基于溃坝洪水演进模拟的动态应急转移路线实现方法

水库一旦溃决将对下游社会经济造成巨大影响,科学合理的应急转移路线将有效降低损失,保障人民群众的生命财产安全.采用二维水动力模型开展溃坝洪水演进模拟,并对模拟结果进行网格化处理.设计了配备信息标识层、应急转移路线层、洪水演进绘制层和背景层的多层结构洪水风险图网格信息存储格式,提出了可通行路网的判别和绘制方法.结合网格化洪水演进模拟结果和路网信息要素,确定了动态最佳应急转移路线的运行机制.基于某大型水库的溃坝洪水演进模拟结果,将该方法应用于所在城市局部区域的路网绘制和动态应急转移路线制定.应用结果表明,该方法可根据溃坝洪水演进过程实时绘制路网信息,实现应急转移路线智能调整,优化了避洪转移方案,完善了城市洪水灾害应急管理体系.     

冰湖溃决模式对下游洪水过程的影响

作为西藏地区冰川灾害之一的冰湖溃决洪水,具有范围广、持续时间长、危害大并经常伴随有泥石流等特点。以西藏年楚河流域的典型危险性冰湖——黄湖及其下游区域为研究对象,经过实地调查,获得了相关的水文气象特性和地形、地貌等特征信息。基于数字高程模型(DEM)的地形数据和矩形网格,采用二维溃坝洪水演进数值模型,进行了模型的率定和不同溃决模式下的洪水演进模拟。结果表明:上游近溃口河道,不同溃决模式对洪峰流量、洪水最大水深和洪水最大流速影响较大;中下游河道,不同溃决模式对其影响相对较小。上游近溃口河道,小溃口工况的洪峰流量大于大溃口工况的洪峰流量,逐渐溃决工况的洪峰流量小于瞬时溃决工况的洪峰流量;中下游河道,小溃口逐渐溃坝的洪峰流量最大。一旦洪水发生,最大淹没面积约为88.30km2,溃决洪水到达江孜的时间约为33h,江孜处的洪峰流量约为1 777m3/s,大于江孜地区暴雨洪水万年一遇洪峰流量1 000m3/s。根据预测结果做好预警工作,能一定程度上减小灾害损失。     

堰塞湖风险评估研究综述

从堰塞湖的灾害链演化过程出发,基于堰塞湖风险评估概念,围绕堰塞湖危险性评价、溃决过程与洪水演进模拟和溃决损失评估等3个方面,从定性和定量的角度综述了堰塞体稳定性评价方法,对溃坝参数模型、简化数学模型、精细化数学模型以及洪水演进模型进行了对比分析,从生命损失和经济损失两个角度总结了损失计算方法,最后针对堰塞湖风险评估未来在危险性评价中的不确定性问题、溃决洪水模拟的准确性问题、溃决损失评估的定量化方法、风险定量评估体系和风险动态评估体系五个方面进行展望。     

河道、滞洪区洪水演进数学模型

采用有限体积法建立了适应河道、滞洪区复杂情况的洪水演进一、二维衔接数学模型构造了适合河道洪水计算的一、二维河道型网格和滞洪区二维地面型网格,网格具有多点、多面,既镶嵌又衔接的特点阻水建筑物对洪水演进速度影响较大,所以,将其模化成特殊通道,提出了洪水演进过程中渗流所造成的水体损失的计算模式．将该模型应用于大清河滞洪区,讨论了洪水边界条件,确定了模型糙率,率定了模型渗流参数．结合大清河“96．8实测洪水资料”进行了洪水演进数值模拟,分别对河道的水位、流量和滞洪区来水时间进行了模型验证,验证结果基本吻合．     

基于物理模型的唐家山堰塞湖溃决过程模拟

针对水动力条件复杂变化、水土耦合作用强烈的堰塞湖溃决过程,采用修正HLL(Harten-Lax-van Leer)格式离散水流演进方程,基于颗粒流的方法来描述强非恒定流下的泥沙选择性输移和床面形态变化,发展了基于物理机制的溃决过程模拟模型。模型应用于唐家山堰塞湖溃决过程的模拟,很好再现了溃决洪水流量过程线、溃口展宽和下切过程,验证了模型合理性和应用潜力。     

基于GIS栅格数据的洪水风险动态模拟模型及其应用

以GIS栅格数据为基础,建立了二维水动力洪水动态演进模型．以湖北省荆江分洪区为实验区,在数字地形模型和Landsat ETM遥感影像等数据的基础上,根据分洪区1954年分洪情况和规划运用设计,模拟了不同分洪方案下的洪水淹没范围、水深和相应的洪水淹没地物面积及其可能损失等．模拟结果表明,基于GIS栅格数据的洪水淹没风险模拟模型,可以对长江流域分洪区运用预案的制订、土地利用的规划及洪水科学管理提供定量的科学依据．     

基于MIKE FLOOD的荆江分洪区洪水演进数值模拟

以荆江分洪区为研究对象,依据长江荆江河段水文气象条件,运用MIKE FLOOD建立了长江枝城-监利河段一维河网模型、荆江分洪区二维水动力学模型以及河网与分洪区一、二维耦合计算模型,模拟了不同频率设计洪水条件下分洪区因堤防溃决而被动分洪的情形,分析了数种风险要素及可能遭灾的地区及受灾程度.结果表明,模型能较好模拟荆江分洪区内洪水演进过程,能较好地预测洪水致灾情况并指出危险区域,可为荆江分洪区的洪水风险管理和避洪转移工作提供科学依据.     

