为明晰克孜尔水库低水位冲沙的演化过程及运行方式,基于克孜尔水库排沙过程实测资料,分析水库冲沙演化过程、排沙效果及其影响因素;建立低水位冲沙数学模型,模拟典型冲沙窗口期的冲沙流量、冲沙水位及辅助措施下库区的冲淤过程。结果表明,克孜尔水库低水位冲沙运行方式下库区呈一槽两滩格局,水流集中在主河槽弯道内冲淤演化;排沙比η随坝前水位的降低而大幅增大,η与各因数的拟合优度决定系数R2排序为调控因子((QoutSout)/(QinSin))>出入库流量比值(Qout/Qin)>过流因子(${Q}_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}^{2}$/(VQin));水库排沙效果受冲沙时机、冲沙水位、冲沙时间及辅助工程措施的影响,水位越低、冲刷时间越长,效果越明显,辅助工程措施1#、2#引流槽同时布置效果好于仅1#引流槽布置,但后续冲刷主要集中在离主冲槽较近的2#引流槽内,采用辅助工程措施能够对库区进行有效引导冲刷。研究结果可为未来克孜尔水库低水位冲沙和库容长期有效保持提供科学支撑。
特大型水电站的运行显著扰动下游河道非恒定流水力波动特性。以某电站坝下变动回水区河段为研究对象,沿着38 km河段布设13个监测断面,结合多工况原型观测,系统揭示了梯级开发背景下坝下游水力波动的传播机制与能量耗散规律。结果表明:水力波动受上游下泄流量、下游库水位顶托及河道地形的多重调控,坝下河段水位与流量波峰变化同步性显著,近坝段受强紊流作用波峰衰减率较大,远坝段受下游顶托及河道展宽作用波峰衰减趋缓;极端泄洪条件下,近坝段约6 km范围内形成超强流速带(>3.0 m/s);沿程流速突变则主要由于河道地形作用主导。研究成果阐明了复杂边界条件下水力波动的关键驱动因子与演变机理,为梯级水库安全运行与下游河道管理提供了重要理论依据。
为解决传统气象站点的空间代表性不足问题,进一步厘清雅鲁藏布江流域的气候时空变化特征,基于TPMFD数据采用Mann-Kendall非参数检验、Morlet小波分析、小流域统计分析等统计方法对雅鲁藏布江流域中上游羊村水文站以上流域降水和气温的年际变化、年内变化及其与径流的关系进行了分析。结果表明: ①1979—2023年降水与气温呈缓慢递增的趋势,降水量增长速率为1.6~1.71 mm/a,气温增长速率约为0.03 ℃/a。②流域内多年平均降水量为508.3 mm,夏季主导了全年降水,贡献率为73%;空间上呈现西南向东北递增的趋势。流域多年平均气温为-0.65 ℃,年内呈现明显的季节性气温变化,空间上呈现流域中心向边缘山脉递减的变化趋势。③降水与径流深存在显著线性相关性,变化趋势基本一致,与气温无显著相关性;降水对径流深的影响自西向东逐渐增大,降水对径流年际变化的影响占比要大于年内变化。研究结果可为雅鲁藏布江流域的水文过程研究提供一定的理论支撑。
准确预测蓄滞洪区运用对干流水位降低作用是蓄滞洪区实时调度的基础。针对水动力学机理模型计算耗时长、难以用于实时优化调度,而数据驱动模型因预测数据缺乏难以构建问题,依据代理建模思想,基于深度学习方法,提出了蓄滞洪区运用对干流水位影响预测方法。利用经率定、验证的水动力学模型,在不同水情、工情条件下,模拟生成大量蓄滞洪区运用样本,再基于深度学习模型构建预测模型,并优选深度学习模型及预测因子组合。将所提方法运用于洪湖东分块启用对汉口站水位降幅的预测,结果表明,相较于门控循环单元、卷积神经网络,长短期记忆网络预测精度最高、计算结果稳定,为最佳预测模型。洪湖东分块分洪流量、分洪持续时间、分洪前3 d城陵矶水位过程、汉口站水位过程、螺山流量过程及汉江流量过程为预测分洪后7 d汉口水位降幅变化过程最佳因子组合,预测纳什效率系数为0.983 9、均方根误差0.024 cm,预测精度高。且所提模型相较于水动力学模型,计算时间由1.5 min降低到1 s内、输入因子数量更少,有效提升了模型的实用性,可为流域管理机构提升蓄滞洪区实时运用水平提供有力支撑。
