基于“23·7”特大洪水的永定河系数字孪生流域防洪模型构建

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作者 马强 王浩雯 +3 位作者 张珂健 杨邦 张晓祥 刘昌军 《水资源保护》 北大核心 2025年第3期75-82,92,共9页

针对气候变化与人类活动双重胁迫下永定河系极端暴雨频发、自然水循环异变导致的防洪能力协同性不足问题,基于“23·7”永定河系特大洪水案例,采用融合考虑产汇流机制及水利工程分布特点的水文水动力防洪模型构建策略,开展了数字孪... 针对气候变化与人类活动双重胁迫下永定河系极端暴雨频发、自然水循环异变导致的防洪能力协同性不足问题,基于“23·7”永定河系特大洪水案例,采用融合考虑产汇流机制及水利工程分布特点的水文水动力防洪模型构建策略,开展了数字孪生流域框架下兼顾计算效率与精度的普适性防洪模型建模方法研究。结果表明:永定河系防洪模型可以准确反映洪水过程中不同区域产汇流机制时空变化特征;模型计算效率及精度均达到较高水平,全河系24 d逐小时模拟总耗时5 min,官厅山峡区间洪峰模拟误差在6%以内;泛区水动力模拟最大淹没面积与遥感实测结果基本一致。 展开更多

关键词 数字孪生 流域防洪 水文水动力模拟 产汇流机理 “23·7”永定河系特大洪水

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中国山洪沟现状及防洪治理对策 被引量：14

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作者 马美红 黄先龙 +4 位作者 何秉顺 任洪玉 常凊睿 李青 李存磊 《人民黄河》 CAS 北大核心 2019年第2期44-48,93,共6页

为了推动重点山洪沟治理项目更好地开展,与所在小流域的监测预警系统和群测群防体系等相结合,形成综合防御体系,通过数据分析、案例研究、现场调研、经验总结等方法,在阐述山洪沟定义的基础上,综述国内外山洪沟治理研究技术,介绍我国重... 为了推动重点山洪沟治理项目更好地开展,与所在小流域的监测预警系统和群测群防体系等相结合,形成综合防御体系,通过数据分析、案例研究、现场调研、经验总结等方法,在阐述山洪沟定义的基础上,综述国内外山洪沟治理研究技术,介绍我国重点山洪沟治理项目的现状,共规划治理山洪灾害危害重的重点山洪沟1 664条,建设了适合我国国情的专群结合的山洪灾害防治体系,发挥了显著的防灾减灾效益,然后从治理特点、治理部署特点、治理技术特点等方面进行分析。结果表明:中国山洪沟的整体分布、危害情况等与山洪灾害防治区基本一致,具有覆盖范围广、投资力度大、治理任务重、发生灾害频繁、基础防御能力低、人类活动影响严重等特点。结合山洪沟治理存在的问题,提出密切结合非工程措施,管理和监督共同推进,多渠道筹集资金,建立激励机制,强化技术、法律、宣传等措施,以期实现最大限度地减少人民生命财产损失。 展开更多

关键词 山洪灾害 山洪沟 存在问题 特点 防御对策

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双层堤基异常渗漏对堤防温度场分布的影响研究 被引量：3

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作者 张启义 孙东亚 +2 位作者 刘昌军 张顺福 赵伟明 《中国水利水电科学研究院学报》 北大核心 2020年第1期62-69,共8页

通过对双层堤基异常渗漏险情作用下的温度场进行分析计算,结果表明,渗流场对堤防内部的温度场分布具有重要影响,当覆盖层中薄弱环节的渗透系数超过粉砂以后,即可在渗漏通道出口观测到明显的低温区,并且该低温区受气温变化的影响较小,因... 通过对双层堤基异常渗漏险情作用下的温度场进行分析计算,结果表明,渗流场对堤防内部的温度场分布具有重要影响,当覆盖层中薄弱环节的渗透系数超过粉砂以后,即可在渗漏通道出口观测到明显的低温区,并且该低温区受气温变化的影响较小,因此,通过监测堤防背水侧地面温度的异常变化进而探测出异常渗漏险情在技术上具有一定的可行性,并且在异常渗漏险情发生和发展的早期即可成功探测到,有利于实现"抢早抢小"的目标。研究成果可以为堤防渗漏险情快速遥感探测技术的进一步研发提供一定的理论支撑。 展开更多

