通过流量放大减小水文模拟与预报不确定性的应用研究

应用TOPMODEL模型,采用普适似然不确定估计(GLUE)方法,以属于半干旱地区的东湾流域为例,探讨径流系数在水文模拟与预报中的影响作用。通过其影响来提高径流系数较低地区的模拟精度,减小水文模拟与预报的不确定性。研究发现,模拟精度随着径流系数增大而提高,并在径流系数为0.5附近达到峰值后逐渐降低。基于此通过流量放大的改进方法进行东湾流域的水文模拟,改进后的结果有较大改善。     

基于人工鱼群算法和模糊C-均值聚类的洪水分类方法

为了克服模糊C-均值聚类(FCM)算法依赖初值的缺点,引入人工鱼群算法(AFS)建立一种新的聚类算法,应用于洪水分类研究。该算法将聚类中心看作食物源,通过样本抽样产生初始鱼群,利用人工鱼群算法能全局寻优和快速收敛的特点,得到一个较优的初始聚类结果,再使用FCM算法进行局部搜索,以避免因初值选取不当,而有可能陷入局部最小的缺陷。该方法应用于对西江流域洪水资料的分析结果表明,新算法具有比FCM算法更好的性能表现,使得到的分类结果更加准确合理。     

基于径流丰枯分类的月水量平衡模型参数响应研究

针对变化环境下水文模型参数的时间变异性如何影响径流模拟的准确性问题,提出依据径流丰枯分类后对水文模型分别率定和验证。通过常规法和集对分析法对清江流域径流丰枯分类,并将不同径流丰枯年份对应降水、蒸发输入到两参数月水量平衡模型中,率定各丰枯类型下的模型参数值,并分析不同频率的径流差异情况。结果表明:集对分析法分类后两参数月水量平衡模型的C参数值规律为枯水年平水年丰水年,常规法则为枯水年平水年丰水年; SC参数值的规律在两种方法下表现类似。从年际变化看,模型效率系数基于集对分析法分类时较大,且对于不同丰枯年份下的径流模拟更接近实测值。从年内分配看,基于集对分析法的不同频率高、中、低水相对误差综合表现优于常规法。基于此进行的交叉模拟进一步发现,使用比当前状态偏湿润年份的参数值,得到的径流响应均为增大;反之则径流响应均为减小,且所使用参数值条件与基准条件变化的幅度越大,径流响应增大或者减小的幅度就越大。     

快速城镇化进程中典型冲洪积扇地下水化学演变特征及影响因素解析

滹沱河冲洪积扇含水层是石家庄市重要的地下水源,在城市供水安全保障中发挥着重要作用。开展地下水化学演变特征及影响因素分析,可科学的识别人为活动对地下水化学的影响,从而为保障地下水安全提供重要依据。通过水化学方法和多元统计方法,对研究区109组地下水和7组地表水样品的16组化学指标进行分析研究。结果表明,地下水HCO_3和HCO_3·SO_4型水在全区分布广泛,HCO_3·Cl和Cl·HCO_3型水主要分布在滹沱河冲洪积扇顶部的南部区域及滹沱河以北的藁城-无极一带。不同时段地下水化学数据对比分析结果显示,研究区地下水化学类型种类由少变多,呈现复杂化的演变特征,且受人类活动影响的地下水化学类型分布范围呈增加趋势。主成分分析结果显示,研究区地下水化学演化主要受控于地下水超采和水岩作用,其次为污水入渗和粪肥渗滤。     

澜沧江小湾水电站坝前水温垂向分布特征

水温是水生态系统中关键的环境因子,对水生生物的生存繁殖和水环境系统生态平衡具有重要作用。大型水库建成蓄水后改变原有河道水温结构,垂向上会出现水温分层现象。以澜沧江小湾水电站为研究对象,获取坝前1～200m水深不间断高密度水温数据,开展小湾水电站坝前垂向水温分布特征研究。结果表明:小湾水库为典型分层型水库,坝前水温存在全年分层现象,夏季分层现象最明显,冬季分层现象最弱;表底层水温年平均温差达8.14℃,水温相对水深年变化率为0.05℃/m;坝前表层水温与气温呈正相关关系,水温最值出现时间较气温滞后;温跃层厚度变化趋势与深度相反,温跃层深度随季节发生变化,春季温跃层深度下降,冬季上升,夏秋两季处于稳定状态。     

