中小河流洪水预报研究进展

中小河流洪水预报是当前国际水文科学中亟待研究的重大科学问题之一。由于中小河流存在分布广、降水及下垫面空间异致性强、产汇流时间短、突发性强、水文资料欠缺等特点,因此预报精度较低,预见期短,预报难度大。目前国内外学者对中小河流洪水预报开展了一定的研究,主要集中在中小河流洪水形成机理、洪水预报模型、缺资料中小河流水文模型参数确定方法、洪水预报耦合降水预报等方面。对中小河流洪水预报相关研究进展和存在的问题进行了总结,并指出未来在多源信息高效融合、精细化洪水模拟、高精度降水预报等方面还应进行更深入的研究。     

基于分布式水文模型的中小河流洪水预报技术

中小河流大多位于资料短缺的山丘区,洪水具有突发性强、汇流时间快、预见期短以及分布广的特点。中小河流洪水预报首要目的和任务是预警预报,预报方式应以自动预报为主,以实现及时预警,最大程度地避免人员伤亡,减轻灾害损失。本文分析了中小河流洪水预报的特点与难点,提出了中小河流洪水预报的思路及实用预报模型与方法,开展了基于分布式水文模型的中小河流洪水预报技术在新安江上游屯溪流域预警预报中的应用研究,以期为当前所开展的全国中小河流洪水预警预报系统建设提供参考。研究表明:分布式水文模型是资料短缺地区中小河流洪水预报的有效方法,基于分布式水文模型的洪水预报技术能够满足中小河流洪水自动预警预报的生产需要。     

概念性水文模型与智能模型在中小河流洪水模拟中的比较研究

相较于大江大河的流域水文预报研究,中小流域的研究相对匮乏。以沅江河溪水文站以上流域为例,研究LSTM(Long Short-Term Memory)模型和新安江模型在场次洪水中的模拟效果。通过对比,新安江模型的整体模拟精度较高,洪量、洪峰、峰现时间的平均相对误差分别为9.39%、9.55%、1.6 h,确定性系数为0.73,综合合格率为100%,达到甲级精度标准;LSTM模型的模拟精度较低,洪量、洪峰、峰现时间的平均相对误差分别为11.76%、12.33%、2.3 h,确定性系数为0.60,综合合格率为75%,达到乙级精度标准。结果表明,新安江模型和LSTM模型是中小河流洪水预报的有效方法,均可用于河溪流域的正式预报,且对于河溪流域,新安江模型的模拟精度比LSTM模型更高。     

改进的河道洪水演算法在大洋河流域的应用研究

对传统河道洪水演算法进行改进,引入变动态存储系数法,动态计算不同河段洪水传播时间,以大洋河沙里寨水文站以上集水区域为研究流域,将新安江模型与改进河道洪水演算法耦合模拟大洋河流域径流,并和传统河道洪水演算法径流模拟结果进行对比,此外,定量分析了不同计算时段输入对流域洪水模拟精度的影响。研究结果表明:改进的河道洪水演算方法,相比于传统洪水演算方法,模拟的径流深平均相对误差减少1.63%,确定性系数提高0.019;计算时段为1 h,相比于计算时段为1.5 h,模拟的次洪径流相对误差减少1.04%,峰现时间误差缩短0.96 h,确定性系数提高0.018。研究结果对于大洋河流域的水情预报提供参考价值。     

无资料地区水文模型参数移植不确定性分析

无资料地区降水径流模拟是水文学研究的国际前沿和热点问题。水文模型参数移植是无资料地区降水径流模拟的重要方法,对径流模拟精度具有重要的影响。利用核密度估计和蒙特卡罗随机模拟等方法,构建了一种水文模型参数移植误差驱动的无资料地区径流模拟不确定性定量评估框架。以广西壮族自治区42个有水文监测站点的典型中小河流为研究对象,率定新安江模型参数并模拟日径流和洪水过程,将42个典型流域依次假定为无资料流域,利用基于回归分析、相似流域和机器学习的参数移植方法,模拟无资料地区的洪水过程并识别最优的参数移植方法,分析移植法估算的模型参数值和直接率定值相比误差的概率分布特征,定量评估模型参数移植误差带来的径流模拟不确定性。研究结果表明：(1)基于回归分析的参数移植法模拟无资料地区洪水过程的精度优于相似流域法,优选的机器学习算法比传统回归分析法和相似流域法的计算精度提高了7%～15%;(2)与模型参数率定值相比,移植方法计算的模型参数具有一定的误差,对洪水模拟敏感参数的误差小于不敏感参数;(3)受模型参数移植误差的影响,利用蒙特卡罗法随机模拟的洪水过程具有一定的不确定性,洪量和洪峰相对误差的主要区间分别为10...     

