基于遗传算法的扩散波洪水演算参数的确定方法

大量的理论分析和实际洪水演算表明,扩散波方法是一种既具有足够精度又相对简单的一类洪水演算方法。以线性扩散波方程在自由下边界条件下的解析解为例,利用遗传算法来确定扩散波方程的参数。遗传算法和一般的优化算法不同,它具有全局寻优能力,一般能得到问题的最优解或准最优解,是一类优秀的非线性函数优化方法。实例计算结果表明,采用遗传算法所得到的参数精度较高,可以类推到其它水文模型的参数率定中去。     

扩散波水位解析解模型的应用研究

扩散波方程被广泛地应用于河道洪水演算之中。考虑下边界的回水作用以及旁侧入流的影响，建立了扩散波水位解析解模型。由该模型可知，河道任一断面处的水位变化分别由上边界水位变化所造成的影响量、下边界回水控制的影响量以及由于旁侧流量加入的影响量三项叠加而成，这三项分别由它们所对应的响应函数来描述。将该模型应用于沂河水位演算之中，得到了较高的计算精度。     

具有预见期的洪水演算方法研究

利用线性运动波方程数值解的数值扩散,在一定条件下可以模拟扩散波物理扩散的观点来建立洪水演算方法,是一条不同于通过槽蓄理论建立洪水演算方法的新途径.本文采用一种新的差分格式,导出了一种新的本身具有预见期的洪水演算方法,不仅给出了用数值扩散模拟物理扩散的条件,而且给出了保证计算成果稳定性的条件.提供的计算实例表明,该法可取得具有一定预见期的令人满意的预报成果     

扩散波的时空反演与洪水实时预报技术

以扩散波方程描述天然河道中的洪水波运动规律。将数学物理反问题理论和离散反演算法与河道流量演算相结合提出了扩散波实时预报的方法。该法的特点是在求解流量场Ｑ（ｘ,ｔ）的同时反演计算扩散波波速Ｃ（ｘ,ｔ）和扩散系数Ｄ（ｘ,ｔ）,根据不断监测的新信息系列,直接利用原偏微分方程进行参数的实时校正和预报过程实时修正。     

Muskingum法及其分段连续演算的若干理论探讨

根据水力学原理和洪水波运动理论,通过对Muskingum法的关键参数X与特征河长、扩散波动力方程和运动波数值扩散之间关系的分析,给出了X更为全面的物理解释;证明了Muskin gum法槽蓄方程是扩散波动力方程近似的表达;指出了Muskingum法演算公式在一定条件下是扩散波方程的二阶精度解。讨论了Muskingum法的使用条件和分段连续演算的必要性;应用Z 变换方法导出了Muskingum法的分段连续演算的汇流系数公式。     

感潮河段双向波水位演算模型验证

假设感潮河段洪水位可以视作上游洪水波和下游潮水波双向传播后的叠加,根据从水量平衡方程和槽蓄方程推导出的水位演算基本方程建立感潮河段双向波水位演算模型。通过建立理想模型采用3个试验对双向波水位演算模型的洪潮分离假设条件、模型稳定性、合理性及有效性进行分析,来论证洪潮分离理论的可行性。结果表明,基于洪潮分离理论假定建立的双向波水位演算模型结构合理,模拟精度较高。     

线性扩散波方程解析解及其在水位预报中的应用

提出一个可考虑回水顶托及旁侧入流影响的线性扩散波方程水位解析解模型,并对其响应函数特性进行了研究。该模型是一个集总参数的水位预报模型。模型只包括:谢才系数C和反映河道断面不规则影响的扩散系数DK,并可由试错或优化法求出。对于给定的上、下边界条件和旁侧入流,模型可快速给出各内插断面的水位过程。选用长江荆江河段1981年～1990年34次洪水资料进行参数率定,1991年～1993年7次洪水资料进行模型检验,结果令人满意。     

水库洪水预报简图法

水库洪水预报简图法,是近几年来我们研究、使用的一种方法。经在我省实际应用表明:它可较快地、准确地预报大、中、小型水库的最高水位、最大溢洪流量及其出现时间。现就入库概化流量过程线,各种水库入流水量、历时查算图,调洪演算     

马斯京根-康吉洪水演算方法的稳定性分析

基于运动波差分解的数值扩散,在一定条件下可以模拟扩散波物理扩散的概念,利用有限差分方法,建立了马斯京根-康吉洪水演算方法.对于该差分格式中的权重系数X,国内外长期以来没有统一的定论.本文据此利用Von Neumann稳定性分析方法,对该差分格式进行了较为深入的分析,且得到了该差分格式的稳定性条件.     

