基于洪量的淮河中游中小洪水调度方式探讨

淮河河道坡度上游大、中游缓,上游洪水汇到中游后,流速变缓,洪水在中游聚集。洪量经常超过中游河道泄洪能力,致使淮河中游两岸蓄滞洪区应用频繁。淮河中游行蓄洪区应用主要是滞蓄、分泄超出河道行洪能力的洪量。通过对淮河中游重要节点历史1d、3d洪量与最高水位相关分析,提出了最大1d、3d洪量与最高水位相结合的调度思路。在实时调度中,如预测1d洪量较大时,根据相关关系调度时重点消减1d洪量;如预测3d洪量较大时,主要消减3d洪量。该方法利用2003、2007年淮河流域洪水进行了验证,从1d、3d洪量对洪水进行调度,有助于控制洪水量级,减轻洪水危害。     

基于PCP-C耦合模型的流域洪水分类研究

洪水过程受多要素综合影响,因此多指标的综合分类方法成为目前洪水分类研究的主要趋势.针对目前多指标洪水综合分类方法中存在的诸多不足,可采用主成分投影-聚类(PCP-C)耦合模型进行洪水分类.该方法首先对原始指标数据进行无量纲化(均值化)处理,再对处理后的数据矩阵进行正交变换,由此将原指标转换成彼此正交的综合指标,并利用各主成分设计一个理想决策向量,以各被评价对象相应的决策向量在理想决策方向上的投影值作为一维的综合分类指标.最后通过对各分类样本的一维投影值的聚类分析,得到分类结果.实例分析表明,建议方法简单,模型构建容易,计算简便,分类直观简洁,可行性强.     

基于事例推理技术的水库洪水调度研究与应用

将基于事例推理(CBR)技术应用到水库洪水调度中,提出了一种基于CBR的水库洪水调度模式和方法。利用关系数据库实现了洪水调度事例的表示、组织、索引和存储,并建立了水库洪水调度事例库。将遗传禁忌算法与最近相邻法结合起来,构建了基于遗传禁忌算法和最近相邻法相结合的混合检索算法,提高了事例检索的速度和质量。利用遗传算法对事例特征属性权重进行优化,采用多目标决策方法进行事例的优选,并给出了事例调整和学习的策略。最后,应用该方法开发了基于CBR的水库洪水调度系统,并给出了一个应用实例。基于CBR的水库洪水调度为水库洪水调度提供了一种简化知识获取、提高调度效率和质量、进行知识积累和重用的新的思路和方法。     

基于水文水动力耦合模型的山区小流域洪水预报

开展无资料地区洪水模拟研究具有重要意义。针对于无资料地区洪水预报的挑战性,以我国东南沿海典型山区小流域—梅溪流域为例,构建了山区水文-城区水动力耦合模型。山区水文模型经河道计算流量率定后,模拟了2016年"莫兰蒂"台风场景下的城区洪水淹没过程。结果表明,模拟最大淹没水深结果与城区17处洪水淹没痕迹吻合较好,验证了耦合模型的适用性。分析了"莫兰蒂"台风场景下重点区域的淹没水深与历时。此外,根据不同重现期的设计降雨,分析了城区淹没水深与淹没范围。同时,重现期越大,城中心区域洪水滞后时间越短。     

基于黎曼近似解的溃堤洪水一维-二维耦合数学模型

采用一维-二维耦合数学模型对溃堤洪水进行模拟,可以发挥两者优势,提高计算效率。将基于黎曼近似解Godunov格式的一维、二维水流数学模型通过堰流公式进行耦合,实现交界面的水力要素交互;一维、二维模型均采用中心形式的有限体积法求解,分别采用HLL格式和Roe格式计算界面通量,具有一致的空间同步性。通过经典算例验证了模型的可靠性和稳定性,应用耦合模型对1998年松花江干流胖头泡溃堤洪水进行了模拟计算,较好地模拟了溃堤洪水的演进过程与淹没范围,对200年一遇洪水的分洪效果进行了分析,为此区域的分洪利用及松花江中上游防洪调度提供参考依据。     

基于水动力学模型的沿海城市洪水实时演进模拟

为了准确分析洪涝灾害对防洪体系现状的影响，做出相应的防洪减灾措施，以浙江省台州市灵江下游流域为研究区域，构建了基于Saint-Venant方程的水动力学耦合模型，对河道溃决洪水过程进行实时仿真模拟。综合考虑研究区域地形、气象、水文资料、水利工程、下垫面条件等因素，在一维河网模型和二维水动力学模型耦合衔接中，最大程度还原真实地形中河槽内外的水流交互淹没，借助研究区域内典型台风暴雨资料，率定验证本文建立的一维-二维耦合水动力学模型，检验后的模型可实现灵江下游沿岸城市不同量级设计洪水及历史洪水的实时淹没过程模拟。模型计算结果表明，该模型模拟复杂地形条件情况下流域洪水实时演进过程达到了较高精度，在水系沿程典型断面水位计算值与实测值误差不超过0.1 m。     

