DEM和土地利用分辨率对SWAT水沙模拟效果的影响——以泾河流域为例

DEM和土地利用的数据精度影响水文模型的模拟效果。以泾河流域为对象,选取毛家河、杨家坪和张家山3个水文站作为控制站,分别利用9组不同分辨率的DEM和土地利用数据(分辨率范围均为30～3 000 m)构建了100个SWAT模型,探究输入数据精度对水沙模拟效果的影响,并采用TOPSIS理论方法对模型进行综合评价。研究表明：DEM分辨率会影响流域的边界和河网提取,且流域特征信息会随分辨率的降低而发生丢失;当DEM分辨率低于1 000 m时,需使用SWAT中的Burn in工具,才能完成流域边界与河网的准确提取;HRU的数量随DEM分辨率的下降而减少,而土地利用分辨率对HRU数量的影响不显著;当分辨率变化较大时,DEM对参数敏感性造成的影响要大于土地利用;在构建的毛家河、杨家坪和张家山3个站点的模型中,DEM和土地利用分辨率的最优组合分别为750和300 m、30和90 m以及150和3 000 m。该研究可为流域水沙模型构建与模拟精度提升提供方法与技术参考。     

山丘区小流域下垫面数据精度对HEC-HMS水文模拟的影响研究

山丘区小流域下垫面条件复杂多变,DEM分辨率及子流域划分水平对分布式水文模型模拟结果的影响有待深入研究。本文选取小流域应用广泛的HEC-HMS分布式水文模型,在河南省栾川流域设置四种DEM分辨率方案及四种子流域划分方案,分别提取不同方案下的流域水文特征参数进行对比,并分析两种类型的数据精度对纳什系数和峰值模拟的影响。研究结果表明,与大中流域相比,DEM分辨率和子流域划分对山丘区小流域空间参数和水文模拟结果的影响要更为显著。在实际山洪预警预报工作中,为保证模拟结果的稳定性和可靠性,应尽可能选择高精度下垫面数据精度。     

GIS在洪水淹没灾害评估中的应用

洪水淹没灾害评估是一个十分广泛的课题,其中洪水淹没范围及水深的确定是核心。介绍了基于GIS的洪水淹没范围计算原理及算法实现,并利用数字高程模型DEM,模拟夯川水库洪泛区域内的淹没水深,从而为快速评估洪灾损失与防洪决策服务提供科学的依据。     

地表及管网互馈联合的城市内涝模拟模型——以江苏省响水县中心城区为例

针对江苏省盐城市响水县中心城区短时强降雨导致的城区内涝问题,联合二维水动力学模型与SWMM模型,构建了地表及管网双向互馈的响水县城内涝模拟模型。使用该联合模型对区域内1,5,10 a一遇暴雨重现期下的内涝淹没范围、淹没水深、淹没历时进行模拟分析,并采用当地2012年"8·10"大暴雨导致的内涝过程来验证模型精度;综合考虑多项指标构建内涝风险评估体系,并绘制成内涝风险图辅助进行防灾预警。结果表明:5个易涝点实地调查水深与模拟水深差距范围在0.04～0.23 m之间,平均水深相对误差为19.3%,模拟所得值基本能够反映易涝点的淹没情况。该模型可初步应用于响水县城的内涝过程模拟,在防内涝设计、城市内涝预测及治理等方面具有一定的实用价值。     

山区小流域典型洪水淹没图制作——以江西省黎川县大源水为例

山区小流域是山洪易发区,由于山区人口、农田普遍沿河沟两岸分布,更易形成山洪灾害。绘制山区小流域典型洪水淹没图有助于决策者和群众明确不同地理位置洪水风险的大小和分布。利用GIS工具,以数字高程模型(DEM)和由洪水位数据生成的数字水面模型为基础,绘制了典型洪水淹没范围图和水深分布图。以江西省黎川县大源水为例,绘制了大源水1998年大水淹没范围图,该图可为该流域的土地利用规划、工程措施布局提供重要参考,为提高群众风险意识提供直观依据。     

基于MIKE-21水动力学模型山洪灾害评估研究

文中结合MIKE-21水动力学模型,对区域山洪灾害风险进行动态评估。结果表明:MIKE-21水动力学模型,可确定不同频率下各时段山洪灾害淹没范围。基于淹没范围,可定量评估不同淹没水深下洪水影响和损失的程度,实现区域山洪灾害的风险动态评估。     

基于GIS格网模型的洪水淹没分析方法

在遥感与GIS技术的基础上，应用数字高程模型(DEM)生成的格网模型进行洪水的淹没分析。在给定洪水水位和洪量两种条件下，对基于三角形格网模型和任意多边形格网模型，分别得出洪水淹没结果。并对洪水遥感监测获得的淹没范围，利用格网模型进行水深分布计算。结果表明，以GIS技术为支持，采用平面模拟方法进行洪水淹没范围和水深分布的模拟是可行的，使遥感监测与一般洪涝灾害损失评估模型比较好地结合，得出更准确的灾情损失评估结果。     

