感潮河网地区城镇化对排涝模数的影响分析

随着城镇化发展,感潮河网地区下垫面原有的透水层逐渐被不透水层替代,涝水的产汇流过程发生了改变;同时排涝期间受外江潮水位顶托,涝灾风险加剧,合理的确定排涝模数对于涝灾治理具有重要意义。针对感潮河网地区的排水特点,建立了区域二层排涝模数计算模型。模型将全区域划分为城镇子排区和农业子排区,在子排区层面分别利用SWMM模型和广东综合单位线法进行建模,然后在子排区共同的排水通道(内河道)层面建立全排区的河网区水动力学模型。利用该模型,以广州市大岗排区为背景,研究了城镇化对该排区排涝模数的影响。结果表明:2003-2012年,大岗排区城镇化面积占有率由9.69%提高到24.25%,在20年一遇的同等排涝标准下,排涝模数由1.766 m3/(s·km2)提高到2.808 m3/(s·km2),泵站设计流量需由122 m3/s提高到194 m3/s;当排涝模数均为1.766 m3/(s·km2)时,2003年能够满足20年一遇的排涝标准,而2012年只能满足约15年一遇的排涝标准,同一排涝模数下,城镇化降低了排区的排涝标准。该研究可为城镇化背景下感潮河网地区排涝模数的计算方法选择及其合理取值提供参考。     

沟塘组合除涝工程设计方法与应用

鉴于极端降雨事件增加和流域下垫面改变抬高排涝模数对传统沟道除涝工程形成挑战,该文结合塘堰滞涝功能提出了沟塘组合除涝工程技术及其设计方法。基于水文资料缺乏小流域的涝水形成规律,离散设计暴雨历时并假设离散时段内流量过程线符合三角形分布下,采用改进SCS模型和小流域汇流方程推求涝水流量过程线;采用水位-容积关系和堰流公式进行质量平衡演算设计塘堰工程规格。在淮北平原低洼区的农沟和斗沟尺度上组合堰宽分别为0.6和2 m的塘堰工程发现,3、5和10年一遇24 h设计暴雨下涝水流量峰值减少了25%以上,延迟了0.5~1 h,3或5年一遇设计暴雨除涝能力排水沟的除涝标准可分别提高到5或10年一遇。沟塘组合除涝工程为缓解排区和下游区域洪涝压力提供可选方案。     

农田排涝模数计算方法的比较

正确计算排涝模数,对于确定排涝工程的适宜规模具有重要现实意义。该文以湖北省四湖流域螺山排区为例,根据排区下垫面条件进行产流计算,分别采用经验公式法和平均排除法计算不同排涝标准下的排涝模数,分析2种计算方法中排涝天数、排涝模数及排涝重现期之间的关系。结果表明:经验公式法对应于平均排除法的排涝天数为3.5d。当经验公式法求得的排涝模数小于平均排除法求得的排涝模数时(本区对应排涝天数小于3.5d),选用平均排除法计算排涝模数偏于安全;而当经验公式法求得的排涝模数大于平均排除法求得的排涝模数时(本区对应排涝天数大于3.5d),则选用经验公式法计算排涝模数偏于安全。此外,在排涝模数确定的条件下(即工程的排水能力一定),采用不同的排水公式校核排水标准时存在差异。一日暴雨时,采用平均排除法(采用三日排除)10年一遇和20年一遇的设计标准分别相当于经验公式法15年一遇和33年一遇的设计标准;而在三日暴雨下,平均排除法(采用五日排除)10年一遇和20年一遇的设计标准则分别相当于经验公式法4年一遇和7年一遇的设计标准。研究成果对合理选择排涝模数计算方法具有一定参考价值。     