为保障工程下游防洪安全、充分发挥电站发电效益,重点探讨了水电站蓄水期运行控制水位。通过长系列径流调节模型计算可蓄水量,通过梯级水库群联合防洪调度模型量化预留防洪库容需求,以此提出巨型水电站蓄水期运行控制水位廊道。以金沙江下游乌东德水电站开展实例研究,结果显示,为保证防洪安全,8月11日和8月21日乌东德水库运行控制水位需分别控制在966.00 m和970.90 m;为尽量提高工程蓄满率,8月21日运行控制水位推荐不低于960.16 m。研究成果提炼了蓄水期运行控制水位廊道确定方法,实现了蓄水期发电增效和防洪安全的有效协同,已应用于可行性研究阶段工程设计及调度运行之中,可为巨型水电站蓄水期调度方式研究等提供科学依据。
丹江口水库是我国重要战略水源地,沉积物中营养盐的释放会对水库水质产生影响。为探究不同水期水库沉积物中营养盐的分布情况及污染状况,分别于丰水期、平水期和枯水期开展沉积物采样调查分析。结果表明:2021—2022年丹江口水库沉积物有机质含量丰水期为3.8%~8.6%,平水期为4.3%~11.7%,枯水期为3.7%~11.7%;沉积物总氮含量丰水期为549.6~1 752.0 mg/kg,平水期为571.8~1 144.9 mg/kg,枯水期为496.0~1 948.5 mg/kg;沉积物总磷含量丰水期为395.0~867.0 mg/kg,平水期为360.9~1 379.6 mg/kg,枯水期为496.1~1 053.9 mg/kg;丹江口沉积物中总氮含量高的时段主要集中在丰水期和枯水期, 水库沉积物氮磷含量在不同水期存在一定的波动。与国内其他湖泊相比,丹江口沉积物中氮磷含量处于较低到中等水平,沉积物中有机质的差异主要是受水库水体交换以及水库的调节和储存特性影响,总氮的差异受水库周边农田施肥以及降雨量导致的外源污染与泥沙输入的影响,总磷的差异则主要是受水体交换差异的影响。依据沉积物基准分级,库区氮磷污染总体在安全级至最低级,对丹江口水库水质的影响较小。
为探究赣江流域吉安段浮游植物群落结构特征及关键驱动影响因子,于2023年7月份(丰水期)和11月份(枯水期)对该江段13个采样点开展定量调查。结果表明,两次调查共鉴定出浮游植物8门222属/种,7月份种类数(176属/种)多于11月份(150属/种),均以硅藻门和绿藻门为主,其中硅藻门的小环藻(Cyclotella sp.)是该江段的主要优势属/种。7月份浮游植物细胞密度高于11月份,而Margalef丰富度指数d、Shannon-Wiener多样性指数H'和Pielou均匀度指数J则低于11月份(P>0.05)。季节变化是驱动浮游植物群落差异的主要因素,空间效应不明显;距离衰减模式效应在11月份更为显著。导致两个季节差异的主要贡献物种为蓝隐藻和小球藻等6种。浮游植物群落结构受pH值、TN浓度、TP浓度和CODMn浓度的显著影响;WT、TN浓度、CODMn浓度和DO浓度为影响优势种分布的关键环境因子。研究结果可为水生态保护提供科学依据。