广西河流预报新模式及关键技术研究与应用

随着全国中小河流水文监测工程项目的实施以及国家、广西水情预警发布管理办法的出台,在洪涝频繁、中小河流站点点多面广的新形势下,如何实现广西河流预报任务由传统的预报增加至预警、预报双重要求成为近年来工作中迫切要解决的问题。基于水量平衡原理及洪水水位涨率变化规律分析研究,根据“预测-预警-预报”河流预报模式,研究开发了适应此模式的河流预报方法和技术。2015年以来,此模式及方法技术广泛应用于广西河流预报中,实现大江大河、中小河流洪水科学预测预警预报,水文预报合格率均超过90%。同时有效延长洪水预见期,大江大河洪水预见期平均提前24h,中小河流洪水预见期平均提前5h。     

混合蛙跳算法在中小河流河道水力学模型计算中的应用研究

采用混合蛙跳算法对中小河流一维水力学模型进行流量求解,并结合辽宁西部中小河流测流断面实测流量数据,对比分析混合蛙跳算法在中小河流一维水力学模型流量求解的适用性和计算精度。研究结果表明:经过和测流断面实测流量数据对比,混合蛙跳算法在中小河流水力学模型流量推求中具有较高的计算精度,适用于中小河流一维水力学模型的流量计算。研究成果对于中小河流流量自动观测提供方法参考。     

垂向混合产流模型在辽宁西部地区适用性分析研究

基于垂向混合产流模型,结合辽宁叶柏寿流域和凉子河24场洪水统计数据,对流域洪水进行适用性模拟,通过与实测洪水数据对比分析,结果可知:垂向混合产流模型在模拟精度上较传统辽宁非饱和水文模型有较为明显的改善,传统模型精度为丙级,采用垂向混合模型后,其洪水模拟精度可达到乙级。     

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。     

TOPMODEL模型在新疆伊犁河流域水文计算中的应用研究

水文模型对于分析水文活动具有重要的参考意义。TOPMODEL模型是水文模型中应用最广泛的模型之一,本文对TOPMODEL模型的基本理论、基本方程、模型参数以及应用步骤进行阐述,并基于TOPMODEL模型对伊犁河流域进行径流模拟、洪水预报及水文计算模拟研究,模拟结果显示:TOPMODEL模型能够很好的再现伊犁河流域的洪水径流过程,有8个场的测定系数达到丙级以上精度,洪峰相对误差小于20%,合格率为88.9%,研究结果能够为伊犁河流域及相似流域水文活动的预报预警提供一定的理论和技术参考。     

ARIMA模型在新疆喀什地区中长期降水量预测中的应用研究

为研究新疆喀什地区降水量中长期预测问题,结合ARIMA模型对新疆喀什地区的降水量进行预测,利用喀什地区两个子流域1950-2015年实测年降水数据分析其模型的适用性和预测精度。结果表明:ARIMA模型可较好的模拟喀什地区的年降水量,具有较好的预测精度,模拟降水量和实测降水量之间的误差相对值低于20%,绝对误差也可控制在15 mm以内;从空间角度分析,降水总体分布从东向西逐步递减,预测结果和实际降水空间分布状况较为吻合,可达到乙级精度标准。研究成果对于喀什地区中降水量长期预测具有较好的参考价值。     

《玛纳斯河防洪规划》对新疆洪水灾害防御的启示

由新疆水电设计院完成的《新疆玛纳斯河防洪规划》,较全面的对玛纳斯河洪水成因,防洪整体方案,洪水计算,防洪标准等进行了全面的规划论证。对玛河防洪起到了重要的指导作用,对全疆中小河流有借鉴作用,对全疆洪水灾害防御有启示意义。     

基于信息扩散理论的洪水风险评估模型的研究及应用--以阿克苏河流域新大河暴雨融雪型洪水为例

针对新疆一些河流实测洪水系列较短、传统的统计模型进行风险估计难以胜任的特点,引入了信息扩散理论的模糊数学方法,提出了洪水风险评估的实用模型,并以新疆阿克苏河流域新大河暴雨融雪型洪水为例,进行洪水风险估计,结果令人满意。     

新疆河流年最大洪峰流量系列初步研究

以21处区域代表站年最大洪峰流量系列为例，对新疆河流20世纪下半叶年最大洪峰流量年际变化的部分重要特征以及对其产生显著影响的因素进行了初步研究。研究结论为正确评价现有设计洪水计算成果、提高对水文测站长期观测重要性的认识、促进干旱区洪水理论的研究提供了线索。     

双参数冻融新模型在新疆喀什地区土壤水预测中的应用研究

土壤水的准确预测对区域旱情评估及水量分析计算十分重要。传统模式大都基于土壤水观测数据构建线性回归方程进行预测。本次研究结合一种新的双参数冻融模型,以新疆喀什为研究区域,综合考虑土壤物理特性和参数的非线性,对区域内的土壤水进行非线性预测,结果显示:喀什地区的土壤水预测结果和实测土壤水数据相比,新模型预测计算误差在6%~10%之间,明显优于传统自动监测仪器的误差值,预测精度大大提高,具有重要的参考和实用价值。     

