黄河下游1996年异常洪水水沙数值模拟

以二维非恒定流和不平衡输沙理论为基础,建立了黄河下游高村至孙口河二维水沙运动数值模型,对１９９６年异常洪水的滩槽水流运动、泥沙冲淤进行了分析计算．计算结果充分反映了模型对黄河来水来沙变幅大的适应能力,以及对滩槽水沙交换、滩区生产堤对洪水演进影响的合理模拟．     

Pai洲湾‘98决堤情况典型调查

１９９８年８月１日,湖北省嘉鱼县Ｐａｉ洲湾堤失事溃决,造成生大损失。调查表明,受大堤保护的Ｐａｉ洲湾居民防洪意识淡薄,多认为大堤不会失事。溃堤后,区内居民,尤其是溃口附近的一些居民采取的避洪行为不当,致命人员伤亡严重。这些问题在其他受防洪工程的地区同样存在。加强洪水知识和宣传,提高洪水风险区居民的防洪意识,是减轻洪水灾害的主要工作之一。     

灌区河道串联闸群防洪优化调度

针对河道串联闸群防洪优化调度的特点,详细推导了河道串联闸群防洪调度的洪水演算公式,明确了关键计算环节,建立了串联闸群防洪优化调度模型,应用水力学圣维南四点隐式差分法和遗传算法相结合对模型进行求解。采用VB6.0开发了人机交互的闸群防洪调度系统。通过实例计算,验证了河道串联闸群防洪优化调度方案的合理性,可为河道串联闸群防洪调度提供参考。     

考虑上游洪水因素下土石坝溃决流量研究

当土石坝坝体上游遭遇超标准洪水时,坝体往往会发生漫顶溃决灾害。为了预测溃口溃决流量,采用逐渐溃决方式和水量平衡原理的方法,对宁夏市旗眼山水库进行模拟。计算结果表明:当溃口扩展到第84 min时,溃口流量达到最大值,为3 284. 75 m3/s,对应的坝前水位1 189. 76 m,总的下泄流量亦达到最大值,为3 404. 75 m3/s;计算得出的土石坝溃口处流量值处于二分之一溃坝和全溃理论计算值之间,较符合土石坝的溃决情况,可以为水库下游防洪预警方案的制定提供参考。适当的增加溢洪道和泄洪洞的泄流能力,可以有效地消减溃坝洪水的峰值流量,并且减少洪峰流量对下游城市的淹没风险。     

土石坝管涌溃坝过程数学模型及应用

通过国内外土石坝管涌溃坝模型试验发现,管涌通道断面在溃坝过程中呈现城门洞形,并不断发展扩大直至坝顶发生坍塌。而目前常用的管涌溃坝过程数学模型大多假设管涌通道为圆形或矩形,与实际情况不符。基于土石坝管涌破坏机理,提出一个土石坝管涌溃坝过程数学模型,模型假设初始管涌通道断面为底部正方形顶部半圆形的城门洞形,采用基于水流剪应力的冲蚀公式模拟冲蚀过程管涌通道两侧边向外的发展,采用普罗托季亚科诺夫压力拱理论模拟管涌通道顶拱的发展;通过比较管涌通道上部坝体的重力与管涌通道两侧土体的抗剪强度判断管涌通道的垮塌,分别选择孔流和堰流公式模拟管涌通道坍塌前后的溃口流量;当管涌通道坍塌后,假设坍塌的土体立刻被溃坝水流带走,随后发生漫顶破坏,使用极限平衡法模拟漫顶溃坝过程中的溃口边坡稳定性。模型采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟溃口的水土耦合过程,选择国内外25个具有实测资料的土石坝管涌溃坝案例对模型进行验证,比对峰值流量、溃口最终宽度及溃坝历时等参数发现,模型计算结果与实测值的相对误差可满足工程需求,验证了模型的合理性。     

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。     

堵江滑坡坝的溃坝方式模拟与环境效应分析

大型堵江滑坡坝的溃坝方式决定了溃坝洪水的流量、演变及其对下游生态、地质的影响。实地调查岷江上游分布的大量古堵江滑坡土石坝后,重点对扣山古堵江滑坡坝形成的地质环境和坝体的几何特征、溃口形态进行了野外勘察,并用坝体土石样品进行了室内大型土工试验。考虑湖水、坝体渗流和岩土体的耦合作用,采用基于有限单元法的数值模拟软件,进行了古堵江滑坡坝的稳定性分析,模拟结果显示,该天然堵江滑坡坝的溃决方式为漫坝瞬时全溃,溃坝洪水将对沿岸及下游地区的生态环境产生巨大的影响。     

