基于时空动态耦合的漫滩、溃堤与防洪保护区洪水联算二维模型

河道洪水的漫滩、溃堤及其在防洪保护区的耦合计算一直是数学模拟模型中的重点和难点。基于Navier-Stokes二维浅水方程,通过河道水位比较确定任意时刻水流流向、流量及动量的交换,并根据溃口展宽变化确定耦合节点和接口宽度,进行河道与防洪保护区的无缝连接,从而实现了漫滩、溃堤与防洪保护区洪水的时空动态耦合计算。基于DEM、遥感影像和实测断面的地形数据资料,提出了河道数字地形获取改进技术,同时利用热启动技术解决了溃口形状变动问题。通过实例研究表明,该模型可实现二维宽浅河道漫滩、溃堤和防洪保护区及其任意组合的洪水仿真。计算结果合理、可靠,供相关部门参考。     

黄河下游堤防保护范围的研究

历史上,黄河山东段曾多次泛滥,为了解定黄河下游堤防的保护范围及保护范围内的洪水风险,本文利用二维不规则网格非恒定流洪水仿真模型,研究了黄河下游山东段堤防的保护范围,该研究对于黄河下游堤防建设及两岸地区的防洪灾害具有重要的指导意义。     

河南省黄河中下游地区洪灾损失评估与预测

以河南省黄河中下游地区为研究区,利用GIS技术和社会经济数据的空间展布方法,构建洪灾损失快速评估模型,基于该模型不仅进行了1996年型洪水直接经济损失的评估,而且对2015年发生1996年型洪水进行洪灾损失预测和灾情等级区划。结果表明:①以1996年型洪水为例,运用此模型进行的评估结果与实际灾情接近,评估精度较高。②通过预测2015年发生1996年型洪水的损失结果来看,直接经济损失将是1996年的4倍。1996年评估和2015年预测的损失类型主要都以农业、农村房屋和家庭财产为主。③通过计算基数对灾情进行了等级区划,从洪灾损失对国民经济的影响来看,济源、偃师、巩义、荥阳、郑州、中牟、开封、兰考为轻灾区;武陟、封丘、濮阳、范县为中灾区;孟津、孟州、温县、长垣为重灾区;原阳和台前为特重灾区。从整体上看,黄河滩区内北岸地区比南岸地区灾情严重。     

二维溃坝洪水波传播的高精度数值模拟

建立了二维浅水方程的高分辨率数学模型。求解浅水方程时,将方程做空间差分算子分裂,并沿各空间方向采用有限体积法积分方程,应用二阶上风TVD格式确定有限体积交界面处的物理量通量。应用该模型对矩型明渠坝体瞬间全溃的洪水波进行了计算,并将计算值与理论解进行了比较;最后用该模型对大坝瞬间局部溃倒所致的洪水演进过程进行了数值模拟,对模拟结果进行了定性分析,并与其它算法进行了比较,表明该模型对模拟溃坝洪水波是有效的。     

黄河上游“十大孔兑”高含沙洪水灾害过程与输沙特性

黄河上游"十大孔兑"沙漠流域的高含沙洪水,是该区域季节交替的风水复合侵蚀作用的结果。以"十大孔兑"流域的典型支沟苏达拉尔沟为依托,基于野外原型观测,系统深入地分析了沙漠粗沙高含沙洪水(泥流)输沙特性与致灾过程。研究结果表明:该区域的高含沙洪水,由暴雨诱发,沿程叠加风力、水力、重力等侵蚀作用产沙,最终演变为高含沙洪水(泥流)灾害。降雨强度大于0. 27 mm/min且持续35～60 min以上的暴雨,大多可诱发高含沙洪水,含沙量可高达1 400 kg/m3以上。研究结果为开展"十大孔兑"沙漠流域风水复合侵蚀模型研究打下了坚实的理论基础;为干旱半干旱区沙漠流域水土流失防控与灾害治理提供了工程参考意见;对从流域侵蚀产沙角度出发,探究黄河河道水沙变化,维护黄河健康而言,亦具有重要的参考价值。     

基于二维Gumbel分布的长距离输水系统水文风险评估

在现行的水文风险组合计算中,往往需要对非正态分布的水文变量进行正态化处理,这必然引起畸变,从而影响分析计算结果的准确性。针对这一问题,在以往的研究基础上,根据Ditlevsen界限,进一步建立了基于二维Gumbel分布的长距离输水系统的综合水文风险评估模型,从而巧妙地解决了串联系统风险计算中如何建立n维联合概率分布函数的难题。并以南水北调中线工程河北省段的21条主要河流为例,分析了采用Gumbel联合分布来研究降雨量或洪水的联合分布特征的可行性,进行了实际水文概率的组合计算,结果表明南水北调中线工程河北省北段的综合防洪风险是3．1％,其防洪安全是有保证的。     