嘉陵江流域位于长江上游,是我国西南地区重要的农业生产区。近年来,快速的城镇化进程、工业扩张以及国家生态修复工程促使该流域耕地格局发生调整与变化,但现有研究多集中于局地的土地利用变化,对大流域尺度下耕地非农化的时空演变缺乏系统分析。基于此,综合运用重心迁移模型、探索性空间数据分析、土地利用转移矩阵与ArcGIS空间叠加等方法,系统探讨了1980—2020年嘉陵江流域耕地非农化的时空演变特征。研究结果表明:①40 a间,该流域耕地面积净减少2 466.58 km2,其中水田面积缩减相对明显;②耕地的非农化转化方向呈现阶段性特征,早期以流向建设用地为主,后期逐渐转向以林地和草地为主。耕地转入规模与转出规模存在动态差值,在1980—1990年、2000—2010年与2010—2020年耕地总面积分别减少125.58、1 370.87、1 016.21 km2,1990—2000年增加54.85 km2,流域耕地资源总量呈波动下降趋势;③非农化重心呈现“西南-东北-东南”的“N”型迁移轨迹,在一定程度上反映了区域间非农化进程的空间差异;④耕地非农化在空间上存在集聚,形成了以流域中部为热点区、南部与东部山区为冷点区的稳定格局。研究揭示了在城镇扩张与生态退耕双重趋势作用下,耕地非农化所呈现的复杂过程,凸显了区域发展进程中“保发展”与“保生态”之间的潜在张力,为区域土地利用优化、粮食安全保障和流域可持续发展提供了科学依据与实践参考。
农业面源污染磷排放是导致水体富营养化的重要来源,植被过滤带(VFS)作为农业面源磷污染削减的重要末端手段被广泛关注。系统梳理了VFS对农业面源磷的截留净化机理、影响因素及研究方法,重点区分颗粒态磷(PP)与溶解态磷(DP)的截留差异。结果表明:PP截留以物理过程为主,截留率稳定在40%~100%,VFS宽度30 m时截留效果最佳,林地效果优于草地和灌木;DP截留以生物化学过程为主,受土壤吸附、植物微生物作用及季节变化影响,截留率波动较大(-83%~95%)。研究创新点在于:系统对比了PP与DP截留机制的差异及其主控因素;归纳总结国内外经验与机理模型的适用条件与局限;并从污染物类型、植物-微生物过程、模型尺度拓展三方面提出了未来研究方向,为VFS的科学布设、优化升级及在我国流域水生态保护修复中的高效应用提供理论支撑与实践参考。
针对极端降雨条件下山洪灾害频发、传统防控适应性不足及现有研究碎片化等问题,研究突破小流域精细化防控、跨主体协同等短板,构建“监测-预警-防控-应急-复盘”全链条体系,为山丘区防洪保安提供科技支撑。通过整合多源数据资源,研发高精度低功耗监测设备,融合水文机理与机器学习,建立动态预警模型及区域风险模型;创新“自然-社会”二元防灾模式,提出分区适配的应急处置方案,所提技术及模式在五大典型示范区应用验证。研究成果包含研发降雨土壤水分微感知计等设备,建立空天地一体化监测网络;动态预警模型延长预见期20%以上,洪峰流量预报精度提升至60%以上;构建的综合风险评估模型准确度超70%,“关口前移”等模式使应急处置时效提高10%以上,形成可复制的防灾范式。全链条防控技术体系与二元防灾模式突破多源数据融合等技术瓶颈,提升了山洪灾害监测预警精度与应急处置能力,为应对气候变化下山洪风险、推进和美乡村建设以及保障山丘区可持续发展提供重要支撑。