基于SWAT-MODFLOW地表-地下水耦合模型的结构与应用研究

为了利用Seonggyu Park和Ryan T.Bailey的SWAT-MODFLOW耦合程序实现地表、地下不同范围模型耦合,同时探究耦合程序输出的以SWAT计算的地下水补给量和以MODFLOW网格计算的补给量之间的差异,以及耦合程序在有关地表地下水研究上的优势。本文以该耦合程序示例模型美国佐治亚州南部小河流域（LRW）为例,选取模型中SWAT划分的104号子流域为边界,用GMS10.4建立地下水流模型,最后将地下水流模型和原SWAT模型进行耦合。研究结果表明：(1)耦合程序能实现以地表分水岭自然边界为范围的SWAT模型与以子流域为边界的小范围MODFLOW模型的耦合,但由于地下水流模型网格边界和子流域边界不能完全匹配,导致MODFLOW以网格计算的地下水降雨补给量和SWAT统计的地下水降雨补给量存在差异,误差随网格变小而变小;(2)耦合后各均衡项发生了变化,河道对地下水的总补给量变为耦合前的15.25%,地下水向河道的总排泄量比耦合前多19.29%,总降雨补给比耦合前多17.07%,总蒸发量是耦合前的3.08倍。经过研究发现耦合模型能更准确的模拟地表地下水文过程,反映降水与地下水、...     

基于证据权与Logistic回归模型耦合的滑坡易发性评价

滑坡灾害易发性研究对地质灾害风险管理及减灾防灾有着重要的现实意义。目前,多模型耦合的评价方法在国内外应用较为广泛,但将证据权与其他方法相结合用于滑坡易发性评价的研究却较少。鉴于此,本文以浙江省永嘉县为例进行滑坡易发性评价,选取高程等9个因素作为滑坡易发性的评价因子。利用证据权模型计算得到的证据权对比度与分级栅格比、滑坡栅格比进行比较,实现各评价因子状态分级处理;再运用Logistic回归模型算得各评价因子的权重。综合两种模型确定的状态分级权重和评价因子权重,基于GIS的栅格运算功能得到各评价单元的滑坡发生概率,实现研究区滑坡易发性分级区划。研究结果表明,证据权与Logistic回归耦合模型的评价结果的合理性与精确度均优于两种单一模型;且极高易发区和高易发区主要分布在水系延展区、断层密集区、岩组软弱区。研究结果对滑坡灾害风险管理及城市防灾规划具有一定的参考价值。     

地表水与地下水相互作用的温度示踪与模拟研究进展

刻画地表水与地下水的相互作用过程及精确计算二者的交换量始终是个挑战,而新兴的温度示踪方法对于这方面的研究具有独特优势。重点介绍了地表水与地下水相互作用的温度示踪方法原理、应用及相关模拟的研究进展。温度示踪方法的数据获取成本低且温度适宜密集与连续监测,可对地表水与地下水相互作用过程进行精细刻画;在进行地表水与地下水相互作用的水-热耦合模拟时,温度数据可用于进一步校正模型,降低模型的不确定性,以提高交换量的计算精度。监测河水温度和河床沉积物内的水温,运用温度示踪方法研究河水与地下水的相互作用过程,并将水流及热运移数值模型相耦合,利用多源数据进行模型校正,可精细刻画地表水与地下水的交换量、相互作用带内的水流途径、流速及其变化趋势和控制因素,为地表水与地下水相互作用研究提供新的模型与方法。     

适宜环境与生态研究的e-science探讨

环境与生态研究从定性、定量向多学科、多尺度、大范围的团队参与的综合集成研究方向发展,计算机、网络、数据、模式模型技术的逐渐成熟与完备,为环境和生态需要的e science支持平台建设提供了技术和研究基础。分析环境与生态集成研究典型模型基本过程得出,适合环境和生态研究的e science由数据平台、模型模式平台、协同与沟通平台、管理平台组成。其中：①定点、定位、互联网、传感器网格、空间数据采集与处理,以及再分析数据生成的数据支持平台是e science的基础;②包括模型库、模式库、协同建模环境、模拟环境、软件开发环境的模型平台是e science支持集成研究的核心;③模型、模式之间的协同,以及数据平台中数据接口和扩展接口驱动的开发与集成环境,数据与模型模式和模拟计算的内部协同工作平台是e science应用的关键;④完善的结果展示、输出和资源调度的管理平台是e science的窗口。以生态经济、水文研究为例进行的初步实验表明,四层结构的e science框架基本符合环境和生态研究过程的需要。     

