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基于水文水动力耦合模型的山区小流域洪水预报

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水文 2020年第5期40卷 28-35页

作者：蒋卫威鱼京善赤穗良辅陈基培姜淇李卢祎北京师范大学水科学研究院数字流域实验室北京100875 冈山大学环境与生命科学研究所日本冈山700-8530

开展无资料地区洪水模拟研究具有重要意义。针对于无资料地区洪水预报的挑战性,以我国东南沿海典型山区小流域—梅溪流域为例,构建了山区水文-城区水动力耦合模型。山区水文模型经河道计算流量率定后,模拟了2016年“莫兰蒂”台风场景下... 详细信息

开展无资料地区洪水模拟研究具有重要意义。针对于无资料地区洪水预报的挑战性,以我国东南沿海典型山区小流域—梅溪流域为例,构建了山区水文-城区水动力耦合模型。山区水文模型经河道计算流量率定后,模拟了2016年“莫兰蒂”台风场景下的城区洪水淹没过程。结果表明,模拟最大淹没水深结果与城区17处洪水淹没痕迹吻合较好,验证了耦合模型的适用性。分析了“莫兰蒂”台风场景下重点区域的淹没水深与历时。此外,根据不同重现期的设计降雨,分析了城区淹没水深与淹没范围。同时,重现期越大,城中心区域洪水滞后时间越短。

关键词：水文水动力耦合莫兰蒂台风山区小流域洪水预报 BTOPMC模型

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小流域水文水动力耦合模型的研究及应用

小流域水文水动力耦合模型的研究及应用

作者：王达桦华北水利水电大学

学位级别：硕士

在水灾害、水生态、水资源等河湖问题多发的背景之下,由当地政府首先提出具有中国特色的创新性河湖管理制度—河长制,打破了现有的九龙治水的局面,把河湖治理的任务统一并化解相关河湖问题,在河长制的九大主要任务之中,河道薄弱环节问... 详细信息

在水灾害、水生态、水资源等河湖问题多发的背景之下,由当地政府首先提出具有中国特色的创新性河湖管理制度—河长制,打破了现有的九龙治水的局面,把河湖治理的任务统一并化解相关河湖问题,在河长制的九大主要任务之中,河道薄弱环节问题被视为河道防洪管理任务的重要因素之一。河道洪水数值模拟是河道防洪管理的重要技术手段,当前河道洪水过程模拟主要分为以水量平衡和槽蓄方程为基础的水文学方法为主和以圣维南方程为基础的水动力学方法为主两大类,前者难以模拟河道地表淹没过程,后者对河道洪水淹没过程的水文机制考虑不足。为了在研究河道洪水的水文过程和水动力的过程机理,采用水文与水动力过程及一二维的水动力耦合机制,通过数值模拟的方法来计算河道洪水演进过程,以模拟结果了解现有河道过流情况的同时,分析现有河道的防洪能力,以此预测洪水灾害范围,从而达到预防的目的。为河长制建立洪水预测信息化管理系统提供技术基础。本次研究运用MIKE系列软件,以河南省**市里湾河为例,基于水文与水动力过程及一二维的水动力耦合,构建MIKE FLOOD耦合数值模型进行洪水数值模拟,开展小流域河道洪水的水文水动力耦合模型的数值研究。此次研究的主要成果如下:1、从Google earth地图提取出流域的地形高程数据,制作出MIKE地形高程文件,对无人机采集的地形资料进行局部河道断面的提取,结合地形高程数据制作出构建水文模型及一、二维水动力模型的地形数据,并结合相关资料对河道的糙率及模型其他参数进行选取。2、阐述了MIKE水文模型与水动力模型的的基本原理,分析了模块间的结构和过程的耦合机制。运用基础数据,构建出水文水动力耦合模型。在模型的耦合过程中,首先对MIKE SHE水文模型与MIKE 11一维水动力模型进行单向的松散耦合,再对MIKE 11一维水动力模型与MIKE 21 FM二维水动力模型进行紧密耦合,最终构建出符合山丘、平原复合型河道特性的水文水动力耦合模型。3、采用划分山丘、平原区域这种新方法来计算设计洪水过程线,应用HEC-RAS软件对河道进行洪水的水面线模拟计算,并将HEC-RAS的计算结果与收集到的实测资料进行对比分析,判断HEC-RAS模型结果的合理性。再将其结果与水文水动力耦合模型的模拟计算结果进行对比分析。最终得到水文水动力耦合模型比HEC-RAS模型精度更符合实际情况的结论。4、结合洪水模拟成果对河道过流情况进行分析,并制作成10年一遇洪水淹没分析图,为河长制的信息化管理提供技术支撑。

