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三峡工程蓄水以来长江与洞庭湖汇流关系变化

水力发电学报 2013年第5期32卷 48-57页

作者：毛北平吴忠明梅军亚陶武亮长江水利委员会水文局长江中游水文水资源勘测局武汉430012 长江水利委员会水文局武汉430010 长江水利委员会水文局荆江水文水资源勘测局湖北荆州434000

三峡工程蓄水后,长江干流监利站同流量下的水位有一定降低,而城陵矶站和螺山站同流量下水位抬升。监利站流量为5000m3/s时水位下降1.0m左右,流量大于15000m3/s时无显著变化;城陵矶站流量为2500m3/s时水位抬高0.4m,流量大于10000m3/s时... 详细信息

三峡工程蓄水后,长江干流监利站同流量下的水位有一定降低,而城陵矶站和螺山站同流量下水位抬升。监利站流量为5000m3/s时水位下降1.0m左右,流量大于15000m3/s时无显著变化;城陵矶站流量为2500m3/s时水位抬高0.4m,流量大于10000m3/s时暂无显著变化;螺山站流量小于15000m3/s时水位无明显变化,但高水时期有所抬高,当流量为35000～45000m3/s时,蓄水后同流量下水位抬高约0.6m。长江与洞庭湖汇流区相互顶托比较严重,顶托关系与两者来流大小的相对关系密不可分。长江与洞庭湖顶托最小的最优流量比(城陵矶站与监利站流量比)在0.55～0.85之间,一般总流量越小,最优流量比越小。近段时期以来,由于四水加之三口分流减小引起城陵矶与监利站流量比减小,导致长江对洞庭湖的顶托加剧,抬高了城陵矶同流量相应水位,但另一方面由于城陵矶流量减小,降低了水位,两者可以部分甚至全部抵消。现阶段,螺山站同流量下相应城陵矶站水位没有发生明显变化,仅在高水(螺山流量大于等于25000m3/s)同流量下城陵矶水位抬高0.1～0.4m。三峡工程蓄水后,洞庭湖出流段水面比降呈逐渐减小趋势,鹿角-莲花塘平均水面比降较1991-2002年平均值减小22.8%,高水期间和枯水期间减小幅度达到30%左右。

关键词：防洪工程汇流关系三峡工程长江洞庭湖变化

不同LID建设方案在不同降雨条件下径流减控效果研究

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不同LID建设方案在不同降雨条件下径流减控效果研究

作者：李波河北工程大学

学位级别：硕士

开展海绵城市建设是解决当前城市内涝问题的有效途径,其核心是通过在汇水分区内进行LID(Low Impact Development)建设,改变下垫面的自然属性,减少场地径流外排。汇水分区用地类型及LID汇水方式对LID径流减控效果具有重要影响。以北京市... 详细信息

开展海绵城市建设是解决当前城市内涝问题的有效途径,其核心是通过在汇水分区内进行LID(Low Impact Development)建设,改变下垫面的自然属性,减少场地径流外排。汇水分区用地类型及LID汇水方式对LID径流减控效果具有重要影响。以北京市某海绵建筑小区为例,构建SWMM精细化数值模型,选择了4个典型不同下垫面特征汇水单元,模拟分析了各汇水单元经LID建设后在不同重现期降雨情景下径流减控规律。在此基础上选择该建筑小区一个典型排水单元为研究对象,通过改变汇流路径概化得到6种LID建设方案,包括4种汇流关系(道路与LID的汇流关系以及LID之间的连接关系为“串联+串联”、“串联+并联”、“并联+串联”、“并联+并联”),以降雨历时为60min、120min和720min,降雨量为30mm、50mm、70mm的Pilgrim&Cordery(P&C)设计降雨为模型的水源输入,模拟分析了不同汇流关系方案径流减控规律,建立了平均降雨强度与径流系数、洪峰和洪量削减率的相关关系。主要研究结果如下:(1)在低重现期降雨下,透水比例占比较大的汇水单元径流系数最小,而在高重现期降雨下,透水铺装占比较大的汇水单元径流系数最小;透水铺装削减洪峰的效果优于植草沟、生物滞留设施等措施;LID接受更多客水的汇水分区对径流的影响更为显著,效果更加明显;在汇水单元内布置LID措施能够削减其对流域出口径流量贡献率;(2)完全串联的方案径流系数和洪水总量最低、洪量削减率最大,但在高强度的降雨下峰值最高,削减率最低;随着降雨量级的增加,削减率指标有“持续增加”、“持续减小”和“先增后减”的趋势,其中完全串联的方案削减率指标表现为“持续减小”单一的变化趋势且洪峰流量增加最为明显,在60min、70mm的降雨下达到最大,显著高于其它改造方案;(3)径流系数与平均降雨强度为对数函数形式,削减率指标与其呈线性负相关或正相关。不同汇流关系的LID建设方案洪峰和洪量最优削减率不一定对应同一场降雨,洪量削减效果差的方案洪峰削减效果不一定不好。

