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。     

一种新的概念性水文模型及其应用研究

传统的概念性水文模型描述降雨径流过程时做了很多简化,因此在实际应用中也存在许多不足之处.张文华对传统的产汇流模型做出了一些改进:将霍顿下渗能力曲线与实际的下渗曲线的有机联系在一起,建立了考虑前期土壤含水量和变雨强的产流计算方法;地下汇流计算增加考虑了地下径流量在进入含水层前的填蓄过程;地表汇流计算将等流时线法与单位线法有机地结合起来,从而同时考虑了下垫面的调蓄和推移作用;河道汇流采用非线性化的槽蓄方程进行演算.本文将张文华提出的一系列产汇流计算方法进行耦合,组成了一种新的概念性水文模型.模型主要由公式推导所得,物理机制较强,在长江中游龙河流域应用时峰现时差为2.5小时,确定性系数为76.6%,结果表明模型比较可靠.     

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。     

河槽汇流曲线法在北方中小河流水文预报的应用研究

作为一种"黑箱"河道演算方法,河槽汇流曲线具有原理简单,应用灵活的特点,应用研究结果表明:1若不考虑基流,进行陡涨陡落洪水演算时,利用马斯京根法所推求的河槽汇流曲线与马斯京根法的精度是相当的;2调整河槽汇流曲线上的值,能有效地模拟河道下渗,提高模拟精度;3曲线可模拟洪水滞后现象及流量分配过程;4河槽汇流曲线时段转换中,应用三次样条插值拟合S累积曲线可有效避免转换的河槽汇流曲线出现时段值"均化"现象,同时需对拟合中出现的凸形与凹形的"特殊"情况进行修正,以保证拟合S累积曲线的合理性。     

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.     

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     

长江干流宜昌对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。考虑洞庭湖严重顶托影响，建立了以莲花塘水位为参数的宜昌到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。     

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。     

考虑区间正负入流量的自适应洪水预报模型

根据甘肃省气候条件和地理环境十分复杂，河流站网密度低，面对上下游区间有正负入流量且没有观测资料，以水量平衡原理为基础的河道洪水演算无法进行的实际情况，立足于利用现有上下游水站的水情信息，在传统系统水模型和河道汇流理论有关原理、方法的基础上，提出了考虑区间正负入流量的自适应洪水预报模型，改进了现行系统输入～输出水量不平衡关系，解决了甘肃省河流洪水过程无法预报的问题。具有十分广阔的应用前景。     

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。     

基于EasyRiv1D模型的漳卫河流域河道洪水演进模拟研究

漳卫河中下游河道断面变化较大,该流域的洪水预报调度十分复杂。传统的水文学方法只是借助于历史洪水进行汇流参数率定,本文借助于水力学方法和河道实测断面,利用Easy Riv1D模型对河道洪水演进模拟研究,取得了较好的预报效果,可以为漳卫河流域的河道洪水演进提供技术支撑。     

主槽一维和滩地二维侧向耦合洪水演进模型

为实现对复式河道大尺度漫滩洪水的快速模拟,结合洪水在滩槽行洪特点和河道一维、二维水动力学模型研究成果,在主槽与滩地分别划分为矩形和三角形网格,以左右滩唇为分界实现两网格系统嵌套;建立主槽一维水动力学数学模型,内插大断面间网格处的水力因子,在滩地采用简化的二维水动力学模型模拟滩槽间、滩地网格间水量交换,实现主槽一维与滩地二维模型侧向耦合。利用黄河下游“96·8”大洪水实测资料,对花园口至夹河滩河段洪水演进过程验证,结果表明该方法模拟精度较高,能够利用该模型模拟复式河道大漫滩洪水过程。     

考虑动态汇流路径的时变分布式单位线

针对现有分布式单位线汇流理论未考虑土壤含水量变化引起的时变汇流路径问题, 提出动态汇流路径新概念, 推求同时考虑降雨强度和土壤含水量时空分布的坡面流速计算公式, 引入地形指数刻画流域蓄水能力空间分布, 从而获得栅格尺度流域流速分布场, 进一步建立不同蓄满状态下流域动态汇流路径集合, 最终实现考虑动态汇流路径的时变分布式单位线推求。以龙虎圩和东石流域为实例, 通过SCS模型计算产流量, 采用本文所提方法进行汇流计算, 引入涵盖低流量误差、高流量误差及洪量误差的多目标优化方法率定参数, 2个典型流域28场洪水预报结果表明, 洪峰流量相对误差在±15%内, 峰现时间误差在±6 h之间, 纳什效率系数平均值超过0.8, 与现有方法相比, 所提方法能更加准确地反映汇流时间分布场, 提高了洪水预报精度。     

