通用河网二维水流模拟模式研究

通过对流域河网二维水流模拟问题的分析,提出了一个通用化的河网二维模拟概化模式,该模式将河网二维概化为"树状"河道计算单元、"环状"河道计算单元、"十字型"河道计算单元等河网二维基本单元,对这些河道计算单元的求解,构建流域型河网一二维耦合模式的求解模型,并由此建立了通用化的河网二维水流数学模型软件系统。通过"树状"河道二维计算单元求解模型的推导与实现,验证了概化模式的可行性,表明该思路可以应用于大型流域河网一、二维水流模拟,具有很好的应用推广价值。     

湖泊调蓄作用对河网计算的影响

分析了Muskingum法及其衍生的水动力学模型在水流计算中的优缺点,以及湖泊调蓄作用的计算方法,在此基础上建立了能够反映湖泊调蓄作用的河网模型,并采用荆江洞庭湖河网水系1996和1997年的相关资料进行了对比计算.结果表明,考虑湖泊的调蓄作用时,模型的计算值与实测值吻合较好,说明对湖泊调蓄作用的处理是较为符合实际情况的,所建模型具有较好的适用性.分析了湖泊调蓄作用对河网水沙数值计算影响的复杂性.     

复杂河网水沙数学模型研究

根据节点水沙平衡和能量衔接条件,在单一河道水沙数学模型的基础上,建立了可以适用于一般河网体系水沙数值计算的数学模型,并采用荆江-洞庭湖的相关资料进行了验证。结果表明,模型的计算值与实测值吻合较好,说明对荆江-洞庭湖区域复杂边界条件的处理是合适的,所建模型具有较好的适用性。     

基于水流阻力与图论的河网连通性评价

河网连通是区域防洪、供水和生态安全的重要基础。基于图论将河网概化为图模型,考虑不同类型河道输水能力差异,以河道水流阻力倒数表征水流通畅度,并以河道水流通畅度为权值,借助ArcGIS平台建立河网图模型加权邻接矩阵,再利用MATLAB工具进行顶点水流通畅度计算和河网连通度分析,从而实现对河网连通性的定量化分析。以太湖流域嘉兴平原河网为例,进行河道疏浚前后的河网连通程度定量评价,结果表明河道疏浚后河网连通度明显增加。     

太湖流域河网水流运动模拟研究

本文在以往研究的基础上,利用距离提取陆域宽度,采用最短路径法,考虑河道过水面积、流量模数等因素,对陆域面上的调蓄作用进行相似模拟.为减少计算工作量,避免受计算机容量、计算工作量及资料的限制,对天然河网湖泊进行合并及概化,考虑区域工程情况及其运行方式以及破圩后的水流情况,建立了河网水流运动模型,在太湖流域防洪调度中得到了应用.     

一维-二维耦合的河湖系统整体水动力模型

为对自然界中的复杂水流系统进行整体水动力数值模拟,建立了适用于河湖系统的一维-二维耦合模型.将河网计算中用于处理河段间耦合的汊点水位预测校正法应用到一维-二维耦合边界的处理中,即耦合边界水位预测校正法.该方法具有一维、二维模型计算完全独立,可有效利用现有模型的优点.与传统一维-二维耦合处理方法相比,耦合连接条件的满足程度较高且可通过对计算容差的调整进行有效控制.利用理想及实际例子进行了计算验证,结果表明该方法具有较好的实用性.     

太湖流域设计暴雨修订

太湖流域属平原河网地区,河网密布、水流流向往复不定,不存在流域出口控制断面,太湖流域设计洪水一般根据设计暴雨采用流域产汇流模型间接推求。因此,设计暴雨成果将直接影响流域防洪规划、工程设计、风险图编制等多项工作,其可靠性关系到流域的防洪安全,是一项十分重要的基础工作。开展了太湖流域设计暴雨修订计算,与太湖流域防洪规划设计暴雨成果对比分析,并针对设计暴雨过程推求采用的不同空间分配方法,进行成果的合理性评估。     

平面二维水流泥沙数值模拟

基于三角形网格划分,采用有限元方法,建立了河道平面二维水流泥沙数学模型。采用质量集中的简化处理和预估校正的时间推进算法,较好地解决了有限元计算存储量和计算速度问题。以空腔流和突扩段两种情况为例对模型进行了检验计算,结果表明,模型能较好地模拟河道水流泥沙运动及河床变形情况,且计算稳定性好、速度快、精度较高。     