长江荆江分蓄洪区历史演变、前景和风险管理

依据社会经济统计数据、水文资料、遥感影像信息和实地调查资料，分析了荆江分蓄洪区在历史演变过程中形成的分洪与发展的矛盾及其在未来长江流域防洪体系中的重要作用，指出其风险管理的必要性。运用基于GIS栅格数据的二维水动力洪水动态演进模型，对荆江分蓄洪区1954年的分洪过程进行了模拟和验证，模拟了不同分洪规划方案下的洪水淹没范围，水深和水位，并结合现阶段社会经济发展情况，定量估算了农户和农业的分洪可能损失。在分洪损失评估基础上提出了荆江分蓄洪区引导人口合理发展、促进土地有效利用、开展防洪教育、实施洪水保险和确保安全运用预案等减轻洪水损失提高运用机率的洪水风险管理初步方案。     

深圳市洪涝灾害的数值模拟与分析

深圳市自建特区以来,沿河沿海低地迅速城市化,流域内大规模的开发活动加剧了水土流失,河道淤塞严重,行洪能力降低,新增市区防洪排涝设施不足,使深圳市洪涝灾害更趋频繁,经济损失急剧增长,为配合深圳市制定新的防洪(潮)规划,本研究开发了城市洪水演进一、二维不恒定流混合模型,分现状与规划措施实施后两种情况对各典型年暴雨、高潮的组合在深圳市可能造成的洪涝灾害进行了模拟和分析,其结果为深圳市合理评价防洪(潮)规划提供了依据。     

北江大堤洪水风险图信息管理系统中仿真模型的开发研究

“北江大堤洪水风险信息管理系统”中洪水仿真模型的研究, 是根据北江大堤可能出现的溃堤风险,模拟了北江大堤溃决后保护区内洪水的演进过程,模型的计算结果提供的淹没水深、淹没范围、淹没历时以及流速等洪水风险信息, 为北江大堤洪水风险图的绘制提供了依据     

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。     

洪险度及其灾害学意义

根据洪水灾害成因，提出洪水危险度概念及其计算方法，论述洪水危险度在洪水灾害分析、研究和防洪减灾中的意义和作用。     

VR-GIS技术在小城镇洪水淹没模拟分析中的应用

近年来利用计算机和信息技术研究洪水灾害是个研究热点,但小城镇在防洪减灾方面缺少应有的关注和重视。本文对VR(虚拟现实技术)-GIS技术在小城镇洪水淹没模拟分析中的应用进行了研究,解决了系统实现过程中的一系列关键技术:小城镇空间数据库的建库技术及三维可视化、洪水淹没范围的确定,以及洪水淹没实时动态演示等问题。该技术已在国家十五科技攻关项目所开发的《小城镇基础设施防灾减灾决策支持系统》中得以实现。实践证明:小城镇空间数据库的建库技术速度快、成本低,适合中国小城镇的信息化现状。利用淹没范围的近似计算模型,可以有效迅速准确地计算出洪水淹没范围,有利于防洪减灾的迅速决策,且偏于安全。小城镇洪水灾害的三维可视化模拟,可以实时动态地演示小城镇遭受洪灾实况的全过程。     

基于模糊聚类因子分析的区域洪灾风险评价

在从洪灾风险形成机理出发建立区域洪灾风险评价指标体系的基础上,综合模糊C-均值聚类、因子分析和聚类有效性函数,建立基于模糊聚类因子分析的区域洪灾风险评价方法,并将其应用于怀洪南片防洪保护区15个乡镇的洪灾风险评价中。结果表明,怀洪南片防洪保护区的洪灾风险与社会经济因子、土地覆盖物因子和洪水因子等3个主要因子关系密切,被评价的15个乡镇中,小蚌埠镇为特高风险区,怀远县城关镇为高风险区,吴小街镇为较高风险区,新集镇、头铺镇、大新镇、曹顾张乡、梅桥镇、曹老集镇和沫河口镇为中等风险,临北回族乡为较低风险区,新马桥镇、王庄镇、浍南镇和魏庄镇为低风险区。研究结果揭示了影响怀洪南片防洪保护区洪灾风险的主要因子及防洪保护区洪灾风险的空间分布,可为区域防洪减灾活动提供指导。     