材料的率相关与梯度耦合模型的二维内尺度律研究

利用率相关与梯度塑性耦合本构模型,采用简谐波的分析方法对材料的应变局部化及材料的稳定性进行了研究,得到了二阶耦合模型在二维情况下的内尺度律的变化及其与材料稳定性的关系,得到了波长变化的下界及材料稳定性的条件;在此基础上,结合二阶耦合模型在一维情况下的内尺度律变化的规律,对其进行了对比研究,得到材料变形局部化带在一维与二维条件下的关系公式,这对材料变形局部化带宽的研究有积极意义。     

基于GIS的洪灾遥感监测与损失风险评价系统

洪灾遥感监测与损失风险评价系统,是以RS和GIS为技术支撑平台,由洪水灾害信息接收与采集,洪水灾害模拟和洪水灾害损失组成的较完整的系统,将数据库与模型库集成,当系统接受和采集了实时获取的洪水灾害的遥感监测与常规观测的信息后,通过图像处理与信息融合,能迅速确定洪水灾情在空间和时间上的分布,实时地提供洪水淹没范围并估算经济损失,为专家调度决策、指挥救灾抗灾工作提供科学依据。     

基于GSFLOW的镜湖湿地地表水与地下水耦合数值模拟

湿地地表径流包括明渠流和片流等多种形式,且存在海绵状土壤层,其地表水-地下水耦合模拟困难。针对湿地片流和海绵层模拟不准确的问题,以绍兴镜湖国家城市湿地公园为研究对象,考虑湿地多年植物生长沉积形成的独特海绵层,基于GSFLOW模型构建湿地地表水与地下水耦合数值模型,通过二维扩散方程模拟湿地片流、一维圣维南方程模拟湿地明渠流,使用竖管法测量湿地海绵层渗透系数,利用模拟区水文站的监测数据率定模型参数并对模拟结果进行验证,应用校正后模型模拟湿地地表水与地下水的水量交互过程,并对研究区进行水均衡分析。研究结果表明:考虑湿地海绵层的湿地地表水与地下水耦合模型能较为真实地反映湿地水文特性,湿地以地表水补给地下水为主,补给量随降雨量变化。研究建立的湿地地表水与地下水耦合模型合理可靠,对湿地水文分析有良好的应用价值。     

考虑毛细滞回效应的非饱和多孔介质渗流与变形耦合本构模型

在Wheeler本构模型框架的基础上,提出了一个水力与力学耦合的本构模型。该模型中的土-水特征曲线采用毛细滞回内变量模型,能够更好地描述水力历史变化下毛细滞回现象对非饱和多孔介质变形的影响,同时也可描述非饱和多孔介质变形对渗流的影响。非饱和土的强度不仅与吸力有关,而且受到饱和度的影响。相同的吸力下,土样经过吸湿和脱湿路径的饱和度不同,因此,非饱和土的强度也不同。此模型以体积含水率的塑性变化和体变的塑性变化为硬化参数,不仅能描述基质吸力对非饱和土的强化作用,而且考虑了饱和度对强度及变形的影响。试验结果与模型预测基本吻合,证明该模型能够模拟非饱和土的主要特性。为了简化,此模型是在各向同性荷载下推得的,有待于推广到一般的应力状态     

基于浅层地下水回灌的基坑工程沉降防治分析与计算

采用下负荷面剑桥模型,联合渗流方程,建立土-水完全耦合平衡方程计算模型,探讨浅层地下水人工回灌在基坑工程降水过程中抑制基坑周边地面沉降的作用,并以邻近上海地铁一号线的淮海中路3号地块基坑降水为例,对基坑工程实测沉降和回弹数据进行数值拟合,理论结果与实际数据吻合。本方法对基坑工程地下水回灌防止地面沉降有一定参考指导作用。     