关键词 堤防 异常渗漏 渗流场 温度场 耦合计算 遥感探测

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京津冀地区水安全挑战与应对战略研究 被引量：27

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作者 赵勇 王庆明 +6 位作者 王浩 何凡 李海红 翟家齐 刘蓉 胡鹏 王静 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2022年第5期8-18,共11页

京津冀地区是我国水资源承载压力最大、水生态系统受损最严重的区域之一,面向地区未来发展需求,系统研判水安全风险并提出针对性的应对策略,是实现京津冀协同发展和世界级城市群建设目标的科技保障。本文较为系统地梳理了有关京津冀地... 京津冀地区是我国水资源承载压力最大、水生态系统受损最严重的区域之一,面向地区未来发展需求,系统研判水安全风险并提出针对性的应对策略,是实现京津冀协同发展和世界级城市群建设目标的科技保障。本文较为系统地梳理了有关京津冀地区的国家重大政策、经济社会发展态势、生态保护要求,分析了京津冀地区水安全现状、面临的形势以及有关重大科学问题。研究表明,①水资源供需矛盾是京津冀地区水安全保障的首要问题,未来区域水资源大概率将持续衰减1×10^(9)~2×10^(9) m^(3),南水北调后续工程需调水量为3.9×10^(9)~6×10^(9) m^(3)以保障区域水系统安全;②针对区域河湖萎缩干涸、地下水超采严重的水生态现状,提出了河湖生态保护修复布局建议,明确了分区“健康地下水位”,即在恢复地下水埋深方面,山前平原区为8~20 m、中部平原区为3~5 m、城市区为6~10 m、东部沿海区为2~3 m;③针对防洪达标率低、蓄滞洪区启用难度大等地区防洪体系的薄弱环节,可加强常态与应急统筹管理,提前布局超标洪水等应对措施。相关研究立足京津冀地区新发展方位,着力形成前瞻且可操作的对策建议,以期为京津冀地区一系列重大国家战略任务的推进实施提供基础性参考。 展开更多

关键词 京津冀地区 水安全 水资源高效利用 地下水位恢复 河湖生态保护

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基于动态权重系数法的区域综合干旱指标研究 被引量：3

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作者 姚立强 孙可可 +2 位作者 许继军 袁喆 屈艳萍 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2021年第10期40-47,共8页

为揭示区域总体干旱程度及其变化特征,以长株潭地区为研究区,在标准化降水指数(SPI)、标准化水位指数(SZI)、标准化区域水资源短缺指数(SSDI)基础上,利用动态权重系数法构建区域干旱综合指标MIDI,结合历史受旱面积率、因旱减少供水量等... 为揭示区域总体干旱程度及其变化特征,以长株潭地区为研究区,在标准化降水指数(SPI)、标准化水位指数(SZI)、标准化区域水资源短缺指数(SSDI)基础上,利用动态权重系数法构建区域干旱综合指标MIDI,结合历史受旱面积率、因旱减少供水量等旱情统计资料,对MIDI的适用性进行分析验证。以长株潭地区11个气象站、12个水文站近几十年实测资料为例,分别采用游程理论和Copula函数法识别干旱事件,并计算其发生频率,采用多尺度统计分析法,对区域综合干旱的演变特征进行分析。研究结果表明:SPI、SZI、SSDI对于不同水源、行业类型干旱评价各具优势,SPI、SSDI年干旱累积烈度与长株潭地区农业受旱面积率相关性相对较高;SZI年干旱累积烈度与城镇因旱减少供水量相关性较高,更适用于依靠地表径流为主要供水水源的城镇干旱地区评价。本研究提出的动态权重系数法,综合考虑了区域产业结构的年际变化、产业需水规律的季节性变化等因素,可反映不同阶段各单项指标干旱对于旱情的主导作用,适用于多种水源和产业类型的区域旱情综合评价;从月、季和年3种时间尺度,分析了长株潭地区MIDI综合干旱的变化特征,结果表明长株潭地区近20 a来极端干旱发生频次呈现波动增加趋势。 展开更多

关键词 干旱综合指标 干旱演变 干旱评价 干旱频率 长株潭地区

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2022年长江流域不同类型干旱时空响应关系 被引量：7

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作者 董蓉蓉 粟晓玲 +2 位作者 屈艳萍 姜田亮 吴海江 《水资源保护》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期61-70,共10页