Response of bankfull discharge of the Inner Mongolia Yellow River to flow and sediment factors

Bankfull discharge is a comprehensive factor reflecting the channel-forming capability of water flow and the flood and sediment transport capacity of a river channel. It is based on the interaction of the flow, sediment, and river channel, of which flow and sediment conditions play crucial roles. Using data recorded since the 1950s, this paper analyses statistically, the characteristics and variations of bankfull discharge at two stations on the Inner Mongolian reaches of the upper Yellow River. Results indicate that flood season variations in bankfull discharge are nonlinear and are governed by flood peak discharge, mean discharge, and the mean incoming sediment coefficients. Variation in bankfull discharge is related not only to the flow and sediment conditions of the current year but also to those of previous years. The 10-year moving average of flow and sediment conditions can be representative of present and previous years. By considering flood season peak discharge and incoming sediment coefficients as independent impact factors, a formula is derived to determine bankfull discharge. The results can be used to predict the bankfull discharge of the Yellow River channel in Inner Mongolia under specific flow and sediment conditions and provide reference for the purpose of further study related to restoring and maintaining the basic functions of the river channel regarding flood discharge and sediments.     

长江中下游河道冲淤演变的防洪效应

近年来长江中下游来沙量持续减少，河道面临长距离、长历时的冲淤调整，河道蓄泄关系发生变化，对防洪造成影响。在长江中下游河道冲淤及其蓄泄能力变化预测成果的基础上，对比计算了现状和未来河道蓄泄能力条件下，遇1954年洪水，长江上游水库防洪调度和中下游地区超额洪量的变化情况。结果表明，未来随着长江中下游河道进一步冲刷，河道槽蓄容积增加，相同防洪控制水位下的河道安全泄量增大，三峡水库在进行防洪调度时可下泄流量增大，总拦蓄洪量减小，长江中下游地区总超额洪量减小，但超额洪量在地区分布上存在从上游向下游转移的情况。     

长江中下游河道冲淤演变的防洪效应

近年来长江中下游来沙量持续减少,河道面临长距离、长历时的冲淤调整,河道蓄泄关系发生变化,对防洪造成影响。在长江中下游河道冲淤及其蓄泄能力变化预测成果的基础上,对比计算了现状和未来河道蓄泄能力条件下,遇1954年洪水,长江上游水库防洪调度和中下游地区超额洪量的变化情况。结果表明,未来随着长江中下游河道进一步冲刷,河道槽蓄容积增加,相同防洪控制水位下的河道安全泄量增大,三峡水库在进行防洪调度时可下泄流量增大,总拦蓄洪量减小,长江中下游地区总超额洪量减小,但超额洪量在地区分布上存在从上游向下游转移的情况。     

复杂防洪系统联合优化调度模型

建立以水库群系统安全度最大、行蓄洪区系统损失最小为目标函数,将河道堤防安全行洪考虑为约束条件的复杂防洪系统多目标递阶优化调度模型(MoHOOM),以行蓄洪区总分洪流量为协调变量,将河道水流连续方程解耦,基于大系统分解协调法建立协调层和基于粒子群算法求解底层子系统优化问题,形成三级递阶分解协调结构和相应求解方法。以淮河中游防洪系统为背景进行了实例研究,给出了水库群泄流和行蓄洪区分洪最优方案,在相同初始计算条件下,优化模型结果比实际调度降低了鲇鱼山和梅山水库0.37和0.01的安全度指标,减小下游蒋家集和润河集河段超过安全泄量以上100 m3/s和720 m3/s的洪峰流量,启用南润段行洪区致损1 256.1万元;比规则调度降低了鲇鱼山和梅山水库0.24和0.21的安全度指标,减小下游蒋家集河段超过安全泄量以上750 m3/s的洪峰流量,避免南润段行洪区损失341.6万元。模型有利于挖掘上游水库群的防洪能力,在保障河道堤防安全行洪条件下,减少下游不必要的行蓄洪区分洪损失,以系统全局寻优方式进行复杂防洪系统联合调度。     

凌汛期槽蓄水增量过程模拟

为研究凌汛期槽蓄水增量来源,在分析实测冰情资料基础上,把槽蓄水增量分为水位壅高主河道蓄水量增大、主河道内河水转化为固体冰盖和上滩水形成冰盖及在冰下聚集等3部分,建立河冰动力学模型,模拟河冰生消及槽蓄水增量过程,利用2008/2009年度三湖河口—头道拐河段实测冰情资料对模型进行了验证,表明滩地冰盖及冰盖下滞洪是内蒙古河段槽蓄水增量的主要来源,占最大槽蓄水增量的63.44%,主河道水位壅高引起的槽蓄水增量占26.56%,主槽冰盖蓄水占10.0%。     

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。