DEM分辨率对葫芦河流域径流模拟的影响

选取北洛河支流葫芦河张村驿水文站以上控制区域为研究区域,基于ASTER GDEM V2 30 m DEM数据与张村驿水文站1980—1990年实测流量数据,建立流域月尺度的SWAT水文模型,并评价了模型在该流域的适用性,分析了DEM分辨率对流域水文地形特征提取与径流模拟的影响。结果表明:建立的SWAT模型可以用于研究区域的径流模拟;DEM分辨率对坡度、面积、子流域划分影响较大,对高程提取影响较小;不同分辨率的DEM数据对径流的模拟结果不同,其中120~150 m分辨率模型模拟结果较优,DEM分辨率为150~1 000 m时,模拟结果可满足精度要求但存在一定偏差;各模型均存在低估流量值的现象。     

改进的二维洪水淹没分析模型在小流域山洪风险评估中的应用

文章引入干湿水深理论对传统二维洪水淹没分析模型进行改进,提高了模型计算精度和稳定性,并将改进的二维洪水淹没分析模型用于辽宁东部小流域山洪风险评估计算中。研究结果表明:相比于传统模型,改进的二维洪水淹没分析模型在计算精度上得到明显改善,计算断面水位和实测断面水位之间的误差绝对值减少0.44m,流量误差相对值减少7.43%,且计算的区域淹没分析结果更为合理。模型可实现小流域山洪可能最大淹没范围,并定量评估洪水可影响的人员数量和造成的经济损失,研究成果可为小流域山洪风险评估提供方法参考。     

基于MIKE耦合模型的西苕溪洪水演进及风险分析

为了评估浙江省安吉县西苕溪流域洪水风险,选取西苕溪干流长潭以下至长兴界之间河段作为研究区域。研究基于河道实测断面资料和2 m×2 m高精度DEM,构建了集MIKE 11、MIKE 21、MIKE FLOOD为一体的洪水淹没演进计算模型。利用水文学方法给定各个计算方案对应的模型边界条件,计算了不同量级洪水下的淹没水深、范围、历时等风险要素。经验证及合理性分析,该模型概化方法和参数选用合理,成果满足精度要求,从而能为研究区防洪减灾、风险管理提供技术支撑。     

基于栅格DEM 的沙兰河流域河网提取及局地暴雨洪水模拟

本文基于美国Global Land Cover Facility（GLCF）的全球90m精度的DEM数据源，采用作者开发的DEM凹陷区域识别与处理、河网自动生成与流域划分软件，提取了黑龙江省沙兰镇以上沙兰河流域河网相关信息。同时结合沙兰河暴雨洪水的相关报道，采用内含简化水文过程的二维水动力学模型，直接用假设的降水过程作为输入，估算了沙兰河流域局地暴雨的洪水过程与低洼地的洪水淹没过程。结果表明，从公开的高分辨率全球DEM数据自动提取指定流域信息，并利用降雨数据作为模型输入，采用上述模型，可以为山洪灾害防治分析提供有力的技术工具和手段。     

洪灾损失评估系统的研究开发及应用

我国是世界上洪涝灾害多发频发的国家之一,每次大的洪涝灾害都造成了巨大的经济损失。开展洪涝灾害损失评估对防洪减灾具有重要意义。本文在对洪灾损失评估方法进行研究的基础上,建立地物空间叠加分析和洪灾损失评估模型,在GIS平台上集成土地利用、社会经济和洪水淹没数据,开发完成独立的洪灾损失评估系统,实现了受淹对象分析和损失评估的通用功能,可实时地对洪水淹没范围内人口和资产的受淹及损失情况进行快速而精细的评估。并在杭嘉湖区(沪)开展了应用实例研究,与实测调查统计数据对比结果表明:利用本文模型和方法评估的洪灾损失与实际相符,开发的相关系统具有较好的推广应用价值,能够为防洪减灾决策提供技术支撑。     

基于MIKE FLOOD的洪泽湖周边滞洪区洪水演进模拟研究

基于实测断面资料建立了研究区的一维水动力模型,基于高精度DEM以及1∶10000地形图建立了研究区的二维水动力模型,并用MIKE FLOOD将一维模型和二维模型进行耦合,构建了洪泽湖周边滞洪区一、二维耦合的洪水演进数学模型。利用2003年历史洪水资料对模型参数进行了率定,并以2007年历史洪水资料进行了验证。以洪泽湖百年一遇设计洪水为模型上边界,二河闸、三河闸以及高良涧闸的现行调度方案的水位-流量关系为模型下边界,对洪泽湖百年一遇设计洪水方案进行模拟计算,当蒋坝水位达到14.33m时,洪泽湖周边滞洪区开始滞洪,得到开始滞洪后不同时段研究区内各类洪水风险要素的动态分布情况以及最大淹没水深、淹没历时,验证了模型的合理性,可用于蓄滞洪区洪水演算分析。     

