河槽汇流曲线法在大凌河流域水文预报中的应用研究

河槽汇流曲线作为一种"黑箱"河道演算方法具有应用灵活、原理简单等优点,以大凌河流域水文预报为例运用该方法进行模拟研究。结果表明:在不考虑基流的情况下,采用河槽汇流曲线在演算陡涨陡落洪水时其精度与马斯京根法相同;为提高模拟精度和有效的模拟河道下渗可对河槽汇流曲线上的值进行适当的调整,对于洪水的流量分配过程及滞后现象可利用曲线进行模拟;在时段转换过程中为有效避免河槽汇流曲线出现段值"均化"现象可利用三次样条插值拟合S累计曲线法,另外为保证拟合S累计曲线的合理性需要适当的修正拟合过程中线的凹形和凸形的特殊情况。     

河道洪水反流向演算过程迭代方法

在流域防洪调度中需要考虑河槽的调蓄作用,河道洪水反流向演算可以简化河库联合调度模型的求解;马斯京根法是河道洪水演算的常用方法,但不能直接用于解决洪水反流向演算问题;提出了马斯京根法和迭代试算相结合的过程迭代算法;实例表明方法是实用有效的。     

基于免疫粒子群算法的马斯京根模型参数识别

目前在河道汇流计算中广泛应用的是马斯京根模型,该模型参数的优化求解是影响能否精确模拟实测水文过程的关键问题.以往的模型参数求解大多采用试错法、矩法等方法,计算过程繁琐,计算精度不高,影响到模型的模拟精度.针对此类问题,笔者将免疫原理与粒子群优化算法有机结合.提出了免疫粒子群优化新方法,有效解决了传统方法的计算结果精度不高的问题,并在马斯京根模型参数优化求解中得以应用,结果表明免疫粒子群算法的计算结果精度令人满意,为河道洪水演算方面研究提供了一种新的研究方法和研究模式.     

分布式水文模型的GPU并行化及快速模拟技术

分布式水文模型对流域水文过程的应用深度及广度不断加深,常与数值天气及气候预报相结合,面临巨大的计算量。近年来GPU技术的进步使普通电脑能够实现高效而又廉价的并行计算。提出了资料插值、单元产流以及单元汇流采用GPU并行计算,马斯京根法河道汇流采用一种非并行的递归方法。基于笔记本电脑和NVIDIA GPU/CUDA结合C#语言,由分布式新安江模型在沂河流域的模拟应用表明,降水量空间插值及新安江产流的并行执行效率为普通CPU上C#的8~9倍。使用直接递归法实现马斯京根汇流演算比以往采用汇流次序表的执行效率提升0.5~0.9倍。     

具有行蓄洪区的河道流量演算方法探讨

以马斯京根流量演算法为基础提出了具有行蓄洪区时防洪系统流量演算的一般方法,是马斯京根法在具有行蓄洪区的河道洪水演算的推广应用.对行洪区的入流处理进行了讨论并提出了计算分流比的实用方法.最后以淮河中游王家坝到鲁台子河段为例,根据工程布局、水文站和水位站的分布将该河段分成10段,对12场洪水进行模拟预报计算,精度较高     

沂沭河流域大型水库至下游控制站河道流量演算方案研究

本文对沂沭河流域大型水库至下游控制站的河道流量演算方案进行了系统研究.文中根据马斯京根分段连续流量演算法原理.依据实测库、河中高水资料,分析确定了大型水库至下游控制站之间河段的特征河长及稳定流传播时间关系,建立了由水库泄洪最大流量和中游河道站洪峰流量推求河段代表流量的计算公式.使用本方案,可快速准确地将上游大型水库的泄洪流量过程汇流演算至下游控制站,能够有效提高下游控制站的洪水作业预报精度.     

VIC模型汇流方案的改进

VIC模型作为具有物理基础的大尺度水文模型得到了广泛应用,然而其现行汇流方案无法用于场次洪水的模拟。本文采用单位线法和Maskingum-Cunge法对模型的汇流方案进行了改进。以时段气象数据驱动VIC模型进行产流计算,以所改进的汇流方案进行汇流演算,对西江南宁以上流域的场次洪水过程进行了模拟,结果表明,改进的汇流方案可以较好的模拟出口断面的洪水过程,并对洪水的空间演进过程具有一定的描述能力。     

Nash瞬时单位线推演河道汇流的完整公式

Nash瞬时单位线是基于零初始条件而得到的,没有反映河道汇流的完整过程。通过拉普拉斯变换和数学归纳,推导出了考虑初始槽蓄量退水过程的完整Nash河道汇流公式。分析讨论了公式各项的物理含义,出口断面的流量应是河槽初始槽蓄量的退水过程与上游入流演算结果的叠加,据此建立了一种具有物理概念的河道洪水演算实时校正模型,通过实例分析验证了公式的实用性和合理性。完整公式是更为一般情形下的Nash河道汇流模型,一定程度上丰富和发展了现有Nash汇流理论,并可适当提高河道洪水演算的精度。     

目标函数对马斯京根法河道流量演算精度的影响

在用马斯京根法进行河道流量演算时,由于传统的试算法在精度和客观性上的欠缺,目前广泛使用最小二乘法来进行优化计算.在应用最小二乘法时,发现选择不同的目标函数会对最终的流量计算结果的精度产生影响.因此,本文应用了两种目标函数:河槽蓄量误差最小和出流量误差最小,推导了它们在最小二乘意义上的流量演进参数解析式,进而研究了对流量计算精度的影响.对3场洪水过程的模拟结果表明,以出流量误差最小为目标函数所获得的流量计算精度更高:与河槽蓄量误差最小相比,相对平均绝对误差分别降低了4%,25%和25%,说明使用出流量误差最小作为优化的目标函数更为有效.     