风险评估是支撑蓄滞洪区启用决策、风险管控和应急响应的重要技术手段。为解决蓄滞洪区静态风险评估难以表征避险转移减灾效应的问题,构建了耦合洪水演进与避险转移过程的动态风险评估框架。该框架包括洪水前锋时序表征、避险转移时空轨迹模拟、人水竞争关系判别和动态暴露损失评估4个模型,可将静态影响人口进一步识别为风险人群,并动态修正家庭财产暴露量。以2024年团洲垸决口事件开展模型复演与风险评估,结果表明:模拟成功转移5 360人,风险人群85人、家庭财产损失3.27亿元,与实际完成转移5 372 人、风险人群73人、家庭财产损失3.8亿元较为接近,较静态家庭财产损失14.02亿元显著降低。敏感性分析表明,人群避险转移速度在8~15 m/s范围内对风险人群规模影响有限,开始转移相对进洪时刻的滞后时间是控制风险人群规模的关键因子;若在进洪后10 min以内启动人群避险转移,可实现全员安全撤离。家庭财产损失受预警时间和转移准备时间共同影响,前者决定可用于避险的时间窗口,后者影响出发时刻和可转移资产比例;预警提前30 min且准备时间控制在30~40 min时损失可降至2.95亿元。研究结果可为蓄滞洪区预警阈值设置、转移预案优化和救援力量部署提供量化支撑。
为充分认识平陆运河航道整治工程建设完成后(简称整治工程实施后)不同洪潮组合作用下感潮河段的水力条件,采用Flow-3D软件建立感潮河段水动力模型,基于实测数据验证计算模型可靠性,构建工程实施前天然河道与工程实施后规划航道2种数学模型。以工程实施前工况为基准,设置7种不同泄洪量与天文大潮遭遇的工程实施后计算工况,对比分析感潮河段水位、比降及流速的变化特征及分布规律。研究结果表明:受航道疏浚、裁弯及桥墩拆除等工程措施影响,河段过流阻力显著降低,导致工程实施后枯水期低潮位大幅下降(降幅约1 m),潮波特征趋向河口化;得益于过流能力的提升,即便在最大设计泄洪量与天文大潮遭遇的极端工况下,沿程水位仍低于警戒水位,防洪安全裕度显著提高;在最大通航流量工况下,虽然局部最大流速(1.46 m/s)超过常规标准,但工程实施后航道有效宽度的拓宽可补偿流速影响,经论证仍满足5 000 t级船舶双向安全通航要求。
一维水动力模型广泛应用于河道洪水演进与水库调度反演分析。河道水位、流量大幅变动条件下,受糙率动态变化及圣维南方程组离散化影响,模型常产生显著系统误差,制约了反演分析的可靠性。基于此,提出一种糙率动态率定与水位误差后校正相结合的方法,以保障反演计算时水位模拟精度。以各流量级分组下水位站模拟误差均值趋近于无偏为优化目标,开展不同流量级的糙率自动迭代率定;基于水动力模型流量误差与水位误差的耦合关系,分别构建线性回归、比例缩放水位误差校正模型,依托流量误差序列估算水位误差,实现模拟水位的后校正。选取金沙江下游攀枝花站、三堆子水文站开展实例验证,经过线性回归校正后,2个站点2022—2024年水位模拟平均绝对误差整体下降约60%,纳什效率系数>0.989;比例缩放模型校正效果略逊于线性回归模型,但同样可以有效削减模拟误差。该方法可为水库调度反演提供高精度水位模拟支撑。
针对压力分散型锚索锚固机理及其抗震性能理论研究成果较少这一问题,基于等效拟静力方法,结合Mindlin基本解推导了压力分散型锚索锚固段注浆体压应力表达式和岩土体与锚固体侧摩阻力表达式,通过算例系统分析了预应力荷载与地震荷载耦合作用下多锚固单元的应力分布特性及关键参数影响规律。研究结果表明:压力分散型锚索通过多锚固单元分层传递荷载,降低了局部应力集中风险,提升了锚固系统的冗余度和抗震性能;增大承压板半径或增大锚索孔半径可降低注浆体压应力峰值与锚固体侧摩阻力峰值,改善荷载传递均匀性,有效抑制局部粘结滑移破坏;岩体泊松比的增大使注浆体压应力峰值升高,但使锚固体侧摩阻力峰值降低,二者呈现出相反的变化趋势;地震荷载和预应力荷载均与注浆体压应力峰值和锚固体侧摩阻力峰值呈线性正相关。研究揭示了压力分散型锚索的应力重分布机制,为边坡锚固工程的抗震设计提供了理论依据与设计参考。