关键词：海绵城市低影响开发径流减控汇流关系

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流域土壤侵蚀评价中的河流拓扑分析

流域土壤侵蚀评价中的河流拓扑分析

作者：蒋好忱西北大学

学位级别：硕士

为了完整的分析和评价土壤侵蚀中的“分离——搬运——沉积”过程,建立完善的侵蚀产沙预报模型,建立和分析水文网络拓扑关系是必要的。已有的水文网络拓扑分析对沟谷系统中的淤地坝、湖泊等对水沙汇集的影响关注不够。本研究以韭园沟流... 详细信息

为了完整的分析和评价土壤侵蚀中的“分离——搬运——沉积”过程,建立完善的侵蚀产沙预报模型,建立和分析水文网络拓扑关系是必要的。已有的水文网络拓扑分析对沟谷系统中的淤地坝、湖泊等对水沙汇集的影响关注不够。本研究以韭园沟流域为研究对象,收集整理了该地区的文献、数据、影像资料,在考虑淤地坝的条件下,对中小流域河流拓扑关系的建立和分析方法进行了比较系统的研究,主要结果为： (1)基于高精度DEM,对韭园沟流域中的水系径流节点、河流弧段、流域和子流域范围三种不同类型的水文地貌要素进行了提取,并计算了与其相关的地形地貌参数;(2)基于韭园沟地区的有关地面调查资料及遥感影像,对韭园沟流域中的淤地坝数据进行了解译,将淤地坝纳入河流拓扑分析;(3)采用空间数据叠加分析并编写程序建立了韭园沟水文网络拓扑结构以及流域汇流关系,分析了淤地坝对水流来源以及汇流累积量变化的影响;(4)初步试验结果表明,经过该研究流程建立的韭园沟流域水文网络拓扑关系,以及流域汇流关系,符合客观规律和实地状况,能够有效的对韭园沟流域水文状况进行表达。

关键词： Hc-DEM 淤地坝拓扑网络汇流关系

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基于DEM的流域水文网络建立方法研究

基于DEM的流域水文网络建立方法研究

作者：刘先龙西北农林科技大学

学位级别：硕士

径流和泥沙物质向沟道的汇集和通过沟道网络系统的运移过程,是水文和侵蚀模拟的重要环节,而流域之间汇流关系的建立,则是流域水文和侵蚀模型的基础。然而,使用目前方法所建立的数字流域水文网络及其所表达的流域汇流关系难以被数字水文... 详细信息

径流和泥沙物质向沟道的汇集和通过沟道网络系统的运移过程,是水文和侵蚀模拟的重要环节,而流域之间汇流关系的建立,则是流域水文和侵蚀模型的基础。然而,使用目前方法所建立的数字流域水文网络及其所表达的流域汇流关系难以被数字水文模型调用,不能有效的为水文和侵蚀模拟服务。因此,对水文网络的建立及其汇流关系的演算的研究具有很高的现实意义和科学价值。本文在收集整理了国内外关于如何建立数字水文网络,以及水文网络中水文要素拓扑关系的各种研究资料的基础上,对比各种方法,选择了利用数字高程模型(DEM)提取水文地貌要素空间数据,建立基于矢量拓扑数据结构的流域水文网络,并演算流域的汇流关系。此方法结合了现有的构造流域汇流关系的两种方法(一种是基于计算机图论的节点深度优先遍历的递归可视化编程技术;另一种是基于DEM生成流域和河网数据后,人工建立河流和流域的对应关系)的优点,数据结构成熟,程序维护方便,工作流程高效。本研究首先以数字高程模型(DEM)为数据基础,进行流域水文特征提取,获得水文节点、河流边线和子流域等水文地貌要素空间数据。然后,设计矢量流域水文网络模型,从而使用矢量数据叠加分析方法和编程实现水文网络的建立和流域汇流关系的演算。本研究选取陕北黄土高原的县南沟流域进行实验,应用以上方法和流程,提取了县南沟流域的水文地貌要素空间数据,并建立了县南沟流域的流域水文网络,演算出流域汇流关系。实验结果表明,经过本研究方法建立的县南沟流域水文网络拓扑关系(流域汇流关系)符合实际实际情况,能够完整描述县南沟流域水文状况。从而说明,本文中所提出的建立流域水文网络及其汇流演算的方法是一次有意义的尝试。