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。     

突发性洪水对港口及其集疏运通道的影响

在全球气候变化的背景下,极端降水导致的港口及港口城市突发性洪水问题受到越来越多的关注。为了获得精确的高分辨率洪水淹没图,以英国港口城市利物浦为例,基于有限体积法的Godunov格式和HLLC近似黎曼解,利用计算机图形处理器并行计算求解二维浅水方程,模拟了极端降水情景下突发性洪水在港口城市复杂地形上形成的表面径流,研究港口区域及其集疏运道路的淹没情况。研究结果表明,突发性洪水对利物浦港口码头区域影响甚小,但对港口堆场、后方服务区、临港工业区以及集疏运道路有不同程度的影响。研究成果可以为港口及其集疏运规划提供理论支撑。     

基于一二维耦合技术的溃坝洪水模拟研究

以印度尼西亚巴丹托鲁水电站溃坝洪水模拟为例,对于地形条件复杂的河流,利用MIKE软件基于一二维耦合技术构建溃坝洪水计算模型,对拟定的溃坝工况进行数值模拟。建立的溃坝洪水一二维耦合模型适用于不规则计算域和地形,通过引入了新的动态耦合技术,避免了采用单一模型时遇到的计算效率、网格精度和准确性方面的问题。通过数值模拟得到了溃口流量过程和下游海滩地区洪水演进过程,并对下游敏感区域进行淹没影响分析。模拟成果为水电站工程设计、溃坝洪水风险分析和灾害损失评估提供了技术支撑。     

基于流域洪水危险分析的社工坑整治方案

为优化位于广州市白云新机场配套综合开发区范围内的社工坑整治方案,采用MIKEFLOOD耦合一维MIKE11和二维MIKE21水动力模型对铁山河流域进行洪水危险分析,模拟流域遭遇不同重现期洪水时的淹没状况。洪水危险分析结果表明,当遭遇20年一遇设计洪水时,社工坑流域淹没面积达4.03 km2,最大淹没水深达0. 93 m,淹没区域主要位于开发强度较大的中下游地区,而干流铁山河下游段尚有一定行洪能力;提出新建两条支涌将社工坑中下游洪水引入铁山河下游的整治方案。     

小流域暴雨山洪水文模型与水动力学方法计算比较分析

针对小流域暴雨山洪精细模拟问题,提出了小流域时空变源混合产流模型,以小流域为单元构建了暴雨山洪分布式模拟模型,开发了可视化时空变源分布式水文模型软件FFMS和水动力学计算软件FHMS。以宝盖寺小流域场次暴雨洪水计算为例,分别采用水文学和水动力学方法计算了小流域暴雨山洪过程,并分析了两种方法的计算精度、效率、实用性等。案例研究结果表明:(1)水文与水动力学方法均可实现小流域暴雨山洪的模拟,模拟结果与实测基本一致;(2)对于无资料小流域暴雨洪水计算,水文学建模速度快,计算效率更高,水动力学方法建模和计算效率更低;(3)在复杂地形条件下暴雨洪水形成机理、演进过程模拟方面,水动力学计算结果更加精细和准确;在山区中小流域洪水预报预警方面,水文学方法更加实用。     

太湖流域大尺度洪涝淹没仿真模型的建立及应用

利用DEM数据及GIS空间分析技术构建洪涝淹没分析模块,将圩区概化为"零维调蓄单元",实现圩区的精细化模拟,与细化后的太湖流域水文水动力学模型耦合,建立能够可靠模拟太湖流域洪涝淹没状态的数学模型.选择2016年流域性暴雨洪涝资料进行模拟验证,与代表站实测水位及实际洪涝灾情分布对比表明,构建的洪涝淹没仿真模型可靠有效.针...     

内涝和外洪遭遇情景下洪水风险要素解耦模拟

特定洪源作用下的洪水风险要素是编制洪水风险图、开展洪水风险管理的基础。在内涝、外洪等多洪源遭遇情景下,因多洪源耦合作用于洪水风险要素,解耦特定洪源作用下的洪水风险要素是洪水风险分析的难点。基于示踪剂法原理,提出内涝和外洪遭遇情景下洪水风险要素解耦方法。该方法是将特定洪源表示为含有标志示踪剂的源汇项,利用溶质运移模型模拟得到标志示踪剂浓度时空变化过程,通过标志示踪剂分布范围解析特定洪源前锋到达时间,将标志示踪剂浓度比例与淹没水深数量积视为特定洪源作用下淹没水深。解耦方法经过理论公式推导,并通过案例实证进行了验证。以淮河干流 1991 年洪水蒙洼蓄洪区典型进洪过程为例,对蓄洪区启用后区内淹没水深、前锋到达时间等洪水风险要素进行解耦,并绘制了进洪洪水前锋到达时间,以及内涝、进洪洪水作用下淹没水深空间分布图。区内蓄洪量解耦为进洪量和暴雨内涝积水量,第 1 次进洪结束时,进洪量占蓄洪量的 85.47%;第 2 次进洪结束时,第 1 次进洪洪水、第 2 次进洪洪水及内涝水量分别占蓄洪量的 26.80%,64.15%,9.05%。在内涝和外洪遭遇情景下,运用该方法能够快速准确提取进洪洪水的前锋到达时间,且能解耦受内涝、进洪洪水等洪源作用下的淹没水深。