基于水动力模型的农作物暴雨洪涝灾害损失评估：以江汉平原为例

洪涝灾害的形成涉及因素多、灾害链复杂,具有较大的时空变异性,构建可反映致灾过程空间异质性及其动态变化的机理性模型是准确估算灾害损失的关键。本研究通过将灾害损失表达为淹没水深和持续时间的函数构建洪涝脆弱性曲线,利用国际水灾与风险管理中心基于二维扩散波方程构建的降雨-径流-淹没模拟模型（RRI）模拟洪水淹没动态,结合农作物种植分布及其所处生育阶段建立格点尺度洪涝损失定量评估模型,并以江汉平原地区典型洪涝灾害过程为例对模型进行检验。结果表明：RRI模型可以较好地模拟强降水后洪峰的形成和消退过程及地表淹没动态,流域控制断面径流量模拟误差为-14.8%～11.5%,地表淹没范围模拟精度在80%以上,模拟水深匹配率达84.2%～87.1%;农作物损失空间分布基本合理,地市级农作物受灾率、成灾率和绝收率估算偏差分别为-33.8%～6.4%、-10.8%～9.5%、-6.0%～1.8%。该方法具有精细化、定量化和动态评估等优点,可用于面向致灾过程的洪涝灾害快速评估、预估及复盘研究。     

实体水-虚拟水\"二维三元\"耦合流动理论基本框架

在变化环境下,区域水资源系统演变规律正在发生深刻变化。解决新形势下出现的水问题单单依靠传统的实体水资源规划、调度和调控手段还不够。虚拟水概念和理论的提出拓展了水文水资源的认知范畴,丰富了水问题的解决手段。然而,如何搭建虚拟水理论与传统水文水资源认知体系的统一框架,认识自然-经济-社会连续系统中水资源演化的新规律,目前学界还没有成熟统一的看法。该文首先提出了实体水-虚拟水耦合流动效应的基本理论框架,指出实体水-虚拟水耦合流动是现代环境下自然-经济-社会水资源系统呈现的新特征。其次,从文明进步和生产力发展角度,论述了人类社会水文水资源系统的演化历史,将水文水资源系统演进大体分为三个阶段:早期的实体水\"一维一元\"自然循环阶段,近现代的实体水\"二元\"水循环阶段和当前的实体水-虚拟水\"二维三元\"耦合流动阶段。最后,该文详细论述了实体水-虚拟水耦合流动过程的路径结构,并针对其流动过程和状态表征提出了定量表达方程,初步构建了实体水-虚拟水耦合流动基本理论框架。     

城镇化背景下中小流域洪水风险研究——以厦门市东西溪流域为例

[目的]以厦门市东西溪流域为例,对城镇化背景下中小流域洪水风险进行评价和研究,为该区有效实施防洪减灾措施提供参考依据。[方法]以GIS空间分析作支持,将暴雨洪水频率分析与平原区洪水淹没模拟计算相结合,基于MIKE21平面二维水动力学模型进行洪水风险分析,对研究区洪水风险程度以及淹没状况进行模拟计算。[结果]绘制出厦门市东西溪流域动态洪水风险图,并根据洪水淹没区内的土地利用等因素的变化等实际情况,调整不同频率洪水淹没范围,实现东西溪流域洪水风险图的实时动态更新。[结论]研究区洪灾风险主要分布在东溪、西溪、汀溪等主干流河段,总体上呈现随着洪水重现期增大,灾害风险由上游向下游,由近岸向远岸不断扩大的趋势。     

雅鲁藏布江中游地区小流域土壤侵蚀分级指标研究

由于缺乏相关试验研究,本研究以CSLE模型与多因子综合法两种结果进行比较,依据相关性分析、差异指数分析及相对误差理论,初步划分雅鲁藏布江中游地区小流域土壤侵蚀分级指标。研究表明:CSLE模型与多因子综合法所得结果相关系数为0.87,呈正相关且相关性较强;根据试验方案确定的8组分级指标,从差异指数分析来看,2、4组各强度等级差异指数和差异指数和较小,其差异指数和分别为3.35和3.36;从相对误差分析来看,其中2、7、8组总体精度较高,相对误差分别为10.95%、8.52%、9.60%;综合分析筛选出研究区土壤侵蚀分级指标,即微度侵蚀<30 t/(km~2·a)、轻度侵蚀30～100 t/(km~2·a)、中度侵蚀100～380 t/(km~2·a)、强烈侵蚀380～650 t/(km~2·a)、极强烈侵蚀650～1 200 t/(km~2·a)、剧烈侵蚀>1 200 t/(km~2·a)。     