线性扩散波洪水演算模型研究

扩散波概念的提出至今已有近半个世纪。在前人研究的基础上,着重讨论如何把扩散波解析解用到天然河道的洪水演算中去,即通过把入流过程离散成带常系数的单位矩形入流之和,将单位线概念引入具有自由下边界的线性扩散波洪水演算模型,并给出了确定天然河道Ｃｋ和μ的实用方法。用于黄河下游６个河段的洪水演算获得了令人满意的成果。扩散波洪水演算模型,继承了水力学方法的长处,又具有水文学方法的优点,可能有罗好的开发应用前景     

Assessing flood inundation mapping through estimated discharge using GIS and HEC-RAS model

Water discharge is the main parameter in hydraulic modeling for flood hazard assessment. However, the unavailability of data on discharge and observed river morphologies resulted in erroneous calculations and irregularities in flood inundation mapping. The objectives of this study are (i) to investigate uncertainties of hydraulic parameters (width, cross-sectional depth, and channel slope) used in discharge equation and (ii) to examine the influence of estimate discharge on water extent and flood depth with different boundary conditions on interferometric synthetic aperture radar (IFSAR) and modified IFSAR DEMs. Sensitivity analysis was conducted with the Monte Carlo simulation method to generate random data combinations. Bjerklie’s equation was used to calculate discharge based on the three variables, and Manning’s n was substituted into the Hydrologic Engineering Center River Analysis System (HEC-RAS) model. TerraSAR-X was used to distinguish existing flood water bodies and normal water extent. The uncertainty of the combined variables was assessed with the likelihood measures such as F-statistic, mean absolute error, root mean square error, and Nash–Sutcliffe efficiency which compares observed and predicted inundated area as well as flood water depth simulated using the HEC-RAS model.     

An estimation of discharge using mean velocity derived through Chiu’s velocity equation

To estimate discharge through the year (dry season and flood season), a stage–discharge curve derived through monitoring discharge in about 20 rivers or channels every year has been generally used. As revealed in many studies, however, the stage–discharge curve is inevitably affected by their hydraulic characteristics. This suggests that the use of a stage–discharge curve derived without considering hydraulic characteristics unique to a river or channel may produce significant errors in estimating discharge at not only low stage (during dry seasons) but also high stage (during flood seasons). In this study, the authors proposed a method to calculate the mean velocity and to estimate the discharge considering the hydraulic characteristics of a river or channel (e.g. the bed slope, wetted perimeter, width, kinematic viscosity, etc.); the method was developed using Chiu’s velocity equation. With the proposed method, it is possible to calculate a maximum velocity that is difficult to measure in an open channel, derive an entropy function representing the equilibrium of the channel, and thereby, estimate reliable discharge even in a flood season. To comparatively verify the utility of the proposed method, relations between the results of analysis using Manning’s and Chezy’s mean velocity equations and the values of measured discharge were addressed together. The results of analysis using lab data sets and measured data sets revealed that the proposed method was significantly more accurate in estimating discharge, even in flood seasons, when compared with the conventional method.     