为研究2022年长江流域不同类型干旱的时空响应关系,基于三维时空聚类识别方法在月尺度下提取2022年长江流域气象、农业和水文干旱事件,在候尺度(5 d)下利用三类型干旱事件对匹配规则识别2022年长江流域存在时空联系的气象农业水文干旱... 为研究2022年长江流域不同类型干旱的时空响应关系,基于三维时空聚类识别方法在月尺度下提取2022年长江流域气象、农业和水文干旱事件,在候尺度(5 d)下利用三类型干旱事件对匹配规则识别2022年长江流域存在时空联系的气象农业水文干旱事件对,定量揭示各类型干旱之间的时空响应关系。结果表明:三维时空聚类识别方法在月尺度下识别出历时大于2月的气象、农业和水文干旱事件分别为3、2和2场,能够清晰地刻画出各类型干旱在时空上的发生、发展、消亡过程;利用三类型干旱事件对匹配规则在候尺度下识别出2022年长江流域1场气象农业水文干旱事件对,即由气象和农业干旱事件共同引发的水文干旱事件,该场干旱事件对中各类型干旱事件迁移路径均为长江上游至中下游迁移,最终分别在湖北,重庆和湖北结束。 展开更多

关键词 特大干旱 聚类识别方法 干旱识别 时空响应 长江流域

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城市洪涝模拟应用场景及相应技术策略 被引量：25

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作者 张红萍 李敏 +3 位作者 贺瑞敏 臧文斌 刘舒 胡春宏 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期452-461,共10页

城市洪涝模拟是当前国内外城市防洪减灾领域研究的热点。现有城市洪涝模拟方面的评述,主要依据城市洪涝过程或模拟计算方法进行分类讨论,缺乏基于应用需求的视角。随着应用需求日益深入,城市洪涝模拟应用场景日趋多样化和复杂化,不同模... 城市洪涝模拟是当前国内外城市防洪减灾领域研究的热点。现有城市洪涝模拟方面的评述,主要依据城市洪涝过程或模拟计算方法进行分类讨论,缺乏基于应用需求的视角。随着应用需求日益深入,城市洪涝模拟应用场景日趋多样化和复杂化,不同模拟应用场景下,所关注的洪涝过程不同,采用的技术策略及其重点和难点也不同,脱离模拟应用场景很难辨析这些不同。依据模拟对象和关注变量,归纳总结出城市洪涝模拟的3种典型应用场景,即城市外洪模拟、城市雨洪模拟、城市内涝模拟;针对这3种典型模拟应用场景,分析相应的城市洪水演进模型、城市雨洪模型、半分布式暴雨内涝模型、全分布式暴雨内涝模型等4类模拟技术策略;辨析在不同模拟应用场景和技术策略下,不同模拟技术的组合方式及其特点与难点,以期从应用需求的角度对城市洪涝模拟技术进行全面的梳理,为城市洪涝模拟应用和研究提供一个新的视角。 展开更多

关键词 城市洪涝 应用场景 技术策略 雨洪模拟 暴雨内涝模拟 半分布式模型 全分布式模型

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中小河流洪水防控与应急管理关键技术的思考 被引量：25

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作者 李致家 朱跃龙 +7 位作者 刘志雨 张珂 包红军 周国良 刘艳丽 何秉顺 万定生 李巧玲 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期13-18,共6页

在总结国内外洪水防控与应急管理关键技术问题研究成果的基础上,针对中国中小河流众多、洪水频发、灾害严重等特点,讨论了高时空分辨率雨量场构建与短临精准预报、精细与智能洪水预报、洪水实时风险评估与应急处置、水文气象数据质量控... 在总结国内外洪水防控与应急管理关键技术问题研究成果的基础上,针对中国中小河流众多、洪水频发、灾害严重等特点,讨论了高时空分辨率雨量场构建与短临精准预报、精细与智能洪水预报、洪水实时风险评估与应急处置、水文气象数据质量控制、云平台构建及多重情景仿真等关键技术问题,探讨关键科学问题,为中小河流洪水防控与应急管理提供思路。 展开更多

关键词 中小河流 洪水防控 应急管理 洪水预报 云平台 情景仿真

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城市暴雨洪涝多尺度分层嵌套模拟技术 被引量：6

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作者 张红萍 郝晓丽 +3 位作者 胡昌伟 臧文斌 任汉承 胡春宏 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期510-519,共10页