黄河北干流与渭河相遇洪水分析

黄河北干流与渭河位于黄土高原，暴雨是洪水的重要成因．本文分析了近２０００年的历史资料，提出该地区的洪水具有周期性，１９世纪洪水达到高峰，２０世纪洪水规模有所降低，并分析了黄河北干流与渭河及其支流径、洛河洪水相遇问题：四河相遇的概率很小，多形成特大洪水，两河相遇是较常发生的事件，多形成中等以下洪水。三门峡水库的淤积使该地区洪水灾害加剧．同时还分析了该地区洪水对黄河下游洪水的影响。     

分蓄洪区洪水演进数值模型

本文介绍的二维非恒定流数值模型，采用无结构不规则网格，充分考虑了分蓄洪区内影响洪水演进的各种主要因素。通过１９５４年荆江分洪区实不则分洪过程的模拟验证，表明模型不仅计算精度显著提高，计算速度也大为加快，达到了为分洪调度指挥服务的要求，具有较强的实用性。     

多变量洪水频率的计算

将Gunbel-logistic模型和Gumbel-mixed模型进行了对比,并解析了不同组合情形下的洪水频率结果。研究表明:当输入的二元变量的相关性不大于2/3时,两模型计算出的重现期值差异不大,当输入的二元变量的相关性大于2/3时,两模型计算出的重现期值存在较大的差异,这是由于此时Gumbel-mixed模型已经失效的缘故,因此Gunbel-logistic模型的应用范围较Gunbel-mixed模型更宽。就Gunbel-logistic模型而言,对不同洪水特征量的组合情形得到的重现期差异较大,所得重现期差异幅度达800年。可见,二元变量的洪水频率计算,模型的选择和洪水特征量组合情形的选取是决定洪水频率结果的主要影响因素。     

汶川地震灾区小流域洪水计算方法初探

汶川地震灾区小流域山洪不仅造成巨大损失,同时也是泥石流等灾害的激发因素,探寻一种准确且可操作的洪水峰值流量计算方法对防灾减灾具有重要意义。本文选择不同产流和汇流计算方法,组合成不同水文模型,进行小流域洪水过程计算,对模拟结果和参数选择进行对比,旨在探究最适合该地区的小流域水文计算方法。分别选择SCS曲线法、Green-Ampt入渗法、初损稳渗法进行坡面产流计算,应用SCS单位线法、Snyder单位线法和运动波方程进行坡面和沟道汇流计算,组合成5种小流域产汇流计算模型,利用6场洪水进行参数率定和结果验证。模拟结果对比分析,得出SCS曲线法是最适宜的产流模型,其与SCS单位线、运动波汇流计算方法组合而成的SCS和SKK模型,峰现时间的模拟误差最小,在0~25 min之间;洪峰流量模拟的相对误差较小,平均误差不超过4%;洪水总量模拟误差在10%左右。另外,这两种模型参数设置及确定较简单,更适合在数据稀缺的小流域中进行洪水模拟应用。研究可为汶川地震灾区小流域山洪和泥石流等灾害的流量估算提供方法和参数借鉴。     

长江中游水沙灾害形成机理研究

对长江中游泥沙输移规律进行了综合分析,建立了螺山至汉口河段和洞庭湖区泥沙淤积比霽与三口分沙比λS之间的定量关系.通过分析得知.洞庭湖区和螺山至汉口河段各时期多年平均泥沙淤积总量基本保持在180×106t,分沙比的减小调整了上述河段与洞庭湖区之间的淤积关系,使洞庭湖区减少淤积的泥沙转移到上述河段淤积.在此基础上对长江中游泥沙淤积与该区域水位抬高进行了计算分析.文章指出,长江中游防洪的核心是如何正确处理宜昌每年多来的180×106t泥沙淤积问题.     

泥沙灾害链及其在灾害过程规律研究中的应用

泥沙灾害是地球表层的主要灾害之一.泥沙灾害具有链锁式反应机制,在一定条件下构成泥沙灾害链.阐述了泥沙灾害链的概念、特点及类型,并以黄河与长江流域的泥沙灾害为例,对其链式特征进行了深入分析.研究表明,泥沙灾害链是泥沙灾害过程的主要表现形式之一,反映了泥沙灾害中隐含的渐发特征和强次生灾害特征,泥沙灾害链是研究泥沙灾害过程规律和特征的重要基础.     

甬江建闸的环境影响分析

甬江建闸能够阻咸蓄淡,带来一定的社会经济效益;但也会出现泥沙淤积、水体富营养化、水生生物减少等一系列问题,尤其是泥沙淤积,将对防洪排涝、出海航运和现有港口等产生严重的负面影响.就防洪排涝而言,如果建设甬江大闸,那么泥沙淤积后的镇海口将难以通过20年一遇和50年一遇的洪峰流量.综合考虑岸线前进、地面沉降和海面上升的结果,提出甬江大闸还是不建为宜.     