HBV模型在富春江水库流域临界致灾面雨量确定中的应用

[目的]研究分析HBV模型对于富春江流域径流序列模拟的适用性,并通过水位与径流量的关系,得到该流域各级水位的临界致灾面雨量,为暴雨灾害风险预警和评估业务提供服务产品,也为富春江水库的生产调度提供重要依据。[方法]以富春江水力发电站为研究区,应用研究区气象资料和HBV水文模型开展研究。[结果](1)应用HBV水文模型模拟富春江流域径流量,在序列的率定期和验证期,模拟与实测的径流过程分布一致,模拟径流峰值区与大降水的实况分布比较一致,模拟与实测洪峰的平均相对误差小于5%,经率定后的HBV模型在富春江流域的模拟效果较好。(2)通过建立降水、径流、水位三者的响应关系,可以确定水库在警戒水位、设计洪水位时不同前期水位的临界面雨量。[结论]HBV水文模型在研究区具有一定的适用性。当预报有临界面雨量时,水库可以根据雨量、径流的预报信息做出对水位的科学调控。     

海岛地区小流域暴雨洪涝灾害模拟研究

[目的] 对海岛地区小流域暴雨洪涝灾害进行模拟研究，为该类地区后续开发建设以及防洪排涝治理工作的顺利开展提供技术支撑。[方法] 选取浙江省舟山市朱家尖岛为研究对象，根据设计暴雨及设计和校核潮位资料，运用MIKE构建了一维河网模型、二维水动力模型以及MIKE FLOOD耦合计算模型，对比分析两种方案的淹没面积和水深、典型河道断面水位以及重点区域洪水演进过程。[结果] 相对于设计暴雨及设计潮位条件下的方案1（94降雨+实测潮位），设计暴雨及校核潮位条件下的方案2（94降雨+极限潮位）在相对高水位时刻淹没面积更大，最大淹没深度更深。[结论] 朱家尖流域内河流比降大，汇流时间短，流域调蓄能力差，抵抗暴雨产生的洪涝灾害的能力较弱。特别是暴雨遭受天文大潮时，研究区域受灾程度更重。     

考虑河道输水损失的大型泵站系统运行优化

大型泵站前池水位变化频繁且变化幅度较大时,机组经常偏离高效区运行,造成能源浪费。泵站系统中除了主机组、辅助设备和输变电设施消耗能量外,河道的输水水量损失和水力损失也综合成泵站所抽提水体的水能损失,进而影响泵站的运行性能。根据水源水位变化,在调水目的地水位一定的情况下,考虑河道输水水力损失与水量损失,首先分别确定调水目的地需要流量与泵站抽水扬程、抽水流量之间的关系,避免了优化计算过程中水位的重复迭代,极大减小了计算量与计算时间。以长江三江营最大潮差、平均潮差、最小潮差3个典型日为例,在南水北调东线淮安站站下水位及需要流量一定的情况下,以系统日运行费用最少为优化目标,建立优化模型,并采用模拟退火-粒子群算法(SA-PSO,simulated annealing-particle swarm optimization)求解,计算结果表明,与水泵设计角度运行方案相比,泵站系统实施变角优化运行,其运行费用可分别节约0.62%~2.26%、0.33%~3.26%和0.22%~0.83%。     

基于SWAT模型的湟水流域径流模拟与评价

以青海省湟水流域民和水文站以上流域为研究区,在GIS技术支持下,运用分布式水文模型SWAT（Soil and Water Assessment Tool）进行了湟水流域天然径流的产流模拟,通过选用湟水流域1980～1997年相应的水文气象资料作为SWAT模型的输入数据,选用1980～1987年湟水流域出口民和站的年、月平均天然流量进行模型的参数率定,1989～1997年民和站的年、月平均天然流量进行模型的验证,采用了相对误差（RE）、相关系数（R2）以及Nash-Suttclife模拟系数（Ens）作为模型适用性的评价系数,结果表明SWAT模型对湟水流域长期天然径流变化过程模拟结果良好,较好地反映了湟水流域水资源的变化过程,为研究湟水流域的水资源提供了模型支持。     

城镇圩区排涝泵站群日常运行方案优化

为降低城镇圩区排涝泵站群日常运行能耗,提出排涝站群总能耗最小的多方案试验选优、圩外河道水位控制去劣的优化运行调度方法。将圩区泵站群分组作为试验因素、每组泵站的开机方案为试验水平,以泵站群总能耗为试验结果开展正交试验,对试验结果应用正交分析得到泵站群若干种优化运行方案序列,选择总能耗最小且满足圩外河道的水位控制要求的方案为最优运行调度方案。以上海市城区某区域为实例,应用优化方法编制了2种潮水过程、4种降水条件下的优化调度预案;在不能利用潮水自排的最不利水文工况下,应用优化调度方案与现行调度方案相比,总电功耗最大可节省12%。通过开展优化调度方案与现行方案的节能效益比较,验证了现行方案的合理性并对现行方案提出了优化建议。一方面可为城镇圩区水行政主管部门优化日常调水预案提供参考,另一方面也为丰富和完善排泵站群优化调度方法的理论研究作了有益尝试。     