几种胡敏酸和富里酸分子结构模型的三维可视化与特性研究

针对已提出的几种胡敏酸和富里酸的二维分子结构模型,应用HyperChem软件转换为三维结构并进行几何优化,计算了这些三维模型的能量以及定量构效关系(QSAR)参数。结果表明:几种模型在三维结构和特性上都各不相同,这为从空间角度更直观地认识腐殖物质的分子结构提供了可能性。     

水翼吸力面布置凹槽抑制空化研究

空化引起不同程度振动、冲击和噪声,加剧物体表面空蚀,使结构提早发生疲劳。为有效抑制和延缓空化发生和空泡脱落,该文提出了在水翼吸力面布置凹槽的方法,旨在通过水翼表面结构的改变来实现空化流动的调节。在数值模拟研究中,采用Realizablek-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,围绕8°攻角下NACA66(MOD)水翼,开展不同空化数、凹槽尺度和凹槽位置对二维水翼空化流场的动力学特性研究,并进一步分析了水翼表面特殊结构抑制空化的机理。结果表明:当片空化发生时,凹槽布置在距水翼前缘0.32弦长位置时,能降低空泡振荡频率,提高水翼水动力性能;当云空化发生时,适当的凹槽表面构型能够使水翼吸力面边界层变薄,边界层分离点滞后,水翼尾缘回流区减薄,吸力面低压区减小,证明了凹槽表面构型对空化抑制的适用性。然而,在水翼吸力面布置凹槽,虽然可以降低水翼表面边界层的厚度,增强抗逆压能力,但却触发了凹槽附近区域回射流的加速。因此,只有当抗逆压梯度能力大于回射流冲击时,才可以实现对空化流动的抑制。该研究成果扩大了空化流动的被动控制方法研究范围,为水力机械空化抑制技术提供了参考。     

河北坝上地区不同植被类型土壤持水性能研究

以河北坝上地区不同植被类型土壤为研究对象,使用离心机法测定不同土层深度不同吸力下的土壤含水率,利用Van Genuchten模型拟合土壤水分特征曲线,分析土壤水文特征。研究表明:(1)研究区土壤为砂土,土壤容重为1.59 g/cm3,土壤水分特征曲线呈现\"迅速下降–缓慢下降–稳定\"的形态,不同植被类型土壤水分特征曲线相似;(2)农地的持释水能力最强,杨树样地的持水能力最差,柠条样地的释水能力最差,研究区内非农地的土壤凋萎系数平均为8.69%,随着土层深度的增加,土壤的持水能力、释水能力和凋萎系数都逐渐减小(P<0.05)。(3)坝上地区应逐步减少高耗水乔木,建立起可持续发展的乔灌草防护体系。本研究可以为确定张北地区土壤凋萎系数和土壤干层,并合理选择种植植被提供理论依据。     

基于SHAW模型的北疆地区不同滴灌年限棉田冻融期土壤水热盐动态模拟研究

为探究SHAW(Simultaneous heat and water)模型在北疆地区长期膜下滴灌棉田冻融期土壤水热盐动态模拟的适用性,本研究选用滴灌起始年限为1998年(21 a)的棉田土壤水热盐实测数据对SHAW模型进行率定,以滴灌起始年限为2006年(13 a)、2008年(11 a)、2012年(7 a)和荒地(0 a)的水热盐实测数据进行验证。模型率定结果表明,随土壤深度增加土壤温度的模拟效果越好;土壤水盐的模拟效果先增强后减弱。模拟土壤温度Nash系数(NSE)、均方根误差(RMSE)和R²分别为0.713 ~ 0.993、0.209 ~ 2.498 ℃ 和0.911 ~ 0.994;模拟土壤水分NSE和RMSE分别为0.824 ~ 0.967和0.009% ~ 0.032%;模拟土壤盐分NSE和RMSE分别为0.609 ~ 0.844和0.001 ~ 0.012 g/kg。模型验证结果表明,随滴灌年限增加模拟效果越好,模拟除荒地20 ~ 60 cm土层土壤温度NSE小于0.600,滴灌7、11和13 a地块各层土壤温度NSE均大于0.600,RMSE介于0.143 ~ 3.213 ℃;滴灌0、7、11和13 a地块模拟的各层土壤水分NSE均大于0.670,RMSE为0.009% ~ 0.057%;滴灌0、7、11和13 a地块模拟的除120~140 cm土层土壤盐分NSE小于0.600,其他各层土壤盐分NSE均大于0.616,RMSE为0.000 ~ 0.016 g/kg。总体而言,SHAW模型适用于北疆地区冻融期长期膜下滴灌棉田的一维土壤水热盐模拟。     