关键词： DEM 水文网络矢量拓扑数据结构汇流关系

基于SUSTAIN模型的LID径流控制效果模拟与优化研究

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基于SUSTAIN模型的LID径流控制效果模拟与优化研究

作者：王旭西安理工大学

学位级别：硕士

城市化改变了下垫面类型,导致硬化面积增多,降雨径流无法入渗至土壤层,增加了城市内涝风险,使水环境污染问题更加严重。为解决上述问题,我国提出了海绵城市理念,低影响开发(Low Impact Development,LID)措施作为实现海绵城市理念的重要... 详细信息

城市化改变了下垫面类型,导致硬化面积增多,降雨径流无法入渗至土壤层,增加了城市内涝风险,使水环境污染问题更加严重。为解决上述问题,我国提出了海绵城市理念,低影响开发(Low Impact Development,LID)措施作为实现海绵城市理念的重要技术手段,可以有效削减径流量,净化雨水水质。本研究以西安市某办公住宅小区为研究对象,基于SUSTAIN模型建立研究区的雨洪模型,根据LID措施汇流关系设计LID方案,模拟不同降雨条件下不同方案的水量水质状况,评估LID措施对径流量和污染物的控制效果,揭示LID汇流关系对径流控制效果的影响,并利用遗传算法优化模块,优化LID规模配置。主要研究成果如下:(1)对西安市降雨特性进行了分析,概化了研究区的汇水区和雨水管网系统,结合下垫面属性、水文气象、地形地貌、土壤及地下水等资料构建了 SUSTAIN模型,利用径流系数法验证了模型精度,结果表明:西安市多年降雨量平均值为634.5mm,年降雨量呈现缓慢增长趋势,最大日降雨量呈增长趋势;降雨事件主要集中在7-9月份,降雨事件等级主要为小雨和中雨;不同降雨事件下模拟径流系数的变异系数均在±5%以内,说明模型精度较好,可用于降雨径流模拟分析。(2)通过LID措施比选为研究区确定了雨水花园、下沉绿地、透水铺装、植草沟、雨水罐等五种LID措施,根据LID措施汇流关系设计了三种LID方案,其中方案一 LID措施均按照并联方式设置;方案二将雨水罐分别与雨水花园、下沉绿地串联,其他LID措施按照并联方式设置;方案三将雨水罐分别于与雨水花园、下沉绿地串联,透水铺装分别于与雨水花园、下沉绿地、植草沟串联。输入设计和实际年降雨数据模拟水量水质情况,模拟结果表明:LID措施可以有效推迟产流时间、峰现时间、削减峰值流量和径流总量。在设计降雨条件下,三种方案的径流总量控制率均大于78.4%,峰值流量削减率均大于17.2%,污染物负荷削减率均大于66.6%,污染物峰值浓度削减率均大于3.8%;在实际年降雨条件下,方案一、二、三的年径流总量控制率均大于85%,污染物负荷削减率均大于69%。设计降雨与实际年降雨条件下水量水质控制效果均表现为方案三>方案二>方案一,可见LID之间的汇流关系显著影响径流控制效果,串联关系会增加LID措施之间的连通性,增长汇流路径,增加LID措施对降雨径流的处理时间,导致LID串联方式在综合效能上优于LID并联方式。(3)利用SUSTAIN模型遗传算法优化模块,对方案三LID措施规模配置进行优化,得到最优配置,结果表明:径流总量控制率和SS污染负荷削减率均随着LID措施成本的增加而增加,但径流控制效果与LID措施成本为非线性关系,LID成本增加至一定阈值,再增加径流控制效益需投入大量成本,因此在可适建范围内不必要都设置LID措施,在某一汇水区内,设置一定面积比例的LID措施即可达到控制目标,根据经济因素和控制效果合理规划LID配置,可避免资源浪费。配置2为最优配置,LID建设成本为133.2万元,较优化前节省了 362万元,LID措施面积比例占总面积21.9%,年径流总量控制率为86.5%,不同降雨重现期下的径流总量控制率在70%以上,COD、SS、TP、TN等污染物削减率在80%以上。

关键词：海绵城市 SUSTAIN模型低影响开发汇流关系