基于ArcGIS的DEM流域划分

从数字高程模型DEM(Digit Elevation Models)直接提取河网及流域信息,是分布式水文模型开发与应用的基础.本文利用ArcGIS中的水文分析工具从DEM中提取了流域水文特征.主要包括:DEM的预处理、水流方向的确定、水流累积量提取、河网的提取、集水区的提取和流域的划分.本文探讨了两种不同划分流域的方法...     

河道采沙对珠江三角洲水情及水环境影响分析

珠江三角洲水系属于典型的潮汐河网,水流同时受到地表径流及沿海潮位的双重影响。自20世纪80年代以来,该水系大规模的人工挖沙导致了水文条件、河床演变自然进程的较大变化。根据潮汐河网的水力特性,建立了用于模拟水位、流量时空变化的一维河网水动力数学模型,并根据由灰色模型预测的因挖沙引起的未来年份的河床演变情况,分别预测分析了不同水平年在丰水期、枯水期两种代表水情下的水系水位、流量变化情况。并对由此可能产生的对环境的影响进行了初步分析。     

Flash flood routing modeling for levee-breaks and overbank flows due to typhoon events in a complicated river system

There has been a yearly increase in precipitation in Taiwan, consistent with trends seen across the world. In the summer and fall, typhoons or tropical cyclones with torrential rainfall frequently occur as a result of Taiwan’s subtropical climate. Flash floods may cause a levee-break and/or the overtopping of banks at narrow neck locations in a river system, which may in turn produce inundation in urban areas. Therefore, a model that predicts flash floods is of vital importance for river management. The present study is based on a flash flood routing model, which incorporates levee-break and overbank functions to calculate the discharge hydrographs in the complicated Danshuei River system of northern Taiwan. The numerical model was calibrated and verified against observed water stages using three typhoon events. The results indicate reasonable agreement between the model simulations and the observed data. The model was then used to calculate the levee-break and overbank flow hydrographs due to Typhoon Talim (2005) and Typhoon Nari (2001), respectively. The simulated results indicate that several parameters significantly affect the flow hydrograph during a levee-break and should be carefully monitored when levee-break events occur in the river system. The simulated water stages at several stations are consistent with observed data from Typhoon Nari. The simulated overbank flow results quantitatively agree with reported information. The data also confirm that most of the overbank events occurred at the upper reaches of the Keelung River, consistent with the low levee height protection.     

一个稳健的河网水情数据同化耦合模型

为解决河网水情动态系统的数据同化问题,将水情量测数据作为内边界条件,建立了一个基于误差最小二乘原理的河网水情数据同化耦合模型.同时,为了有效控制水情状态变量的校正程度,避免因校正过度而破坏河网系统的水量平衡关系,构建了一个能有效控制及平衡各量测变量校正程度的权重矩阵.通过模拟算例和实例应用,系统检验了模型在河网水情仿真与预报中的实时校正能力,并得到了理想的结果.结果表明:模型理论完备、构建简便、数据同化可控性好,能够有效地进行河网水情动态系统的数据同化,提高河网水情仿真与预报的精度.     

黑河中游盆地水资源转化规律研究

基于近二十多年黑河中游盆地的地表水和地下水观测资料,通过对盆地水资源转化规律的认识,利用水文系统分析法分析了该区域地表水、地下水相互转化规律,建立了盆地出口断面水资源量转化模型和盆地平均地下水水位变幅变化模型,经模型计算值与实测值比较吻合的较好,故可运用模型预测该盆地出口断面的水资源量和地下水水位的变化幅度。根据黑河出山径流不同频率的来水量,预测了现状条件下中游绿洲区平均地下水水位的变化幅度。得出了应该充分利用地表水和地下水的相互转化提高水资源的总体利用率,单方面考虑提高地表水利用率的做法有可能破坏地下水资源、降低水资源的总体利用率和造成生态与环境恶化的结论。     