针对城市暴雨洪涝模拟存在的计算精度与计算时间及数据可获得性等方面的矛盾,基于城市暴雨产生洪涝过程的时空特性,提出一种城市暴雨洪涝多尺度分层嵌套模拟技术。在全分布式模型的精细网格基础上,叠加大尺度计算单元,上层大尺度计算单... 针对城市暴雨洪涝模拟存在的计算精度与计算时间及数据可获得性等方面的矛盾,基于城市暴雨产生洪涝过程的时空特性,提出一种城市暴雨洪涝多尺度分层嵌套模拟技术。在全分布式模型的精细网格基础上,叠加大尺度计算单元,上层大尺度计算单元用于非淹没区的降雨产汇流模拟,底层精细网格用于淹没区的洪涝淹没过程模拟,且2种尺度计算网格实现“分层嵌套,实时切换”。应用这种分层嵌套模拟技术,模拟程庄子铁路桥区2020年“8·12”暴雨积水过程,取得较好的效果。研究表明,多尺度分层嵌套模拟技术,在保障较好的模拟精度的同时,可以大幅节省计算时间,有望为大区域城市暴雨洪涝模拟应用提供一种有效的技术手段。 展开更多

关键词 城市暴雨洪涝 城市洪涝模型 全分布式模型 分层嵌套模型

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基于可变模糊聚类的山丘区小流域洪峰经验公式推求 被引量：2

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作者 吴剑 叶磊 +3 位作者 郭良 姬荣彬 李敏 周惠成 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期94-104,共11页

山丘区小流域暴雨洪水汇流计算是山洪精准预报预警的关键之一。针对山丘区小流域暴雨洪水历时短、成灾快和小流域普遍缺乏实测资料、产汇流非线性特征明显等特点,基于考虑雨强和流域异质性的分布式地貌单位线,开展山丘区小流域单位线峰... 山丘区小流域暴雨洪水汇流计算是山洪精准预报预警的关键之一。针对山丘区小流域暴雨洪水历时短、成灾快和小流域普遍缺乏实测资料、产汇流非线性特征明显等特点,基于考虑雨强和流域异质性的分布式地貌单位线,开展山丘区小流域单位线峰值经验公式推求的研究。选取甘肃省山丘区26774个小流域作为研究对象,采用可变模糊聚类方法对小流域单位线进行分类,分类别建立小流域特征因子与单位线峰值之间的经验公式,并进一步探讨所推求经验公式的合理性。结果表明:可变模糊聚类算法能较好地应用于分布式单位线分类,该算法的分类效果非常突出,分类后的单位线经验公式计算效果有显著提升;山丘区小流域汇流过程峰值主要受流域面积、最长汇流路径长度及其坡降的影响,分布式单位线峰值经验公式在山丘区小流域汇流计算具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 山丘区小流域 分布式单位线 汇流 可变模糊聚类 经验公式

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基于能量转换的地貌单位线计算方法及应用 被引量：1

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作者 王文川 赵延伟 +2 位作者 徐冬梅 刘昌军 马强 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期135-142,共8页

该研究基于能量转换原理构建汇流模型,针对中小河流汇流参数确定困难、汇流计算准确度低的问题,分析流域内水质点能量的空间分布,采用将重力势能转化为动能的方式估计地表水流速度,计算空间流速场并提取地貌单位线。采用分辨率30 m×... 该研究基于能量转换原理构建汇流模型,针对中小河流汇流参数确定困难、汇流计算准确度低的问题,分析流域内水质点能量的空间分布,采用将重力势能转化为动能的方式估计地表水流速度,计算空间流速场并提取地貌单位线。采用分辨率30 m×30 m的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)数据,将湖南省竹溪坡流域划分为57个计算单元,分别采用能量转换法和坡度雨强法提取了地貌单位线。构建了研究区的分布式模型,其中产流计算采用新安江模型,坡面汇流采用地貌单位线模型,河网汇流采用马斯京根法,对竹溪坡流域36场降雨径流过程进行模拟。采用统计方法分析汇流参数,对参数的取值范围进行了评估。结果表明,与坡度雨强法相比,基于能量转换方式的洪水模拟结果中,峰现时间误差不超过1 h的场次比例由30.5%提高到83.3%,确定性系数不低于0.9的场次由9场提升至17场,平均确定性系数达到0.89,显著提高了模拟精度。通过对断面流速进行统计分析,评估竹溪坡流域汇流参数取值范围为[0.008, 0.014],当参数在此区间浮动时,确定性系数不低于0.9的场次比例为44%~50%,与率定得到的结果接近。该方法物理意义明确,参数可以通过率定或者测量方式确定,为无资料地区汇流规律研究提供了一种可靠思路。 展开更多