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。     

土石坝渗透破坏过程的一种分析方法

提出了一种描述土石坝渗透破坏溃决全过程的数值模型及数值计算方法,并利用甘肃小海子水库渗透破坏溃坝事件的调查资料对其合理性进行了验证;运用该模型,比较分析了初始渗透通道高程对土石坝渗透破坏溃坝过程的影响。结果发现,初始渗透通道高程对溃口发展过程、溃口洪水流量过程和最大下泄水量具有重要影响,初始渗透通道高程越低,因通道上部坝体发生坍塌而导致的管道流转变成堰流的时间越迟,溃口底部经受的冲蚀也更强烈,最终溃口宽度也更大;初始渗透通道高程越低,溃口峰值流量越小,溃口流量过程曲线更为扁胖,下泄水量也最大。     

基于秩相关随机变量模拟的水库防洪风险估计

采用基于Spearman秩相关随机变量模拟方法,将拉丁抽样法产生的独立洪峰洪量序列转换成满足特定相关结构的洪峰洪量序列,利用模拟的洪峰和时段洪量放大修匀典型过程线生成入库洪水过程,实现了入库洪水过程随机模拟。采用Monte Carlo法估计防洪风险,构建了水库防洪风险估计模型。潘家口水库汛限水位调整防洪风险估计应用结果表明:主汛期汛限水位上限值控制在218.00 m,所建立的入库洪水过程模拟方法简便有效,非常适合于复杂洪水过程模拟,构建的防洪风险分析模型计算结果客观合理,在洪水资源安全利用系统风险分析中具有推广应用价值。     

洪涝过程模拟及三维实景展示方法研究

针对变化环境下洪涝灾害频发以及洪涝模拟结果二维展示的自身局限性等问题,将高分辨率数值模型与三维可视化技术耦合,以陕西沣西新城、英国莫帕斯镇洪涝灾害过程为例,采用基于GPU加速技术的高分辨数值模型对城镇及江河洪涝灾害过程进行数值模拟,以较为准确获取洪灾淹没时间、淹没面积等信息;后处理展示方面实现数值模型与Unity 3D平台耦合,对洪涝过程模拟结果进行三维可视化展示,实现场景漫游等功能;应用快门式3D技术进行三维浏览,初步实现基于3D立体成像的洪水模拟展示。结果表明,计算结果与实测数据吻合度较高,积水面积平均相对误差分别为6.235%,1.505%,并真正实现了三维环境下的水灾害过程信息交互展示。可作为一种有效的协同平台来增强相关人员之间的沟通与协作,为决策人员提供准确有效的科学依据,在水利领域具有较好应用前景。     

确定性系数与地理探测器模型耦合的泥石流易发性评估方法研究∗——以安宁河流域为例

通过确定性系数与地理探测器模型耦合的方法研究耦合模型对泥石流灾害易发性评估的影响。基于遥感判识和野外考察确定安宁河流域内的 198 条泥石流沟作为评估样本,选取坡度、地面峰值加速度、地形起伏度、地层岩性、植被覆盖度、植被类型、地形湿度指数以及地貌演化指数作为评价因子,耦合确定性系数和地理探测器模型,分别计算各评价因子分级取值和因子权重,进行安宁河流域泥石流易发性等级分区。研究结果表明：(1)地理探测器方法定量分析安宁河流域内泥石流发育的主要贡献因子为地面峰值加速度、地形起伏度和坡度。(2)泥石流极高易发区和高易发区分别占流域总面积的 9.67% 和 12.02%,高易发区主要分布在安宁河流域两岸且呈条带状分布。 (3)利用 ROC 曲线对泥石流易发性评估精度进行验证,耦合模型的 AUC 值达到 0.824,相比单种模型 CF 模型的评估精度 0.786 提升了 4.8%,具有更高的准确率,评价效果更优。     

洪水灾情评价的脉冲耦合神经网络模型

洪水灾情的评价工作对洪水灾害的分类管理具有重要的指导意义。脉冲耦合神经网络模型应用到洪水灾情评价中是一次新尝试,该方法通过脉冲输出从而调节阈值,并且应用动态阈值来确定洪水灾情的等级。这个方法比传统的BP模型简化了权值的训练,模型更加简便、直观。采用脉冲耦合神经网络模型得出的评价结果同灰色关联法、灰色聚类法、灰色模糊综合法的评价结果进行了比较,表明其用于洪水损失评价具有科学性和实用性。