垂向混合产流模型在辽西地区水文模拟中的应用研究

引入垂向混合产流模型,结合辽西地区2000—2010年实测水文数据,分析垂向混合产流模型在辽宁西部地区水文模拟的适用性。研究结果表明:垂向混合产流模型在辽宁西部地区水文模拟精度较好,模拟的次洪径流深和实测的次洪径流深之间的相对误差在8%以内,相关系数达到0.7以上,可用于辽宁西部地区水文模拟。研究成果对于辽宁西部地区水文模拟具有参考价值。     

SWAT模型在黄土丘陵区参数敏感度分析及率正研究

SWAT模型是基于水文过程的、具有很强物理机制的流域分布式水文模型。应用SWAT模型,结合1986—2000年罗玉沟流域实测水文资料对径流进行模拟,并进行了模型参数敏感度分析和率正。通过敏感度分析,辨析出影响该流域产流模拟结果精度的主要参数因子,如径流曲线数CN2等。依据上述结论调整参数值,对模型进行了率正和验证,得出率正期的相对误差为14.0%,R²为96.1%,Nash—Suttcliffe系数为0.89;验证期的相对误差为8.8%,R²为91.5%,Nash—Suttcliffe系数为0.82。结果表明实测流量和模拟流量的线性回归系数和模型的效率系数满足模型模拟的要求,SWAT模型适用于该研究区域。     

考虑灌排运行特点的南方平原圩区分布式水文模拟

为探究适合中国南方平原圩区的水文模型及平原圩区建模与参数率定方法，把握平原圩区内部水循环规律，该研究以巢湖流域庐北大圩为研究区，基于改进SWAT(soil and water assessment tool)模型，提出了一种基于“burn-in”算法与模型河网及子流域人工修正手段的空间离散方法，考虑圩区灌排运行特点后，通过添加虚拟水库，构建了平原圩区多水源灌溉系统，通过对不同大小及特征圩区进行分类，提出了以月尺度为主的多目标参数率定方法。模拟结果表明，大部分圩区出口月径流的相对误差在±15%以内，决定系数大于0.65，纳什效率系数大于0.6，模拟效果处于中等或良好水平，表明改进SWAT模型及该研究提出的平原圩区建模与参数率定方法适用于庐北大圩的水文模拟。水量平衡与灌溉用水模拟分析结果表明，研究区的降水与外河引水主要转化为径流和蒸散发，外河引水量近似等于泵站抽排量，径流系数相对较小，大圩外河是主要灌溉水源，不同时间段内不同水源的可供水量差异明显。考虑灌排运行特点的分布式水文模型为中国南方平原圩区水管理提供了一种有效的手段。     

华北低平原农田排水沟平填及洪涝灾害风险分析

近20 a来,华北平原普遍出现平填农田排水沟现象。为分析排水沟平填状况及平填后洪涝灾害的发生风险,该研究基于土地利用调查数据库,以地处华北低平原的河北沧县为例,运用Arc GIS10.2分析1992-2010年间沧县排水沟面积变化情况,采用实地调查法来验证和分析排水沟平填现象,并从降水量、地下水位、土壤水、上游来水等方面对排水沟平填后可能发生的洪涝灾害风险进行分析。研究结果表明:1992-2010年间,排水沟面积减少了37.73%,其中农田末级排水沟平填最为严重,排水体系贯通性下降;通过水文要素分析得出沧县地区洪涝灾害的发生风险有所降低,平填末级排水沟对洪涝灾害的发生影响不大。基于此,该文认为华北平原的不同区域,应根据所处地形地势、地下水位、土壤状况来重新设计排水体系,通过土地整治,使其既能增加耕地面积,又不致引发洪涝灾害。该研究结果可为土地整治规划及农田基础设施建设提供参考。     