关键词 径流 流速 空间分布 洪水预报 地貌单位线 分布式水文模型

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基于SWMM模型及GIS技术的城市雨洪调控情景模拟——以镇江市城区为例 被引量：14

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作者 黄诚 张晓祥 +1 位作者 韩炜 刘昌军 《人民长江》 北大核心 2022年第4期31-36,共6页

为解决城市区域在发生暴雨后的内涝问题和探讨低影响开发(LID)措施对城市雨洪的调控效果,选取近年内涝频发的镇江市老城区作为研究区域,采用SWMM模型构建该地区排水系统模型,模拟了符合当地防洪标准的30 a一遇暴雨条件下管网系统运行情... 为解决城市区域在发生暴雨后的内涝问题和探讨低影响开发(LID)措施对城市雨洪的调控效果,选取近年内涝频发的镇江市老城区作为研究区域,采用SWMM模型构建该地区排水系统模型,模拟了符合当地防洪标准的30 a一遇暴雨条件下管网系统运行情况;然后,以淹没较为严重的汇水区为研究对象,布设4种LID措施及不同组合模拟8种情景下径流控制情况;最后,在基于遥感技术提取的建筑物屋顶上随机布设20%,50%,80%的绿色屋顶设施(GR),从空间尺度对比汇水区径流系数对不同比例LID措施的响应。结果表明:(1)在遭遇30 a一遇暴雨情景下,研究区内超过半数的节点和管网发生溢流或超载现象。(2) LID措施对控制城市雨洪有较好的效果,以S424汇水区为例,在径流量控制效果上,透水铺装>LID组合>绿色屋顶>雨水花园;在洪峰流量削减率上,透水铺装和雨水花园效果较好。(3)随着LID措施布设比例的增加,控制径流的效果越来越好,当区域内随机布设80%的绿色屋顶后,汇水区平均径流系数Ψ缩减60.39%。LID设计方案对海绵城市雨洪调控效果明显,可为当地内涝治理提供参考。 展开更多

关键词 雨洪调控 情景模拟 低影响开发 SWMM模型 GIS 海绵城市 镇江市

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海河“23·7”流域性特大洪水东淀蓄滞洪区洪水演进复盘分析

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作者 吴滨滨 马奉泉 +6 位作者 胡珊珊 张丽伟 赵英虎 宋文龙 何秉顺 刘宏洁 喻海军 《水资源保护》 2025年第5期96-105,共10页

针对极端降水引起的洪涝灾害频率和强度改变,进而导致蓄滞洪区启用概率与风险增大的问题,构建了东淀蓄滞洪区一、二维耦合水动力学模型,利用遥感及水文测站监测数据和洪痕调查数据对模型进行了率定,并全面复盘了海河“23·7”流域... 针对极端降水引起的洪涝灾害频率和强度改变,进而导致蓄滞洪区启用概率与风险增大的问题,构建了东淀蓄滞洪区一、二维耦合水动力学模型,利用遥感及水文测站监测数据和洪痕调查数据对模型进行了率定,并全面复盘了海河“23·7”流域性特大洪水过程中东淀蓄滞洪区洪水演进过程和淹没特征。结果表明:模拟淹没范围与遥感监测成果吻合良好,模拟结果中各水文、水位站最大水位误差均小于20 cm,洪峰流量误差均小于5%,峰现时间误差均在2 h之内;洪痕淹没水深误差均小于30 cm,其中86%的点位误差小于20 cm,模型模拟效果较好;新盖房分洪洪峰在分洪道、东淀蓄滞洪区中传播时间分别为11 h和7.3 d,洪峰衰减分别为12%和40%;淀区内洪水演进缓慢,淹没水深大,淹没历时长,约65%的区域流速小于0.2 m/s,淹没水深大于2 m,且淹没历时超过30 d,其中包括38%的村庄、67%的耕地和96%的温室大棚。 展开更多

关键词 海河“23·7”流域性特大洪水 蓄滞洪区 水动力学模型 灾害复盘 洪水演进分析

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