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。     

新安江模型与水动力学模型结合修正研究

将一维圣维南方程组与新安江模型结合构成河口地区水位模拟模型.采用AR方法进行误差分析与修正.将该模型应用于曹娥江流域,综合对比分析了未考虑区间入流、考虑区间入流、考虑AR修正、同时考虑区间入流和AR修正这四种方式的计算成果.结果表明,区间入流的作用不容忽视,AR修正在一定程度上能减小区间入流计算误差的影响.     

结合糙率校正的河网水情数据同化

为解决河网水动力模型重要参数糙率与水力状态量水位、流量的同步校正问题,以糙率和水力状态量作为河网非线性动态系统变量,采用扩展卡尔曼滤波,构建结合糙率动态校正的河网水情数据同化模型.通过算例计算,系统分析了水位动态噪声水平、糙率动态噪声水平、糙率初始值及测站个数对模型校正的影响.结果表明:模型能够有效用于水位状态量的实时校正;靠近测站的糙率校正值趋于真值,远离测站的糙率校正值趋于初始值;通过调整糙率动态噪声水平,可以有效控制糙率的修正量,防止糙率修正过大而引起计算失效问题.     

洮河流域岷县水文站洪水预报研究

洮河是黄河上游一条重要河流。岷县水文站是洮河中游控制站,担负着水文资料收集和为当地防汛提供水文情报预报的工作,同时对下游城市及河道水库有洪水预警预报责任。本文结合洮河上、中游流域特性,经过大量实测水文资料分析研究,根据上下游相应水位(流量)预报法建立了流量线性回归关系,由上游下巴沟水文站及区间入流得出关系式为Q岷县=Q上合+3. 91 Q多坝+41用于洮河岷县站洪水预报,经模型精度评定和实际作业预报,取得了令人满意的效果,具有较广的实用价值。     

感潮河道区间入流反分析

区间入流是影响水动力模型精度的重要因素,实际的区间径流情况复杂难以量化。从反问题的角度出发,由基本方程导出区间入流校正量的解析表达式,应用数值离散方法,得到节点水位与区间入流的响应函数,根据实测的潮位资料建立区间入流的迭代求解方法。数值实验验证了方法的可行性,反问题的计算值与真值非常接近,模拟的确定性系数达到0.996。该方法应用于长江下游大通至镇江河段的水动力模型实例计算,得出了概化的区间入流过程,提高了模拟精度,验证了方法的有效性。     

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。     

水动力学模型与集合卡尔曼滤波耦合的实时校正多变量分析方法

为减少非恒定水流计算中的不确定性,在水流随机运动系统状态空间模型基础上,应用集合卡尔曼滤波(EnKF)技术建立了非恒定水流分析的实时更新(校正)方法。该方法适用于非线性的随机微分方程,过程和观测噪声可以是非正态分布。同时,为充分利用水位、流量等误差量级相差巨大的观测中所蕴含的有效信息,导出了EnKF多变量分析格式。以明渠单峰洪水过程的合成数据为例,考察了运用建立的实时更新方法分析预报一维洪水演进的性能。重点对比了采用不同精度等级下的水位和流量观测资料进行滤波的效果。在中国现行标准规定的允许观测误差范围内,以水位观测进行一维洪水动力学模型的滤波分析可有效地控制误差、估计流量、识别水流运动系统状态。长江干流清溪场至万县江段实际洪水计算还证实:该方法通过插入即时观测,可实时更新模型状态,给出与实际更为接近的计算。     

新安江模型前期土湿的修正（校正）算法

概念性流域水文模型的产流量，尤其是产流总量对前期土湿十分敏感。本文研究新安江模型前期土湿的修正（校正）算法。这种算法可直接应用于模型率定中次洪资料的前期土湿修正，从而保证了总水量平衡。在实时预报中，采用该法对上次已发生洪水的前期土湿进行修正，则洪水末期土湿得到校正，为下场洪水预报提供了更为精确的前期土湿，从而提高了预报精度。该算法在实践中已取得了较好的效果。     