基于CF与Logistic回归模型耦合的地质灾害易发性评价——以北京市大清河流域生态涵养区为例

在北京市大清河流域生态涵养区1450 km²的区域内,以遥感影像解译为基础,结合1∶50 000地质灾害详细调查,获取全区888个地质灾害隐患点作为样本数据库,选取基岩类型、地貌类型、地形坡度、河流、公路、断裂6个评价因子,采用确定性系数(CF)与Logistic回归耦合模型评价地质灾害易发性,依照自然间断点分级法(Jenks)将研究区划分为极高易发区、高易发区、中易发区、低易发区和极低易发区。将未参与模型训练的20%地质灾害隐患点作为检验点与易发性分区结果进行叠加分析,通过频率比和ROC曲线进行精度检验。结果显示：基岩类型对地质灾害的发育具有控制作用;公路、断裂对地质灾害的空间分布影响明显;CF与Logistic回归耦合模型在实际应用中具有较高的准确性,是一种地质灾害易发性评价可靠性高的模型。     

黄土结构性力学特性研究与应用的探讨

大孔隙、高孔隙比、欠压密的非饱和黄土具有显著的结构性,结构性是影响土力学性质的关键因素。在讨论土结构性力学特性研究途径的基础上,从反映土的结构可稳性和可变性的综合结构势出发,阐述了反映力、水作用的黄土压缩变形结构性参数、应力结构性参数和应力比结构性参数,以及与土的物理性质指标对应的反映结构特征的构度。通过黄土的单轴抗压试验、非饱和直接剪切试验、三轴试验和真三轴试验,揭示了结构性参数和构度的变化规律,以及它们分别与强度指标之间的关系,提出了湿、剪变形过程等结构性临界状态的概念。将正常固结土视为结构性参数或构度等于1的无结构性土,在修正剑桥模型的基础上,考虑临界状态线和等向压缩曲线随结构性参数的变化,建立了结构性屈服面方程,为建立结构性弹塑性本构方程打下了基础。同时,阐述了黄土隧道围岩和黄土地基稳定性分析中应用结构性强度变化规律研究成果的途径,深化了黄土体稳定性分析的理论基础。     

基于Modflow的岩溶管道概化与模拟探讨

在复杂岩溶介质中,由于岩溶形态存在小尺度的溶缝到大尺度的岩溶管道的变化,岩溶地下水流呈现为层流-紊流多种流态共存的复杂系统。对含水层中岩溶管道的准确概化是精确模拟复杂岩溶介质地下水流动的前提。在较为成熟的三维有限差分地下水流动模型（等效多孔介质）条件下寻找一种概化岩溶管道的方法,基于Modflow地下水流动模型,分别讨论模型软件中的单元渗流计算子模块（ BCF ）、排水沟子模块（ DRN ）、河流子模块（ RIV ）以及溪流子模块（ STR）对岩溶管道的概化模拟效果,发现河流子模块（ RIV）与溪流子模块（ STR）是概化岩溶管道的最优模块。     

基于地貌结构与汇水特征的沟谷节点提取与分析——以陕北黄土高原为例

沟谷节点是流域中线状沟谷或河网的交汇点,集中反映了沟谷的地貌结构和水文特征。有效获取并分析沟谷节点的结构与特征规律,对于系统、深入地研究流域地貌的空间形态结构、径流特征具有重要的作用。利用陕北黄土高原多地貌类型为实验区,设计并实现了基于高精度DEM的沟谷节点提取算法模型和等级标定方法,获取了实验区各级沟谷节点的数量和汇水值;运用数学模型分析法,分析了沟谷节点的数量和汇水值的分级数量关系,得到了具体的数学模拟方程;同时,运用等差分级的方式,分析了汇水累积量级差在不同地貌区的差异,初步探讨了地表形态在空间上的分异规律。     

基于信息量、加权信息量与逻辑回归耦合模型的云南罗平县崩滑灾害易发性评价对比分析CSCD

以罗平县崩滑地质灾害为研究对象,选取工程岩组、坡度、坡向、高程、起伏度、曲率、地貌类型、距河流距离、距断裂距离9个评价因子,基于共线性诊断和相关性分析对其进行独立性检验。然后采用信息量法计算各评价因子分类分级的信息量值,采用层次分析法和逻辑回归法对各评价因子进行权重的定量计算,从而构建信息量、加权信息量和信息量-逻辑回归耦合易发性评价模型并进行对比分析。基于GIS的自然断点法将评价结果划分为非、低、中和高4个等级,并采用ROC曲线对其精度进行检验。结果表明:3种评价模型的AUC值分别为0.757、0.723和0.852,信息量-逻辑回归耦合模型的精度最高,模型结果分区与崩滑地质灾害点的分布较吻合,其非、低、中和高的面积(分级比)分别为771.1 km^(2)(25.55%)、836.6 km^(2)(27.73%)、864.36 km^(2)(28.64%)和545.94 km^(2)(18.08%)。