偏低的现状,采用随机森林和支持向量机两种数据挖掘方法,开展秃尾河和湫水河两个流域的次洪最大含沙量的预报预警研究.结果 表明...     

广州市城区短历时暴雨特征分析

气候变暖导致极端降雨频发,研究短历时暴雨的变化规律可为广州市内涝防治提供科学依据。选取中大站1984~2010年最大1 h降雨量资料,通过趋势线、滑动平均法、累积距平曲线、Mann Kendall趋势检验法、小波分析等方法对广州市年最大1 h降雨序列和暴雨次数进行统计分析。结果表明,广州市年最大1 h降雨量呈现周期性变化,进入21世纪后波动减弱,且稳定在较大的范围内;大于20、30、40 mm的1 h暴雨次数均呈现出不同程度的增大趋势,其中大于30 mm的次数增加显著。     

基于PCA和AHP的小流域山洪灾害风险评价

为准确评价小流域山洪灾害风险,针对小流域山洪特点及成灾机理,以栾川小流域为例,选取汛期年最大1、3、6、12、24h降雨量及年均暴雨日数为致灾因子,地形高程、坡度及水系分布为孕灾环境,沿河两侧村镇人口和房屋密度为承灾体,构建了小流域山洪灾害风险评价指标体系,并采用主成分分析法(PCA)提取关键致灾因子、层次分析法(AHP)确定各指标权重,依托ArcGIS空间分析叠加功能得到小流域山洪灾害危险性分布图、易损性分布图和山洪灾害风险等级分布图。结果表明,栾川小流域中上游部分地区如常村、么坪村、新立村等所在的小流域属于山洪灾害高风险区,占流域总面积的15.4%,这些地区年最大降水量普遍较高,且沿河居民住户相对集中,山洪灾害风险等级最高;山洪灾害低风险区主要位于流域下游,如西地村、上河南村等,此结果与小流域历史山洪灾害分布情况相一致。分析结果可为有关部门防洪减灾提供依据,也可为同类小流域的山洪灾害风险评价提供参考。     

基于聚类分析的短历时暴雨雨型研究

暴雨雨型直接影响着洪峰流量的大小及洪水过程,研究暴雨雨型可为防洪排涝、山洪灾害防治提供科学依据.根据陕西省宝鸡气象站1981～2017年自记降雨资料,采用Ward聚类分析法对120场暴雨做了分类研究,从多角度分析了雨型的发生规律,初步探讨了雨型与山洪内涝的关系.结果 表明,聚类分析法在雨型分类中具有较好的适用性;宝鸡气...     

建筑表面太阳投影面积的数值计算研究

根据太阳运动模型和光学几何原理建立建筑外部遮阳设施动态遮阳效果分析的数学模型.利用该模型,建筑表面上的太阳投影面积可以由建筑地点、建筑几何形状确定.算例的计算结果表明,基于该数学模型的计算值与理论值相比差别很小.该模型对建筑表面太阳投影面积和太阳辐射得热的计算具有实际应用价值,并为动态遮阳效果的研究以及新型遮阳设备的研制提供理论依据.     

Assessment of photovoltaic potential in urban areas using open-source solar radiation tools

This study presents a methodology for the assessment of photovoltaic potential in urban areas using open-source solar radiation tools and a 3-D city model implemented in a geographic information system (GIS). The solar radiation tools are represented by the r.sun solar radiation model and PVGIS estimation utility. The applicability of the methodology has been demonstrated on a selected urban area of a small city in eastern Slovakia. The relevant attributes of buildings have been mapped and implemented in a GIS database. The selected urban area consists of various urban zones characterized by different morphology and functionality. The photovoltaic potential of buildings has been assessed using the PVGIS estimation utility. The analysis has shown a high photovoltaic potential that could cover about 2/3 of current electricity consumption in the city. However, this potential exhibits large spatial and temporal variations caused by global and local factors. This study has also shown that national assessments of photovoltaic potential can be improved by extrapolation of local assessments using spatial databases of urban areas.