梧州水文(三)站推流方法的优选

梧州水文(三)站是西江的首要控制站，历年来采用连时序绳套曲线法进行流量资料整编和水文情报预报查读流量，此法要求的流量测点多，工作量大，人工定线时还会造成一定的误差，且不适应计算机处理。通过连时序绳套曲线法、水位后移法、校正因数法、涨落比例法的对比分析，认为涨落比例法最符合梧州水文(三)站的测站特性，是一种有较高精度，便于电算化处理的资料整编和水文情报预报查读、计算相应流量，且能满足各方面要求的推流方法。     

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。     

Estimation of runoff distribution within river systems: Application to the Lena Basin (Siberia)

A channel account approach is proposed to estimate longitudinal changes in runoff along large river systems. This new method provides a quantitative basis for describing the fluvial transport of suspended particulate material and dissolved substances. This method includes an evaluation of basic elements of water balance in separate sections of the river network and subsequent correction of channel accounting equations for the entire system using a maximum likelihood principle. To calculate water discharges of tributaries that have no hydrological information, structural analysis of river network is performed. This approach provides less error in comparison with traditional methods of estimating lateral inflow. The method is used to trace water discharge with increasing distance along the Lena river basin and to evaluate the contribution of geologically and lithologically uneven sub-basins in water discharge formation during a summer low water period.     

长江下游镇江段造床流量计算及特性分析

造床流量是河床形态塑造的关键因素,也是河道整治、水工计算设计的主要参数。根据实测水文数据,分别采用三种常用造床流量计算方法,对长江下游镇江河段的造床流量进行求解计算,结果分析对比,表明Makovieve法更适用于镇江段造床流量的计算。基于算例结果建立长江下游河段造床流量经验方法,精度分析表明经验方法具有较高的精度。给出了推荐值。建立了适用于镇江河段造床流量计算的经验公式。     

BP神经网络洪水预报模型在洪水预报系统中的应用

采用相关分析法,在区域降水、观测断面流量(或水位)因子中识别出影响预报断面径流过程的主要变量,在多个观测断面的数据均为流量情况下,采用基于时延组合的合成流量为影响预报断面径流过程的变量,采用自相关分析法,识别出影响预报断面径流过程的前期流量(或水位),以这些变量为BP神经网络模型的输入,以预报断面的流量(或水位)为模型的输出,在BP神经网络隐层节点数自动优选的基础上,构建了基于BP神经网络的洪水预报模型。将模型载入中国洪水预报系统中,应用结果表明:模型在历史洪水训练样本具有一定代表性的情况下,可获得较高的预报精度。     

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。     

不确定性信息下的河流纳污能力计算初探

基于河流水文、水质条件等因素的变化,在考虑参量取值可信度的基础上,运用未确知数学中有关盲数理论对不确定性信息下河流纳污能力计算问题进行了探讨.并以实际水体为例,求得相应可信度水平下纳污能力的未确知期望值.研究表明,运用未确知数学计算不确定信息下河流纳污能力,理论上是可行的,计算结果是可信的.为水质管理和保护,提供了科学依据.     

地理信息模型方法初探河流环境容量——以漓江桂林市区段为例

运用地理信息建模的方法,对复杂的岩溶山区河流——漓江桂林市区段的水环境容量进行了研究,探讨了地理信息建模方法在水环境容量计算方面的应用,建立了漓江桂林市区段水环境容量的地理信息模型,并对其进行了验证。结果表明:地理信息模型方法在计算较复杂河段水环境容量时,既简便又能取得较理想的计算结果。     

河网海湾水动力联网数学模型

在一维显式、二维隐式水动力联网数学模型的基础上,建立了一种一维、二维全隐河网海湾水动力联网数学模型。该一维河网模型采用Preissmann四点隐式格式,用节点水位控制法进行数值计算,二维海湾模型采用改进型双向隐式(DSI)法进行数值求解。在河口一维、二维连接处,水力因子通过接口断面法传递,无需重叠一个一维河段来传递水力因子,避免了口门处二维网格需取较小尺度的问题。模型在珠江三角洲河网及横门、洪奇沥口门海域做了检验,验证结果表明,建立的河网海湾水动力联网数学模型是可行的,可以用于河网、河口治理工程的数值研究。     