新疆河道特征及洪水灾害治理研究

新疆河流洪水具有陡涨陡落、泥砂含量高、突发性强等特点。冲积扇河道纵坡大,上、中游河道表现为冲刷或冲淤基本平衡,河道防护工程洪水期冲刷问题突出。河流中下游纵坡明显减缓,河道加宽变浅,频繁摆动游荡。河流纵向、横向输沙不平衡引起河势改变,引起河道冲刷崩岸及洪水灾害。通过对新疆河流、河道特征,水力学要素及河床演变、河道冲淤规律分析,根据新疆河道特点及防洪实践,提出了河道治理思路及防护工程布置方法,对不同河段防护工程设计参数的选取、河道整治建筑物的结构型式等问题进行了探讨。     

新疆阿勒泰地区的洪水特性

受洪水补给来源和阿尔泰山山势影响,阿勒泰地区洪水发生时间比新疆其他以高山永久积雪和冰川融水补给为主的河流偏早。因此,从认识洪水特性、预防洪水灾害角度出发,对阿勒泰地区洪水发生机制、时空分布和变化特点进行分析研究是很有必要的。利用阿勒泰地区各主要河流1960~2011年历年洪峰、冬季和汛期降水、气温和700hPa高空温度资料,对洪水发生机制、时空分布和变化特点进行分析。结果表明:(1)本区洪水类型有融雪型洪水、融雪与降水混合型洪水和暴雨型洪水;(2)洪水与冬季积雪和汛期气温、降雨有关;(3)汛期过程相对短,主汛期发生时间以5月下旬至6月中旬期为主;(4)洪水挟沙能力强,汛期含沙量占年含沙量近90%;(5)暴雨洪水多发生于阿勒泰地区的中东部区域河流上;(6)全区洪水具有同步性,洪水年际变化相对小。     

1980—2019年新疆南部不同强度暴雨洪水灾害的空间分布和时间变化特征

以1980—2019年新疆南部出现的暴雨洪水灾害事件造成的死亡人数、倒塌房屋数、倒塌棚圈数、牲畜死亡数、受灾面积作为灾情要素,采用比值权重法和无量纲化线性求和,构建了暴雨洪水灾害事件的灾损指数。根据灾损指数,采用百分位数法将每次暴雨洪水灾害事件定量划分为一般、较重、严重、特重四个等级。结果表明：新疆南部暴雨洪水事件在塔里木盆地北缘多于南缘,西部多于东部,高值区集中在阿克苏地区、喀什地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州一带;暴雨洪水事件多发在3—10月,年出现次数呈现明显上升趋势,增幅为8次·（10a）^-1,主要表现为一般性灾害发生频次的增加;新疆南部暴雨洪水灾害年平均灾损指数在1985年和1999年发生两次突变,平均值表现出“低—高—低”阶段性变化;暴雨洪水灾害发生次数与3—10月降水量、大雨发生日数、暴雨发生日数密切相关。近40年来新疆南部降水量的增多,导致暴雨洪水灾害次数增加;年平均灾损指数与特重和严重灾害发生次数关系密切,后者对其贡献率达87%。     

变化环境下武江超定量洪水门限值响应规律及影响

世界众多江河洪水超定量(POT)系列门限值已发生变化,门限值选取不当会影响频率分析合理性。结合历史洪水资料,采用洪水POT理论分析变化环境下武江门限值响应规律及影响。结果表明:武江流域下垫面植被和径流系数在1991年明显改变,变化环境下不仅洪水门限值显著增大,且超过特定量级洪水的发生次数也在增加,POT模型能捕捉洪水在量级和发生次数方面的变化信息。分别选用变化环境前后门限值来推算设计洪峰,当重现期大于200年时,坪石站差异度达19.21%,犁市站达8.12%以上。选用变化环境后高门限值可有效提高线型对大洪水的拟合程度和设计洪水计算精度。     

2001-2012年新疆融雪型洪水时空分布特征

利用2001-2012年新疆区域内发生的融雪型洪水资料,分析研究了近12 a新疆融雪型洪水时空分布特征.结果表明:新疆融雪型洪水与前一年10月至当年3月新疆全站总累计降水量大小相关,降水量大的年份,对应的融雪型洪水发生次数也多;冬末至夏季融雪型洪水在北疆地区基本上是从西向东、从南向北的先后顺序出现,而在南疆地区的融雪洪水基本上是从西向东、从北向南先后顺序出现.新疆融雪型洪水主要集中出现在春夏季,其中,北疆地区在3月,南疆地区在7月发生较多;伊犁河谷、昌吉、阿勒泰、和田等地区及青河、乌鲁木齐、阿克陶、民丰等市县是新疆融雪型洪水的高发区.