南水北调中线干渠藻类增殖潜势的数学分析方法与建议

针对南水北调中线干渠存在的藻类增殖风险问题,基于氮磷等营养物质及藻类孢子的大气沉降为汇入源的前提假设,采用沃伦韦德尔模型以及河南、山东、京津冀地区氮沉降平均值及全国磷沉降平均值,对中线干渠全线的营养物质累积趋势进行了估算。结果表明,渠水到达监测点三里屯后,渠水中的营养物质累积浓度会超过富营养化阈值;综合考虑大气中藻类孢子沉降的影响,结合藻类增殖的Monod模型,对文献报道的中线藻类数量空间分布数值进行了拟合,估算出中线干渠藻类生长速率在0.21～0.46个/d范围内波动,取得了相对中值误差为23.71%的估测结果;并在此基础上,提出了可提高预测结果精确度的监测方案。     

基于SWMM的城市雨洪径流模拟研究——以广州市猎德涌流域为例

近年来随着城市化水平的提高及极端天气的频发,中国许多城市遭受了严重的城市内涝灾害。为了减少城市内涝带来的经济损失和人员伤亡,保证城市的正常运行,对城市内涝灾害进行研究具有重大的实际意义。应用SWMM模型,以广州市猎德涌流域为研究对象,构建了猎德涌流域的雨洪模型,模拟了不同重现期降雨条件和不同城市化程度情景下的地表径流。结果表明,子汇水区的径流总量和洪峰流量以及径流系数会随着降雨强度的增大而增大,且增幅都有变小的趋势。随着城市不透水面积比例的提高,子汇水区降雨入渗量减少,径流总量和洪峰流量增加,径流系数增大。同时,对同一地区,重现期短的降雨条件下城市化的水文效应表现得更加明显。研究结果揭示了不同重现期降雨情景下城市地表径流规律以及不同城市化水平对雨洪径流的影响,为城市内涝治理提供了依据。     

基于SWAT模型对气候变化与人类活动影响下径流变化的量化分析

近年来在气候变化和人类活动共同影响下,海河流域径流出现了较为严重的减少趋势。为厘清气候变化和人类活动对不同类型流域径流变化的影响,分别以海河流域中受人类活动影响较为显著的漳河上游流域和受人类活动不显著的滦河上游流域作为研究对象,基于近60年的实测径流资料,验证了SWAT模型在海河典型流域的适用性;构建了基于SWAT模型的径流变化归因分析模型,分析了两种不同类型流域径流变化特点和两种影响因素的各自贡献率,进而系统分析并对比了不同驱动因素下两流域径流变化的差异特征。结果表明:近60年来两流域的径流均呈现下降的趋势,漳河上游以人类活动为主导因素,其贡献率为65%;滦河上游则以气候变化为主导因素,其贡献率为89%。相较于滦河上游流域,受人类活动影响显著的漳河上游流域流量值分布更为离散、下降更为明显,且对平水年和枯水年的影响更为显著。     

面向区域尺度径流调控的调蓄池设置分析

雨水调蓄池作为海绵城市建设中发挥关键性作用的灰色基础设施中的重要部分,其形式和容积影响着海绵城市建设的雨水控制效果。以位于广州市南沙区某新建工程区为研究对象,概化区域并构建SWMM模型,模拟评估了布置的LID设施对区域径、出流的控制情况,并设置不同容积及形式的调蓄池,模拟其在不同重现期设计降雨条件下对峰值流量的控制效果,发现不同形式的调蓄池对雨水控制的效果不同,且各容积分流式调蓄池均存在一个使峰值流量削减率达到最大的“最优”偏移量。以控制系统出流量峰值为目标确定研究区在管网末端以380 m³/万m²硬化面积的设置标准布置截留式调蓄池,或以350 m³/万m²硬化面积、偏移量为0 m的设置标准布置分流式调蓄池为宜。