基于MIKE FLOOD耦合模型的城区上游水库溃坝洪水模拟研究

[目的] 研究溃坝洪水演进过程模拟方法,为水库溃决风险防控、制定溃坝早期预警及人员疏散方案提供科学依据。[方法] 以河南省郑州市上游尖岗和常庄水库为例,基于GIS技术构建高仿真地形数字高程模型,利用MIKE FLOOD耦合模型进行水库溃坝一二维模型耦合,模拟水库溃坝后洪水演进过程,探讨洪水在下游河道和复杂城区的演进特征。[结果] 常庄水库和尖岗水库溃坝瞬间最大下泄洪峰流量分别为4 542.03和17 549.1 m³/s。贾鲁河下游距尖岗水库约15.00～31.39 km范围内河道两岸的漫堤洪水淹没面积为56.37 km²。常庄水库溃决1.00 h后,河道漫堤,开始产生淹没区,溃决4.25 h后,尖岗水库发生溃坝。当尖岗水库溃决洪水演进历时1.25 h后,原淹没区水深显著增加,溃决1.92 h后,淹没范围开始增大。常庄和尖岗水库溃坝后,洪水水位均增大至超过南水北调防护堤堤顶,大量洪水涌进南水北调总干渠,洪水流速普遍增大。[结论] 尖岗水库溃坝洪峰流量远大于常庄水库,溃坝危害性更大,溃坝后洪水大量涌进南水北调总干渠,堤防、边坡和进出口闸室冲刷风险增大,下游河道两岸漫堤淹没,严重影响南水北调总干渠输水安全和人民生命财产安全。     

辽宁部分河流流域面积变化与防洪工作分析

辽宁省水利厅在005年进行开展了省域河流遥感普查工作,结果表明:境内流域面积大于100 km的河流数量有较大变化.在省内的防洪减灾工作中应该注意这个变化,利用普查成果指导防汛.     

2003年渭河下游洪灾分析及防洪对策

 2003年渭河下游洪灾是渭河上中游地区生态恶化、水土流失严重,入渭泥沙增多、泥沙大量淤积在下游河道,抬高下游河床,南山支流堤防质量差和排洪通道不畅等因素所致。渭河下游防洪存在着泥沙大量淤积、河势不稳多变、南山支流堤防标准低、水患威胁日益严重等问题,渭河防洪对策是在渭河全流域开展水土流失综合治理和加高加固防洪大堤和南山支流堤防、加强河道整治工程等措施。     

MIKE耦合模型模拟淤地坝对小流域暴雨洪水过程的影响

为科学认识淤地坝建设对黄土高原小流域暴雨洪水过程的影响,该文通过分布式水文模型MIKE SHE和一维水动力模型MIKE 11耦合模拟了不同坝型组合和坝系级联方式下的小流域暴雨洪水过程,研究表明:1)淤地坝系建成后会使小流域洪水的洪峰和洪水总量明显减少,其中骨干坝减幅最小,中型坝次之,小型坝减幅最大;串联、并联、混联3种坝系级联方式均使洪峰流量和洪水总量明显减小,其中混联坝系减幅最大,并联坝系次之,串联坝系最小。2)淤地坝建设改变了洪水历时,其中骨干坝和中型坝增加了洪水历时,而小型坝缩短洪水历时。3)沟道连通性指数与洪峰流量、洪水总量均有很好的相关关系,淤地坝建设明显降低了沟道连通性,通过改变沟道连通性调控了小流域的暴雨洪水过程。可为黄土高原淤地坝安全运行提供科学依据。     

城市发展与河网演变间的相互作用——以郑州市主城区为例

[目的]对河南省郑州市主城区城市发展与河网演变间的相互作用进行分析,为合理调节城市水资源提供科学依据.[方法]以郑州市主城区为研究对象,基于1994,2002,2009和2019年遥感影像数据,计算河网特征指数并建立耦合协调模型,定量分析河网演变及其与城市发展间的相互作用关系.[结果]城市发展与河网演变间的相互影响表现...     