燕子河流域洪水演进数值模拟

为了对中小河流流域洪水风险进行预测分析，以山东省临沂市燕子河流域为研究对象，利用水动力学模型对洪水演进进行数值模拟；采用MIKE 11软件建立一维水动力学模型，分别模拟洪水重现期为5、 10、 20、 50、 100 a的河道洪水演进过程；利用MIKE 21软件对燕子河防洪保护范围构建二维模型；利用MIKE FLOOD软件侧向耦合一、二维模型，模拟不同洪水重现期洪水从河道漫溢至岸边的演进过程，对模拟结果进行分析，得到洪水的淹没范围、水深、流速等信息。结果表明：洪水重现期为5、 10、 20、 50、 100 a时洪水淹没范围分别为0、 4.09、 7.59、 13.87、 18.44 km²,最大淹没深度分别为0、 4.56、 5.46、 6.20、 6.49 m,洪水最大流速分别为0、 3.04、 3.58、 3.98、 4.70 m/s;罗庄区西陆庄村、为儿桥村以及兰陵县西庄村、松山东村等村落为淹没风险较大区域。     

基于径向基函数的多闸门控制河流的洪水模拟

为了快速而准确地制定联合调度的复杂闸门水利枢纽处的洪水过程的防洪决策,开发了一种快速洪水模拟方法。以位于北京市北运河流域的北关分洪枢纽为例,采用二维水动力学模型计算了由上游来流量、闸门开度和相应下游水位等因素确定的800组工况;把模拟结果作为径向基函数神经网络的训练样本。这样,只用上游来流量、闸门开度、闸下水位就能快速地模拟出该区域的水位和流量。结果表明,模拟一组工况,用该方法只需不到1m in,而用二维模型需3h。     

飞来峡水库入库洪水计算模型探讨

在分析北江流域暴雨洪水特性的基础上,针对飞来峡水库流域洪水的特点和复杂性,采用水文学和水力学相结合的方法,构建了飞来峡水库入库洪水计算的耦合模型,整个模型由区间洪水计算的流域水文模型和河网水力学数学模型组成,模型的计算结果表明,洪水模拟与实测过程拟合较好,精度较高.其成果可作为飞来峡水库入库洪水分析和水库动库调洪计算的基础,为水库防洪调度的设计提供依据.在流域洪水模拟的过程中,采用了移用邻近参证流域资料进行水文参数率定和降雨径流模拟,取得了满意的结果,对无资料区间的洪水计算进行了有益的尝试.     

Mike Flood在中小河流洪涝风险分析中的应用

为了加强对中小河流的洪水管理,分别构建中小河流域水文学模型、Mike11模型以及Mike21FM模型,运用Mike Flood对一、二维模型进行耦合计算,对中小河流进行洪涝风险分析。以徐州市丰县复新河左岸地区为例,建立洪水演进数值模型,分析复新河的防洪能力以及不同暴雨情况下研究区内涝情况。结果表明:研究区域基本满足20年一遇防洪能力,部分中小河流排涝能力不足,导致部分地区内涝较严重。     

滞洪区二维洪水演进及洪灾风险分析

建立了二维洪水演进的隐式差分模型，用以进行君山滞洪区的洪水模拟计算，在地理信息系统（ＡＲＣ／ＩＮＦＯ）支持下，根据计算结果给出了不同时刻洪水淹没图、洪水演进不同时刻的水深分布图、流速分布图及洪灾风险图。此结果可为当地防洪部门提供科学依据。     

防洪堤对洪水的归槽影响研究

基于河道洪水演算原理,建立符合河流水力特性及其变化规律的流量和水位演算模型,利用实测洪水和防洪堤资料进行洪水演算,经洪水水文要素变化变化规律及其合理性的综合分析,确定防洪堤对洪水的归槽影响。应用实例的多方案演算成果表明:保护区滞洪容积占次洪水总量最大比重为9.50%的浔江防洪堤对西江中下游洪水过程的归槽影响大于对洪峰的归槽影响,而且洪水类型和干支流组合不同,影响程度也不相同:对流量过程、洪峰流量影响的最大归槽流量、最大归槽流量比重为36 200 m3/s、9.50%,2 600 m3/s、5.78%,对水位过程、洪峰水位影响的最大水位变幅为0.58 m、0.21 m;洪水归槽并未显著改变西江中下游洪水特性,干支流洪水遭遇、区间降雨和雨洪重叠仍然是形成西江中下游大洪水的主要因素;多方案演算成果相互参证,可减少误差、提高成果精度。大江大河洪水频繁并非归槽影响的结果,应结合气候和土地利用及覆被变化对水文循环影响的研究,探索流域变化环境下的洪水形成机理和演变规律。     