露天煤矿开采侧向帷幕控水原理与截水效果数值分析

露天煤矿开采过程中的矿坑疏排水是引起地下水资源流失的重要原因,寻求新的控水方法势在必行。以内蒙古赤峰市元宝山露天煤矿为研究对象,根据研究区水文地质与露天煤矿开发特征,分析了露天开采驱动下帷幕墙体建设对地下水系统控制的基本原理,得出帷幕墙体渗透能力越弱、厚度越大、与补给水体距离越近是帷幕墙减少露天采坑涌水的基本思路。将露天采矿疏排水与地下水系统数值仿真研究结合,对露天煤矿开采与帷幕墙建设对矿坑疏排水强度影响程度进行预测分析,模拟结果显示,采用针对主要涌水段的局部帷幕工程方案,地下水仍然以露天矿采坑为降落漏斗中心,区域流场形态基本未发生重大变化,在未帷幕区段地下水发生了强烈的侧向绕流现象,初期(300 d)矿坑残余涌水量较之现有矿坑排水量最大减幅 37.16%,而残余涌水量随时间增大趋势明显。按准全封闭型帷幕方案建墙后,地下水基本未发生绕流现象,矿井残余涌水量为先减小后增大的趋势,最大减幅达85.79%,且后期涌水量增加幅度不大,可见准封闭型帷幕建设方案较之局部帷幕方案对矿坑整体涌水量的减排作用显著。通过分析露天煤矿开采侧向帷幕控水规律,构建帷幕阻水条件下地下水系统仿真模型,评价帷幕截水减排效果,以期为露天矿区煤–水资源协调开发提供科学依据。      

Tidal sediment transport versus freshwater flood events in the Konkouré Estuary, Republic of Guinea

In comparison to their temperate counterparts, sediment processes in tropical estuaries are poorly known and especially in African ones. The hydrodynamics of such environments is controlled by a combination of multiple processes including morphology, salinity, mangrove vegetation, tidal processes, river discharge, settling and erosion of mud and by physico-chemical processes as well as sediment dynamics.The aim of this study is to understand the sediment processes in this transitional stage of the estuary when the balance between river discharges and marine processes is reversing. Studying the hydrodynamics and sediment dynamics of the Konkouré Estuary has recently been made possible thanks to new data on bathymetry, sedimentary cover, salinity, water elevations, and current velocities. The Lower Konkouré is a shallow, funnel shaped, mesotidal mangrove-fringed, tide-dominated estuary, well mixed during low river discharge and stratified during high river discharge. The Konkouré Estuary is turbid despite the small amount of terrestrial input and its residual velocity at the mouth during low river discharges, landwards for two of the three branches, suggests a landward migration by tidal pumping of the suspended particulate matter. A Turbidity Maximum Zone (TMZ) is identified for typical states of the estuary with regard to fluvial and tidal components. Suspended sediment transport during a transitional stage between the rainy and dry seasons is known thanks to current velocity and Suspended Sediment Concentration (SSC) measurements taken in November 2003. The Richardson layered number calculation assesses that turbulence is the major mixing process in the water column, at least during the flood and ebb stages, whereas stratification occurs during the slack water periods. Tidal currents generate bottom erosion, and turbulence mixes the suspended sediment throughout the water column. As a result, a net sediment input is calculated from the western Konkouré outlet for two consecutive tidal cycles. Despite the net water export, almost 300 tons per tide reach the estuary through this outlet, for a moderate river flow.     

基于卫星的水资源监测预报技术应用与研究

基于卫星遥感的降水监测的基本方法是建立云顶温度与象素点降水的统计相关关系,同时利用卫星信息在地面雨量站点间进行雨量插值。基于气象卫星的实际蒸散发计算通过定标、大气订正、空气温度、总辐射、净辐射、显热通量等步骤计算。降雪处理的依据是降雨和地表温度。融雪计算的基础是能量平衡,融雪发生时刻用雪盖的寒冷度估算。决定土壤冻结的因素能量平衡和温度。土壤冻结逆方程可用于确定土壤解冻的深度。坡面径流以用二维扩散过程模拟。河道部分以有侧向入流的Muskingum-Cunge方法为基础。