基于混合产流模式的黄土高原流域水沙过程耦合模拟

为深入理解黄土高原干旱半干旱地区复杂地貌条件下流域水沙运移规律。基于垂向混合产流机理和运动波方程，构建分布式流域水文模型，耦合流域土壤侵蚀和泥沙输移过程模拟模块，并考虑梯田对水沙过程的影响，建立适用于黄土高原的分布式流域水沙过程模型。选取黄土高原延河支流西川河流域多年实测场次洪水过程的径流泥沙资料，对模型进行率定和验证。径流模拟的纳什效率系数在0.56以上，平均值超过0.70,模拟次洪过程的峰形、峰值、峰现时间与实测过程具有较好的一致性；侵蚀产输沙模拟精度较低，其纳什效率系数均值率定期为0.79,但验证期仅为0.45,模拟结果整体趋势与实测值较一致，但输沙量模拟峰值比实测值偏低。模型可以较精确地模拟黄土高原流域洪水产汇流过程，但输沙量模拟值偏低，一方面由于产汇流模块的误差传递；另一方面，对重力侵蚀考虑不足。因此，未来模型将考虑滑坡、崩塌等重力侵蚀过程，提升模拟精度和效率，为流域水沙过程模拟与流域综合治理提供有效工具。     

全球气候变化对泾河流域径流和输沙量的潜在影响

 全球气候变化对水循环产生巨大影响,而降水特征的变化因区域的不同有较大差异,这些变化对河流径流、泥沙及区域水土流失具有重要影响。以1961—2006年泾河流域降水、径流和输沙量等资料为基础,建立降水和径流、径流和输沙量之间的统计关系。通过5个大气环流模式(HadCM3、CGCM2、CSIRO-Mk2、ECHAM4和GFDL)对泾河流域未来不同时期(2010—2039年、2040—2069年和2070—2099年)的降水量进行模拟,进而根据统计关系计算出未来不同时期该流域的径流、输沙量。结果表明:不同大气环流模式对该流域降水量模拟结果不同,导致未来气候条件下径流和输沙量的预测也存在一定差异。比较IPCC排放情景中的A2、B2气候情景发现,在A2情景下径流和输沙量响应更为强烈。与近期实测资料(1961—2006年)相比,未来(2010—2099年)泾河流域降水、径流和输沙量的变化范围分别为-5.53%～31.65%、-9.26%～53.44%和-11.13%～64.59%,平均增加11.69%、19.78%和23.94%。研究结果对未来黄土高原水土保持规划和治理策略的制订具有指导意义。     

兼顾排涝标准与水质净化要求的农业圩区最优水面率确定

针对农业圩区的排涝以及水环境问题,该研究以江苏里下河地区为研究对象,以满足里下河圩区设计排涝标准与水质净化要求为目标,构建农业圩区坑塘-排水沟道湿地系统最优水面率数学模型.模型以工程系统总费用现值最小为目标函数,以泵站涝水外排能力与圩内水面率、水面率上下限、水环境容量与圩内坑塘与排水沟道系统的关系(主要包括圩内坑塘沟道...     

应用DRAINMOD农田排水模型对地下水位和排水量的模拟

农田排水工程在防御涝渍灾害、促进农作物正常生长和改善田间耕作管理等方面起着积极的作用，合理的排水系统设计是保证排水系统正常运行、作物正常生长的关键。以水平衡理论为基础建立的DRAINMOD模型，可用于研究排水系统对作物生长和各水文要素的影响，适用于浅地下水位和较湿润地区。该文对模型的基本原理和参数输入要求进行了详细描述，采用加拿大安大略省南部Eugene F. Whelan试验站自由排水和控制排水-地下灌溉两种水位管理条件下，1992～1994年6～8月地下水埋深观测值、3年地表径流和地下排水水量观测值对模型进行了模拟验证。图形显示和统计参数指标分析表明，模拟值与观测值拟合较好，表明模型具有良好的水文模拟性能，可用于预测地下水埋深、地表和地下排水量，是农田排水工程设计和水管理的有效工具。