基于动库容曲线的水库调洪高水位查算方法研究

河道型水库因动库容特性显著,传统的静库容调洪方法难以适用,研究动库容调洪方法是亟待解决的问题。当坝前水位爬升到最高点时,库区内的洪水演进到达一种临界状态,库区内的水文、水力条件相对稳定,在出库流量和入库流量一定的情况下,可望获得最高坝前水位与同时刻库容之间良好的对应关系。依托三峡库区水文水动力耦合预报模型,建立了一组以出库流量、入库流量为参数的动库容曲线,以供调洪时快速查算最高坝前水位。采用2009年以来三峡水库16场场次洪水资料,检验所建动库容曲线的合理性。结果表明,各场洪水的最高库水位查算值与实况平均偏差仅0.20m,证明建立的基于动库容曲线的三峡水库最高库水位查算方法具有较好的实践价值。     

河道洪水实时概率预报模型与应用

通过数据同化方法合理地将实时水文观测数据融入到洪水预报模型中,可提高洪水预报模型的实时性和精确度。选取沿程断面流量、水位和糙率系数作为代表水流状态的基本粒子,以监测断面实测水位数据作为观测信息,建立了基于粒子滤波数据同化算法的河道洪水实时概率预报模型。模型应用于黄河中下游河道洪水预报计算的结果表明,采用粒子滤波方法同化观测水位后,不仅可以直接校正水位,同时也可以有效地校正流量和糙率,为未来时刻模型预报计算提供更准确的水流初始条件和糙率取值区间,进而有效地提高模型预报结果的精度,给出合理的概率预报区间。不同预报期的预报结果表明,随着预报期的增长,同化效果减弱,模型预报结果的精度会有所降低,水位概率预报结果受粒子间糙率不同的影响不确定性增加,而流量概率预报结果受给定模型边界条件的影响不确定性降低。所提出模型可以有效同化真实水位观测数据,适合应用于实际的洪水预报工作中。     

入海水系整治水情数值模拟方法

入海水系河道纵横交错，其水流同时受上游河道来水、下游出口潮汐顶托、水工建筑物调控等的综合影响，水文情势十分复杂。采用水文预报与数值模拟结合的方法，对上游各边界河道采用由瞬时单位线法推得的设计洪水过程作为入流条件，对入海边界根据潮位过程及水工建筑物调节规程确定出流边界条件，进行了来水与潮位不同遭遇多种工况下的水文水流预测模拟，为水系整治提供水情依据。     

泄洪雾雨作用下边坡饱和非饱和非稳定渗流研究

泄洪雾雨作用下的边坡岩体饱和非饱和渗流问题是目前我国西南地区在建和已建高坝所面临的一个共同问题。从理论上分析了雾雨作用下饱和非饱和介质中水分运动特征;根据饱和渗流和非饱和渗流的数学模型,建立起统一的岩体饱和非饱和非稳定渗流数学模型;编制了有地表入渗作用的饱和非饱和非稳定渗流三维有限元计算程序;对有限元求解中的容水度问题、非饱和水力参数问题以及初始水头场问题作了相应的优化处理;以实际工程为例进行了饱和非饱和渗流分析,计算结果表明,比天然降雨雨强大很多的雾雨入渗会形成对边坡稳定不利的暂态饱和区,并引起地下水位的抬高;暂态饱和区的大小和地下水位的增幅取决于边坡表面的护坡效应和排水、防渗帷幕等措施,因此应该加强边坡表面的保护以及合理的设置排水、帷幕等措施,以减少入渗和地下水位的抬高。     

滑坡堵江坝溃决洪水及其演进的理论分析

崩滑堵江事件在世界范围内，尤其在山区广泛存在。溃坝后形成的洪水异常凶猛，洪峰高达几米至几十米，演进过程中常造成下游严重灾害。因此，崩滑堵江事件及其灾害链已严重影响人类的工程经济活动。本文对溃决洪水流量，洪峰及其演进过程进行了理论分析，建立了一套预测溃坝洪水特征的计算公式，并用实例验证，取得了较好的效果。     

黄河下游输沙水量研究综述

对输沙水量的计算方法,黄河下游汛期、非汛期输沙水量的研究现状,水库对输沙水量的影响,输沙用水总量的研究现状等方面分别作了回顾。分析指出,输沙水量与来水含沙量、来水流量、河道冲淤、河床前期条件等有关。黄河下游各时期输沙水量不同,汛期最小,其余依次为非汛期、冬三月、凌汛期。水库调水调沙的同时也改变着黄河下游的输沙水量。利用水库群调水调沙,使小浪底水库以造床流量、高含沙水流输沙,是目前推荐的黄河下游节水减淤高效输沙入海的主要方式。提出了一些有待进一步研究的问题。