长江南京段堤防工程失稳风险分析

对影响长江南京段防洪堤结构稳定的不确定性进行了初步分析,提出了防洪堤工程失稳风险计算的数学模型,借助于ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法,具体计算了目前长江南京段防洪堤工程失稳风险的大小,计算表明,目前长江南京段坊堤发生边坡失稳的风险度为１．１５％,发生渗透变开遥风险度为０．６３％。     

二维溃坝波传播的数值模拟

采用附加人工粘性的显式Maccormack格式求解二维浅水方程,并对人工粘性加上开关函数,建立了模拟大坝瞬间局部溃倒所致的洪水演进过程的数学模型。用该模型预测了矩形河道中堤坝瞬间局部溃倒后8 min的洪水演进过程,得出了水面线和流场分布,并对溃坝洪峰到达时间和最大淹没水位的沿程分布作了分析。     

洪水风险分析的簇生过程模型

对较小的洪水作风险分析时，由流量过程线截取得到的点过程现实呈现成丛性。为了适应这一特点，试图利用族生点过程模型进行洪水风险分析，在本中选用了Neyman-Scott过程模型，并把它用于长江宜晶水站1963－1984年的（阈值Qb＝45000m^3/s)较小洪水风险分析。     

1961～2011年长江中下游地区一季稻洪涝灾害时空变化 及风险评估

为探究长江中下游地区一季稻洪涝灾害的变化规律和风险分布,本研究利用该地区1961～2011年气象观测资料和1980～2011年一季稻发育期资料、面积产量数据,以累积湿润指数为基础构建灾害辨识指标,分析了一季稻洪涝灾害的时空变化;综合考虑致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性和承灾体暴露性建立风险评估模型,完成了风险度区划。结果表明：（1）近51年长江中下游一季稻洪涝灾害年际变化显著,除重度洪涝外均呈增加态势;大部分地区灾害发生频次为30～90次,高发区在湘鄂交界西部地区。（2）一季稻洪涝灾害发生概率高值区在长江沿岸地区和浙江东南沿海地区,达30%以上;灾损率为3.2%～5.2%,大致呈阶梯分布,从东到西逐渐减小;大部分地区种植比率低于10%,江苏省的种植比率明显高于其他省;风险度分布大致以长江为轴,由长江沿岸向外逐渐递减,最高值出现在湖南石门,达0.24。     

太湖流域超标特大洪水风险预警系统建设及应用

为做好超标洪水调度、保障流域防洪安全,开发建设了由基于水文水动力学耦合的超警超保风险区域预警模型与基于水文学法的洪水淹涝风险快速评估模型共同组成的超标特大洪水风险预警系统,该系统在太湖流域预报调度一体化系统中通过智能交互方式进行模型与系统的紧密集成,实现了预报调度成果的可视化。基于水利一张图的超警超保与淹涝动态展示,实现了预报产品从点到面、从常规预报到影响预测的突破,以及洪水风险由静态评估向实时快速动态分析的转变。应用结果表明：系统在2020年太湖流域性大洪水中累计发布超警超保风险提示39期、洪水淹涝风险评估4期,预测结果与实际基本一致,为科学调度防御超标洪水提供了技术支撑,避免了江苏省苏州市3万多的人员转移,有力保障了太湖流域防洪安全。     

黄河下游花园口至艾山河段滩区洪水漫滩风险度评估研究

利用Delft3D模型, 模拟黄河下游滩区洪水漫滩过程, 获取漫滩范围和洪水淹没水深等洪水致灾参数。基于地形和防洪条件, 划分洪水漫滩淹没单元, 参考联合国灾害风险评价指标体系, 结合对各淹没单元的危险度和易损度评估, 得到不同洪水量级下各淹没单元的洪水漫滩风险度空间分布。结果表明, 占滩区总面积近 50%的淹没单元的洪水漫滩风险等级随洪水量级的增加而稳步增加, 为“水险同期”类淹没单元; 39.7%的淹没单元在十年一遇洪水情景下呈现极高风险度状态, 即“小水大险”状态; 11.67%的淹没单元稳定地处于相对较低的风险度等级, 漫滩风险不受洪水量级影响, 为“稳定低险”类。因此, 对于黄河下游滩区洪水漫滩风险, 应当重点防范主要集中分布在高村至艾山河段的“小水大险”类淹没单元, 同时应以十年一遇, 甚至五年一遇的洪水情景作为洪水防范工程措施布设的参考依据。