大型水利水电工程施工水力控制及灾害预测关键技术

针对我国西部山区大型梯级水利水电工程施工面临复杂环境下的导截流标准及风险控制、陡坡隧洞导流安全水力控制、深厚覆盖层河床安全经济截流水力控制、导截流过程灾害预测控制等新问题,经过长达28 a的系统研究,解决了大型梯级水利水电工程施工导截流水力控制和灾害减免的相关技术难题。包括:①构建了多梯级同建条件下施工导流系统风险评估模型和基于水文实时监测预报的截流标准决策模型,提出了满足安全性、经济性要求的标准优选方法,修订了施工导流设计规范;②揭示了陡坡隧洞易发生明满交替流等不良水力特性的成因及机制,提出了进口隔流浮堤消涡、锐缘进口减免明满交替流、出口压坡增压等复合式水力控制技术,保障了隧洞运行安全,提出的钢筋笼柔性毯和过水围堰分级整流防护新技术,解决了大流量、深厚覆盖层条件下度汛安全难题;③提出了考虑水深、流速分布、河床糙度、绕流系数影响的天然截流块体稳定实用计算公式以及六面体钢筋石笼人工截流块体稳定计算公式,计算精度更接近实际;④发明了内附透水反滤土工膜的四面体钢筋笼和圆柱线体新型截流材料;⑤提出了“水下宽戗堤” 新技术,减轻了截流难度;⑥首次提出了高陡岸坡滑坡涌浪过程中第二次涌浪为首浪的论点,建立了首浪高度实用计算公式、涌浪产生与传播预测模型;⑦提出了土石围堰溃决过程与洪水演进高分辨率模拟技术。这些关键技术对于推动相关学科发展、加快水利水电行业科技进步起到了巨大作用。     

气象因素作用下于桥水库悬浮物对总磷的影响

为揭示天津市水源地于桥水库气候变化对水质的潜在影响,采用广义可加模型(generalized additive model,GAM)对2000—2011年的气象数据及水质数据进行非参数回归分析,研究降雨量、最大风速和太阳辐射与悬浮物(SS)、总磷(TP)之间的相关关系。结果表明,3种气象要素均对SS浓度具有一定影响,最大风速与SS在春季表现出显著的正相关关系,太阳辐射与SS在全年样本中同样表现为良好的正相关;由于SS的吸附性及再悬浮作用,TP与SS间也表现出显著的正相关关系。     

基于云模型的自然灾害灾情等级评估

针对目前灾情评估指标不够全面系统,未综合反映社会、经济、环境等各方面影响,且评价方法中权重和等级评估标准的确定主观性强的问题,从灾情属性、社会影响、经济影响和自然环境影响4方面归纳整理出一套较为全面的灾害灾情评估指标体系,提出基于云模型的权重确定方法和基于云模型的灾害灾情等级评估模型,并将其应用于6次典型暴雨洪涝灾害灾情评估。结果表明:基于云模型的权重确定方法能客观地综合所有专家的评价信息,基于云模型的灾害灾情等级评估模型能有依据地得出灾情等级评估标准并客观合理地确定等级。     

城镇化背景下我国城市洪涝灾害演变特征

基于1990—2015年全国洪涝灾情数据,采用数理统计、GIS技术、灰色关联分析等方法,研究快速城镇化背景下我国城市洪涝灾害的时空分布演变特征,以及洪涝灾害指标与城镇化率之间的相关关系。研究结果表明:我国城市洪涝灾害呈南重北轻、中东部重西部轻的空间分布格局,洪灾频繁的城市主要位于长江中下游城市群、成渝城市群、珠三角城市群,分布在长江流域、珠江流域;随着我国城镇化进程的不断加快,各城市洪涝灾害总次数先减小后又逐步增加,洪灾频繁的城市由北向南转移;我国城市洪涝死亡人口和受灾人口年际变化较大,存在一定突发性,但总体上均表现出下降的趋势,直接经济损失随时间呈现增加的趋势,城市洪涝死亡人口、受灾人口和直接经济损失与城镇化率之间均呈较强关联。     

防洪减灾研究进展

中国水利水电科学研究院的防洪减灾系统化研究始于1990年代。30年来,在跟踪国际相关科技发展前沿的同时,结合中国实际和防洪减灾工作需求,建立了洪水风险管理理论体系,为中国防洪减灾策略的战略调整提供了理论支撑,并持续开展了洪水分析、洪水预报、洪水调度、洪水损失评估、工程安全分析、情景分析、信息分析及表达、防洪决策支持等理论和方法研究,开发了相应的技术、模型和产品,不断推动其实际应用,引领了中国防洪减灾领域科技的进步,为中国防洪减灾事业的发展提供支撑与保障。     