利用涨落洪规律建立洪水预报模型

为了提高大江河洪水预报精度,结合本地大江河洪水特性,提出利用涨落洪规律建立洪水预报模型。该模型可以解决以下两个问题：一是大江河预报河段上游站不能通过降雨径流关系推求入流过程,而需要作下游站洪水过程预报问题;二是按马斯京根法进行河道流演算的没有预见期的问题。     

滩槽流量分别演算法进行汾河下游河段洪水预报

汾河下游柴庄以下河段由于受人为和处在然等多种因素影响,河道发生持续淤积,过水能力大幅度降低,使河道行洪特点发生很大变化,正常洪水预报方法失效。     

神经网络理论在河道洪水预报中的应用

本文将神经网络用于松花江干流河道汇流计算和河道洪峰水位的预报.对各种转移函数的效果进行了比较,线性函数和双正切函的精度较好超过传统的马斯京根法,其中线性转移函数最好,说明对于大江大河线性转移函数最好.由上游断面洪峰水位预报下游断面洪峰水位也取得了良好的效果.     

长江干流宜昌至沙市河段地形法槽蓄量分析研究

为满足长江防洪规划的需要,以计算机技术量算了1998年长江宜昌至沙市河道地形图.考虑洞庭湖严重项托影响,建立了以莲花塘水位为参数的宜昌至沙市河段的槽蓄曲线,并用河段水量平衡方法进行了检验分析.应用到大洪水年份河段洪水演进中,显著地提高了洪水过程特别是最高洪水位的拟合精度.历次槽蓄量对比分析表明,本河段槽蓄量变化较为稳定.与传统方法比较,计算机技术具有高精度、高工效等显著优点.     

黄河下游高含沙洪水过程一维水沙耦合数学模型

采用浑水控制方程,建立了基于耦合解法的一维非恒定非均匀沙数学模型,用于模拟高含沙洪水演进时的河床冲淤过程.然后采用黄河下游游荡段1977年7—8月实测高含沙洪水资料对该模型进行率定,基于水沙耦合解法的各水文断面流量、总含沙量及分组含沙量的计算过程与实测过程符合更好,计算的沿程最高水位及累计河段冲淤量与实测值也较为符合.最后还采用2004年8月高含沙洪水资料对该模型进行了验证.模型率定及验证计算结果表明,采用一维水沙耦合模型计算高含沙洪水过程,能取得较高的精度.     

河道洪水实时预报的半自适应模型研究

提出和讨论了基于马斯京根流量演算河道洪水实时预报的半自适应滤波模型.在该模型中量测误差系列的协方差矩阵可以通过信息更新系列实时估计出来,只有模型误差系列的协方差矩阵需要预先给出.提出了一个处理区间入流较为合理、方便的方法.通过验证和应用说明了该模型的合理性.     

冰塞水位分析

高纬度地区河流冬季常形成冰塞,冰塞堵塞过流断面,使湿周增加,致上游水位升高,常因此产生凌洪灾害,冰塞的解体、溃决又常使下游产生灾害。冰期水位是冰塞演变和发展的重要结果之一,对于防灾减灾具有重要的参考价值。依据实验室资料和黄河河曲段的实测资料,针对直道和弯槽,对比分析了不同冰流量、不同初始水深和流速时模拟冰塞和天然河道冰期水位的变化规律。     

杭嘉湖地区洪水演进水动力学模型研究

杭嘉湖地区地势低洼,河网密布,圩洼众多,洪涝水组成复杂,洪水调度十分困难。根据杭嘉湖地区的下垫面条件,利用加拿大一维水动力模型(1-DM)对杭嘉湖地区河网洪水演进进行了探讨。经验证,1-DM计算结果满意,有较好的使用价值。     

Inundation Potentials Analysis for Tsao-Ling Landslide Lake Formed by Chi-Chi Earthquake in Taiwan

Without any omen, massive landslides induced by the Chi-Chi earthquake blocked up gorges of Ching-Shui creek, and produced a new landslide lake.Although emergency spillways have been constructed to prevent dam failures,overtopping and possible breaching may still occur due to excessive inflows in raining seasons. As a result, the downstream valleys will have serious inundation and the safety of people and properties will be in immediate danger. The purpose of this work is to simulate and to analyze the inundation potentials downstream of Tsao-Ling landslide lake using a hydrologic/hydraulic approach and GIS (Geographic Information System) technology. Hydrologic analysis is employed to describe regional rainfall-runoff characteristics andto design rainfall/runoff scenarios. One-dimensional dam break flood routings are performed with different return periods of rainfall events and dam failure durations for downstream creeks. The depletion hydrographs of dam break routings are applied into two-dimensional overland flow simulations for downstream lowlands. The results of hydraulic computations are evaluated with GIS maps for inundation potentials analysis, which can be usedto assist the planning of emergency response measures.