关键词： MIKE SHE MIKE11、21 水文水动力耦合洪水淹没分析

基于水文水动力模型的LID措施对城市内涝风险的影响研究

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武汉大学学报（工学版） 2022年第11期55卷 1090-1101页

作者：周延佘敦先夏军王月玲吴盈盈武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 武汉大学海绵城市建设水系统科学湖北省重点实验室湖北武汉430072 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101

以武汉市某典型区域作为研究对象,构建了基于暴雨洪水管理模型(storm water managment model,SWMM)和二维地表水动模型NewFlood的水文水动力耦合模型,结合层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)-熵权法计算得到的组合权重,采用指... 详细信息

以武汉市某典型区域作为研究对象,构建了基于暴雨洪水管理模型(storm water managment model,SWMM)和二维地表水动模型NewFlood的水文水动力耦合模型,结合层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)-熵权法计算得到的组合权重,采用指标体系法评估了研究区域的内涝灾害风险,对比了不同强度降雨下有低影响技术(low impact development,LID)和无LID情景下的区域内涝风险空间分布,量化分析了LID措施对城市内涝风险削减的影响效果。结果表明:通过在研究区布设LID措施可以明显降低区域内的内涝灾害风险,但LID措施对不同强度降雨条件下内涝风险的削减效果有一定差异。在5年一遇重现期降雨情况下,研究区内有16个分区的内涝风险大幅减小,随着降雨重现期的增加,LID措施对内涝风险的缓解效果相应减弱。本研究可为城市小区域尺度下的内涝灾害风险评估提供一定的理论支撑和参考作用。

关键词：洪涝风险风险分析 LID措施 SWMM 水文水动力耦合 AHP-熵权法

基于InfoWorks ICM的城市河网调控与分析--以福州市仓山区龙津阳岐片区为例

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南水北调与水利科技（中英文） 2023年第4期21卷 770-779页

作者：周紫蕊廖卫红雷晓辉梁永帅中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083 中国水利水电科学研究院北京100038

针对典型感潮河网地区水环境污染日趋严重与洪涝灾害频发的问题,为优化河网水动力和降低河道漫溢风险,基于Info Works ICM(integrated catchment management)模型建立福州市仓山区龙津阳岐片区城市水文模型与一维河网水动力耦合模型,以2... 详细信息

针对典型感潮河网地区水环境污染日趋严重与洪涝灾害频发的问题,为优化河网水动力和降低河道漫溢风险,基于Info Works ICM(integrated catchment management)模型建立福州市仓山区龙津阳岐片区城市水文模型与一维河网水动力耦合模型,以2022年6月14日实测降雨及河道水位数据对模型参数进行校准,平均纳什效率系数为0.78,平均洪峰误差为1.5%。设计并模拟3种晴天工况和3种“卢碧”台风雨天工况,结果表明:晴天从无调控到工况3,随着引水量的增加,河网平均流速逐步增加,总体增加66.4%,河道水动力提升显著;雨天从原有调控工况到工况3,随着河道预降水位值增大,关键断面平均超警历时逐步减少,总体下降73%,河道漫溢风险明显降低。构建河网水文水动力耦合模型和工况优选,可为仓山区进一步提升河网水动力与城市汛期洪涝灾害防治能力的方案制定提供决策依据,也可为其他同类研究提供借鉴。

关键词：南台岛双向感潮河网水文水动力耦合情景调控河网平均流速超警历时

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基于SWMM的城市河网情景调控与分析研究

水利水电技术（中英文） 2023年第5期54卷 15-26页

作者：汤青峰彭立云蒋永红宋建雷梁永帅周紫蕊廖卫红淮安市淮安区建筑工程发展服务中心江苏淮安223299 杭州领图信息科技有限公司浙江杭州311200 淮安首创生态环境有限公司江苏淮安223001 中国水利水电科学研究院北京100038

【目的】城市河网调控与分析是防治城市洪涝灾害与水环境恶化问题的重要非工程措施,对不同情景对城市河网进行调控与分析是很有必要的。针对淮安市淮安区洪涝频发与河网水动力不足的问题。【方法】基于SWMM建立了淮安区某片区城市水文... 详细信息