基于可变模糊理论的气象干旱风险评价模型

针对气象干旱问题,本文基于可变模糊理论,构建干旱识别体系;引入前期降水影响系数,修正干旱过程;采用游程理论分析不同程度下的干旱发生概率,并利用各程度下的平均干旱强度量化干旱损失,建立气象干旱风险评价模型。以淮河流域为例,进行气象干旱风险评价。结果表明:在干旱历时小于3个月时,淮河流域西南部和东北部的气象干旱风险较高,在干旱历时大于3个月时,"王蚌区间北岸"的北部地区和"湖西区"的西北部地区,风险最高。     

清朝时期渭南地区洪涝灾害特征研究

研究历史时期洪涝灾害变化规律能为该地区开展防涝减灾工作提供指导意义。搜集洪涝灾害史料,利用滑动平均、小波分析、最小二乘等方法,对清朝时期渭南地区洪涝灾害特征及其气候变化响应进行研究。研究表明:清朝时期渭南地区共发生87次洪涝灾害,平均每3 a发生1次,其中轻度涝灾、中度涝灾、重度涝灾、特大涝灾分别发生了35、28、18、6次;洪涝灾害季节差异显著,单季洪涝灾害中以夏、秋季居多,两季洪涝灾害中以夏秋季连涝为主;洪涝灾害依据其不同时期发生的频次可划分5个阶段,第3阶段(1732-1821年)和第5阶段(1882-1911年)为频发期,第1阶段(1644-1681年)为次频发期,第2阶段(1682-1731年)和第4阶段(1822-1881年)为少发期。洪涝灾害存在11、30 a显著变化周期;清朝时期渭南地区洪涝灾害是对气候变化的响应,洪涝灾害少发期,气候干燥,降水较少,洪涝灾害频发期,气候暖湿,降水增多。对洪涝灾害进行六次多项式拟合,拟合发现不同时期洪涝灾害分布不均,整体呈波动变化。     

寒区湿地实际蒸散发动态特征及影响因素研究

为了解寒区湿地实际蒸散发(ETa)过程,有效利用水资源,基于哈尔滨金河湾湿地2015年8月-2016年7月涡度相关系统通量观测数据,分析了不同时间尺度下ETa变化规律及影响因素。研究期间年ETa为660mm,日最高值达8.1mm/d,夏季(3.4mm/d)最高,春季(2.3mm/d)、秋季(1.4mm/d)次之,冬季(0.1mm/d)偏低且变化平稳。5月生长期作物系数(Kc)由0.95增加到1.18左右,6月-8月中旬稳定期Kc在1.05~1.18之间,8月下旬-9月枯萎期Kc由1.05减小到0.85左右。影响ETa的主要气象因素为净辐射和饱和水汽压差。不同时间尺度下ETa与气象因子相关性略有不同:净辐射和水汽压差与ETa的相关性在两个尺度上均很显著,但30min尺度净辐射与ETa的相关性更高。温度与ETa的相关性在两个尺度上基本一致,高温促进ETa蒸散发而低温抑制ETa蒸散发。日尺度上空气湿度与ETa在秋、冬季相关性明显,30min尺度上春、冬季相关性明显。风速与ETa仅在30min尺度上夏、秋季有一定的相关性。     

多受灾点应急救援车辆调度的优化遗传算法

在多个地区发生灾害后,迫切需要及时救援和物资的快速运输,从仓库调拨物资到受灾点,交通网络规模较大,运输货物类型多样,并且要满足各个受灾点的资源需求、实时路况、运抵时限要求等多个目标约束条件,车辆调度具有较大难度.为解决多重约束带来的困难,根据遗传算法的生物进化理论和群体遗传学机制,建立了车辆应急运输的多目标优化问题模型,设计合适的序列编码方式表示车辆行进路线及运输货物类型;建立了新的优化遗传算法,从编码方式的设计、适应度函数、选择、交叉和变异操作机制的设计三个方面做了创新改进,主动保持优良基因,根据阶段进展调节交叉和变异概率,有效提高好的新模式的产生几率,较好地克服了已有方法的早熟局部收敛所导致的结果偏差较大的不足.多个仿真实验结果表明,优化遗传算法比已有算法在满足送达时限以及送达时间的总长度等方面均有较大提高,对于复杂的调度任务,在保证运抵时限的前提下,可占用更少的车辆,花费更少的行进时间完成物资运输,从而满足多受灾点对物资的实时性需求.     

网络环境下气象数据自动查询系统设计

针对传统的气象数据查询方法存在查询过程复杂、准确率低等问题,提出一种网络环境下气象数据自动查询系统设计方法;首先设置在网络环境下,设计气象数据查询系统的硬件部分和软件部分,其中,系统的硬件由上位机和下位机组成;软件设计包括气象数据查询系统气压查询软件设计、湿度数据查询系统气压查询软件设计、气象数据查询系统气压查询软件设计和气象数据查询系统风向风速查询软件设计,在此基础之上,最终实现气象数据的自动查询;仿真实验结果证明,所提方法可以方便、快捷、准确地查询气象数据信息。