东胜煤田北部延安组沉积体系及聚煤特征

鄂尔多斯盆地延安组在全盆地发育,是盆地内最重要的含煤、油、气地层之一,依据大量的钻井、测井资料,运用沉积学的方法,对东胜煤田艾来五库沟-台吉召延安组沉积体系及聚煤特征进行了分析。研究认为延安组为辫状河、曲流河及辫状河三角洲沉积,沉积微相主要发育有辫状河体系的河床滞留沉积及心滩、河漫滩和河漫沼泽沉积;曲流河体系的河床滞留沉积、边滩、天然堤、河漫滩、河漫沼泽和河漫湖泊沉积;辫状河三角洲体系的分支河道、天然堤和河漫沼泽沉积等。辫状河及曲流河垂向上表现为下粗上细的间断性正韵律或正旋回,为典型的河流二元结构特征。聚煤特征分析认为,辫状河和曲流河体系河漫沼泽环境是有利成煤场所,由于河道的冲刷、下切作用,辫状河道和曲流河道形成的煤层厚度较小、侧向连续性差;三角洲体系的三角洲平原是有利的成煤带,其煤层具有厚度较大、结构较为简单、分布范围较广、连续性较好的特征。     

改进ARX模型在襄阳站年径流序列预测中的应用

在气候变化和人类活动的影响下,我国部分流域的年径流过程表现出了复杂性波动,常规的统计分析预测模型都有其一定的局限性。多因子自回归模型(ARX模型)可以较高精度地对具有复杂性波动的系统进行模拟。以受人类活动影响和气候变化影响较为显著的汉江流域的襄阳站为研究对象,采用改进后的ARX模型对襄阳站1960~2002的年径流过程进行了模拟,并与多种常用的统计分析方法进行了比较,验证了ARX模型在模拟具有突变性的年径流过程的良好性能。根据所率定模型对襄阳站2003~2012年的年径流进行了预测,预报合格率达到90%,说明了ARX模型在中长期径流预报中较好的适用性。     

太湖平原河网区城镇化发展与水系变化关系

选取太湖流域下游的武澄锡虞和阳澄淀泖水利片区为研究区,基于1980s和2010s两期水系和土地利用类型数据,利用全局自相关、局部自相关和地理加权回归模型等方法,分析河网密度空间变化特征,并探讨其与土地城镇化的关系。结果表明:近30年研究区河网密度下降幅度达11.3%,其中,一、二级支流密度分别下降18.1%和11.3%。城市及周边地区下降幅度最大;因淤积和填埋造成的区域河道衰退是河网密度下降的主要原因;土地城镇化速度与支流衰减长度呈指数关系,且存在区域差异;当土地城镇化速度达40%以上时,支流长度快速减少。此外,水网密布区域河网密度下降和衰退强度更大。因此,在城市建设过程中需要加大对水系的保护力度。     

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.     

大凌河流域MIKE BASIN水资源模型

Mike Basin模型是一个集总式综合河网模拟系统,与GIS系统全面链接,具备清楚的数据与模型结构,支持水资源综合管理的参与式对话和矛盾解决方案。它由两个模型单元组成:水文模型(NAM)和水资源分配模型(MIKE BASIN)。它是认识和分析流域水资源状况,进行流域水资源综合管理规划十分重要的工具。本文从模型数据的需求、分析与应用以及参数的率定,较详细地阐述了大凌河流域MIKE BASIN水资源模型的建立过程,为其他用户进行模型的建立提供了借鉴。     

准噶尔盆地车排子凸起春光区块沙湾组沉积特征新认识

准噶尔盆地车排子凸起沙湾组沉积环境存在较大争议,主流观点认为辫状河三角洲或者滩坝砂沉积。通过对研究区内钻井、古生物、地球物理资料分析认为,车排子凸起沙湾组并非水下环境,而是处于陆上暴露环境,发育冲积扇和河流沉积体系,其中研究区北部发育冲积扇体系,而中南部则发育河流体系,且不同沉积时期沉积体系类型发生变化:沙一段发育冲积扇-辫状河沉积,沙二段发育冲积扇-曲流河沉积,沙三段则缺少典型的河流沉积,以冲积扇体系及洪泛平原沉积为主。总体而言,春光区块沙湾组沉积期具有多物源、多沉积体系发育的特征,垂向上构成了两类冲积扇-河流体系沉积模式。