水动力模拟在渣场河道行洪分析中的应用

梯级开发水电站渣场设置的合理性是水土保持方案关注的重点.设置在河道两侧的渣场会束窄河道,对河道行洪等一系列问题产生影响.针对渣场设置是否会对河道行洪产生影响的问题,提出了河道水流的数值模拟计算方法.利用MIKE 21水动力模块对河道水流进行二维模拟,得到修建渣场前后河道水位及流场的变化.该方法的运用解决了编制水保方案时缺乏水文资料的水力计算问题,实现了计算的便捷化和合理化;同时还为渣场水土保持工程措施的设计提供了有力的依据.     

基于改进熵权法和云模型的安徽省淮河流域防洪减灾能力评估

[目的]科学评估防洪减灾能力,为地区制定出科学有效的防洪减灾政策提供参考。[方法]由监测预警能力、防洪除涝能力、抢险救灾能力、灾害管理能力构成防洪减灾能力评估的指标模型,并采用最小相对信息熵原理和秩比法对传统熵权法进行改进,各指标权重由改进的熵权法来计算,然后用改进熵权法以及云模型来建立评估模型,并用来评估安徽省淮河流域的防洪减灾能力。[结果]淮河流域内的防洪减灾能力处于中下等水平;空间差异分布比较明显,流域北部相对高于南部,流域东部相对高于西部;市辖区的防洪减灾能力相对较高,县域防洪减灾能力相对较低;其中肥西县和淮北、蚌埠、淮南、滁州市防洪减灾能力处于高水平;长丰、五河、凤台、萧县和天长、阜阳、六安市属于相对较高水平;肥东、濉溪、砀山、泗县和宿州、界首、明光市为中等水平;其余市县则为相对较低水平。[结论]通过防洪减灾能力评估结果,可以找出流域内各城市防洪减灾能力的差异及存在的薄弱环节,提高流域内整体防洪减灾能力。     

基于HBV模型的尼洋曲流域上游洪水致灾临界面雨量研究

[目的]建立工布江达以上尼洋曲流域的降水—径流关系,构建该流域的致洪临界雨量指标,以期为开展山洪气象预警工作提供参考。[方法]根据流域暴雨洪水致灾机制,利用地面气象观测和CMORPH资料,基于HBV水文模型进行计算分析。[结果]利用2007—2011年观测数据对HBV水文模型的参数优化和率定,模拟数据与观测数据的确定性系数为0.91,NASH效率系数为0.89;采用2012—2014年观测数据进行验证,确定性系数为0.86,NASH效率系数为0.85,率定期和验证期的平均相对误差均为3.1%,表明经过率定的HBV模型对尼洋曲上游流域具有较好的适用性。[结论]尼洋曲流域的洪水过程不仅与实时降水的面雨量有关,还与前期基础水位有关,致灾临界面雨量随前期基础水位升高而减小,并且随着前期水位的变化,临界雨量值呈现了非线性响应特征。     

基于GIS和FloodArea水动力模型的重庆市山洪灾害风险区划

[目的]开展重庆市山洪灾害风险评估与区划,为该地区山洪防灾减灾提供相应参考。[方法]依据自然灾害风险评估理论,从致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性、承灾体暴露性、防灾减灾能力4个方面选取指标,构建重庆市山洪灾害风险评估模型。结合相关气象、生态和社会经济数据,运用GIS空间数据分析完成重庆市山洪灾害风险区划。[结果]重庆市山洪灾害致灾因子危险性在合川和江津大部地区为高风险区,孕灾环境高脆弱区主要位于长江、嘉陵江沿江河谷地带,承灾体暴露性在重庆市主城区、南川、武隆、涪陵、城口为高暴露区,重庆东北部和东南部大部地区为低防灾减灾能力区。[结论]总体评估而言,重庆市山洪灾害风险的高风险区主要位于重庆东北部的巫溪、东南部的酉阳和彭水、西南部的江津和西北部的合川。