黄土高原丘陵沟壑区坡面-沟道系统中的高含沙水流(Ⅰ)--地貌因素与重力侵蚀的影响

以黄河中游多沙粗沙区子洲径流站和离石王家沟试验站的径流场观测资料为基础,对黄土高原丘陵沟壑区坡沟系统中高含沙水流特征与地貌因素及重力侵蚀的关系进行了研究.研究结果表明,黄土坡面的地貌垂直结构和由此所决定的侵蚀作用垂直分异,对坡面高含沙水流的形成有很大的影响,高含沙水流形成于峁坡下部和沟坡,并在各级沟道中进一步发展.坡度对高含沙水流的形成有较大影响,如果侵蚀过程以溅蚀、面蚀、细沟侵蚀为主,不发生切沟及显著的重力侵蚀,则存在着一个坡度临界值,大于此值后,含沙量反而减小.重力侵蚀对坡沟系统高含沙水流的形成起着十分重要的作用,由于强烈的重力侵蚀的参与,高含沙水流的沙峰滞后于洪峰,落水阶段的含沙量常常大于同流量下涨水阶段的含沙量.     

区域洪水灾害风险评估体系(Ⅱ)——模型与应用

准确了解区域洪水灾害风险分布状况及规律,对于洪水灾害预警与管理具有重要意义。首先分析了模糊综合评估法的原理,以GIS空间技术为手段,建立了基于GIS的洪水灾害风险评估模型。然后以马来西亚洪水灾害风险评估应用为例,剖析了洪水灾害风险模糊评估的方法及过程,利用该模型计算出洪水灾害风险并制作了洪水灾害风险等级图和风险指数图。结果表明,该模型对于评价洪水灾害风险是行之有效的。     

基于洪水演进数值模拟的溃坝危害性快速评估

采用部分溃坝模型与堰流相交算法计算溃坝最大流量,并基于四次抛物线概化方法得到溃坝洪水的流量过程线;利用洪峰展平法将洪水波概化为三角形,对洪水演进过程进行模拟,分析溃口宽度和溃口形态对洪水演进过程的影响;研究考虑不同溃坝条件下对溃坝洪水的到时、最大流量、水深和洪水历时等洪水演进的主要参数的快速估算方法,以实现对地震可能引发不同溃坝事件危害性的快速评估。     

基于GIS的上海浦东暴雨内涝灾害脆弱性研究

随着全球气候变化和城市化进程的加速发展,城市暴雨洪涝灾害的频度和强度不断加强。灾害脆弱性研究是当前灾害研究的热点,基于灾损率的脆弱性分析方法是当前灾害脆弱性研究的重要课题点与前沿。采用G IS和遥感技术,依据20年、50年、100年、200年、500年、1000年一遇的6个重现期情景,对上海浦东新区开展了基于灾损曲线的脆弱性研究。研究中修正了上海地区的径流模型,基于G IS栅格编制了不同重现期的淹没深度图,实地调查了研究区暴雨内涝灾害的灾损率数据,确定了研究区的脆弱性等级划分,并利用G IS编制了基于不同重现期情景的上海浦东脆弱性图。研究中提出的方法对于沿海城市开展暴雨内涝等自然灾害脆弱性研究具有借鉴意义,研究结果可供区域灾害风险评估和防灾减灾规划参考。     

某水利枢纽工程泄洪排砂洞进口边坡稳定性监测分析

边坡的失稳破坏,都有一个从渐变到突变的发展过程,在破坏前会显示出一些即将破坏的征兆。通过安装精密的仪器对坡体的变形进行监测,则可能捕捉到破坏前坡体稳定性的异常信息,可以及时发现问题和采取措施进行处理。坡体的位移是观测的最主要、最直观的物理量;用应力观测检验坡体的支护效果,与变形监测对照分析还可验证监测成果的可靠性。某水利枢纽工程通过埋设3支多点位移计和2支锚索测力计,对裂隙发育、坡面破碎的泄洪排砂洞边坡施工过程中的变形进行了监测分析,监测成果表明泄洪排砂洞进口边坡目前是稳定的。     

长江荆江分流河的河型及其洪灾防治探讨

从长江荆江分流河的河道平面形态及其近百年来的演变特征、河道比降、河道沉积特征、地质背景和地貌特征等方面进行了论述,认为这些河道是一个统一的网状河流体系。对各主要河道的输水输沙特征及其演变趋势和洪水灾害特征进行了讨论,结合网状河流系的基本特征,提出了洪灾防治的主要措施。     

洪灾风险评价等级模型探讨

采用特尔菲法,选择4个一级因子和14个二级因子,建立洪灾风险评价等级指标体系。利用层次分析法,根据对同一层元素相对重要性比较,决定各指标权重。应用模糊综合评判方法,将福建省67个县(市)分为高风险区、次高风险区、中度风险区、低风险区4个等级。评价结果可为防灾减灾提供科学依据。