【目的】城市河网调控与分析是防治城市洪涝灾害与水环境恶化问题的重要非工程措施,对不同情景对城市河网进行调控与分析是很有必要的。针对淮安市淮安区洪涝频发与河网水动力不足的问题。【方法】基于SWMM建立了淮安区某片区城市水文模型、一维河网水动力模型,并进行耦合,并以2021年6月17日实测降雨及河道水位数据对模型参数进行了校验,设计并模拟了3种晴天工况和3种雨天工况。构建城市河网水文水动力耦合模型,结合城市河网调控手段,设计并模拟多种工况,对河网流速及水位超警历时进行量化计算与空间分析。【结果】结果显示:模拟模型纳什效率系数为0.79;3种晴天工况调控下,全区河网流速分别达到0.413 m/s、0.509 m/s和0.576 m/s;3种雨天工况调控下,河网关键断面水位平均超警历时分别为88 min、68 min、51 min。【结论】结果表明:晴天工况调控下,工况3较工况1全区河网流速总共增加了0.163 m/s,河网水动力条件得到明显改善;雨天工况调控下,3种雨天工况河网关键断面水位平均超警历时较无调控工况分别减少13.72%、33.33%和50.00%,总体下降50%,河道在暴雨前预排预降效果明显。研究成果可以为典型城市河网情景调控与量化分析提供一定技术支撑。

关键词：淮安区城市河网水文水动力耦合情景调控降雨气候变化径流城市洪涝灾害

排水管网系统堵塞与拍门对城市水动力过程的影响研究

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水资源与水工程学报 2021年第1期32卷 143-150页

作者：蒋卫威鱼京善陈基培陈寅生刘艳民刘源北京师范大学水科学研究院城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室北京100875 珠江水资源保护科学研究所广东广州510611 泉州市晋江河道堤防管理处福建泉州362000

为揭示管网系统堵塞与防倒灌拍门对城市水动力过程的影响,以东南沿海山区小流域-梅溪流域为例,构建了山区水文城区水动力耦合模型。耦合模型经过验证,适用性较好。定量开展了管道堵塞与拍门对城市水动力过程的影响研究,结果表明:从空间... 详细信息

为揭示管网系统堵塞与防倒灌拍门对城市水动力过程的影响,以东南沿海山区小流域-梅溪流域为例,构建了山区水文城区水动力耦合模型。耦合模型经过验证,适用性较好。定量开展了管道堵塞与拍门对城市水动力过程的影响研究,结果表明:从空间上来看,识别出了堵塞不利影响最大的管段;在堵塞程度上,管段尽量不要堵塞超过内径的20%。在不同的重现期下,最大淹没水深和峰现时间对堵塞不敏感,而高重现期下,淹没历时对堵塞十分敏感。此外,管网系统排水口安装防倒灌拍门后,各重现期的最大淹没水深与最大淹没面积均略有减小。更重要的是,拍门在减少淹没历时上发挥了积极作用。本研究可以为梅溪流域的洪水预报、管道清淤及防洪管理提供技术支撑。

关键词：水文水动力耦合排水管网系统堵塞防倒灌拍门排水口 BTOPMC模型 FLO-2D模型山区小流域

大陆泽及宁晋泊蓄滞洪区洪水风险实时分析系统研发

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中国防汛抗旱 2017年第2期27卷 16-22页

作者：吴滨滨刘凤彩喻海军孙宏图马建明高佳张洪斌中国水利水电科学研究院北京100038 水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心北京100038 河北省防汛抗旱指挥部办公室石家庄050011

为探索洪水风险图成果应用,选取海河流域第一大蓄滞洪区——大陆泽、宁晋泊作为试点,开展洪水风险实时分析技术及系统研发。项目针对蓄滞洪区特点,构建了上游小流域水文模型,以及蓄滞洪区一二维耦合水动力模型,结合实时雨水情,实现了水... 详细信息

为探索洪水风险图成果应用,选取海河流域第一大蓄滞洪区——大陆泽、宁晋泊作为试点,开展洪水风险实时分析技术及系统研发。项目针对蓄滞洪区特点,构建了上游小流域水文模型,以及蓄滞洪区一二维耦合水动力模型,结合实时雨水情,实现了水文—水动力耦合的洪水风险实时分析。其中,水文模型实现对上游河道的实时/未来(预报降雨)洪水预报;一二维耦合水动力模型,通过在二维网格边元概化一维河网,可快速(少于30 min)完成历时一周的洪水模拟,并考虑入渗影响及堰闸、分区滞洪的实时调控。在此基础上,基于自主研发GIS平台,建立洪水风险实时分析系统,实现了上游不同来流及蓄滞洪区不同调度运用情况下的实时洪水演进和风险评估。

关键词：水文水动力耦合一二维耦合洪水风险实时分析