岩体蠕变时间一般长达几年,而岩块蠕变达到稳定的时间仅需几小时,两者相差显著。现场岩体蠕变试验蠕变持续时间长,能较好地反映岩体的蠕变时效性。详细推导了圆形刚性承压板岩体蠕变试验广义Kelvin五参量模型变形表达式,该表达式在特定条件下可以退化为广义Kelvin三参量模型或Burgers模型,对岩体蠕变试验的参数辨识具有更好地适应性。对钙质板岩的现场蠕变试验按五参量模型进行了参数辨识,与三参量模型拟合参数对比,五参量模型拟合精度更高,得到的长期剪切模量更小,且能间接反映钙质板岩的加载特征,因此五参量模型能更好地反映岩体的蠕变特性。
为揭示风化花岗岩在循环冲击扰动下的力学退化与损伤演化机制,并构建可连接“微观结构—宏观破坏”的量化表征框架,选取未风化、中风化与强风化花岗岩开展对比研究。首先基于扫描电镜(SEM)图像,结合图像预处理与二值化分割提取微裂隙网络,采用二维盒计数法计算微裂隙分形维数Df以表征裂隙结构复杂度;随后利用分离式霍普金森压杆(SHPB)开展恒定气压条件下的循环冲击试验。基于动态应力-应变响应与弹性模量退化,定义风化损伤变量DW及其与冲击累积损伤的耦合表征;同时依据冲击后碎屑粒径分布计算宏观碎屑分形维数DS,以量化破碎尺度特征。结果表明:随风化程度加剧,矿物分解与次生黏土增多促使微裂隙网络显著发育,Df由约1.72增至约1.95;在循环冲击作用下,试样峰值承载与动态弹性模量持续劣化,强风化试样退化更为剧烈且更易进入损伤快速增长阶段;分形参数与损伤变量之间具有明确的定量关联,Df与DS均随DW增大呈显著线性增长(R2>0.90),表明微裂隙网络复杂度的分形指标不仅能够表征冲击循环过程中的微观损伤累积,而且能够定量推断宏观破碎尺度与碎屑分布特征,从而实现由微观损伤表征向宏观破坏程度评价的跨尺度联通。
为探明土体微观固有特性与其宏观力学响应、失稳破坏之间的内在因果关联,构建膨胀土地区边坡加固科学实用的技术体系,以淠史杭与驷马山灌区为研究对象,从粒径分布、微观结构和元素组成等方面研究该渠坡膨胀土工程特性与失稳机制,并采用有限元数值模拟,对其失稳滑弧特征和综合治理措施进行探讨,得到以下结论:采用激光粒度分析、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等试验方法对膨胀土粒径分布、微观结构和元素组成的测试结果表明,膨胀土为级配不良土,粒径主要集中于10~100 μm,内部结构松散,含有大量Si、O、Al等矿物元素,亲水性强,不利于膨胀土渠坡的抗滑稳定;通过对渠坡滑动趋势进行数值模拟,发现滑面呈弧形分布,滑体主要集中于中上部水位波动范围,膨胀土的水敏感性对边坡稳定具有不利影响。据此总结出渠坡综合治理的4项措施:坡面排水与坡内导渗、削坡减载与改性重筑、抗滑桩与刚性支挡、锚杆加固与土体键锁。通过“微观机理-宏观响应-数值模拟-治理策略”的系统性研究框架,清晰揭示了膨胀土边坡失稳的内在因果链条,并提出了针对性的综合治理体系,可为类似灌区工程提供理论依据与治理参考。
为提高滑坡变形的预测精度,以滑坡变形监测成果为基础,先通过自适应噪声完全集合经验模态分解(CEEMDAN)开展变形数据的分解处理,再通过天牛须搜索算法(BAS)、混合核极限学习机(HKELM)联合构建BAS-HKELM模型,以实现滑坡变形预测。分析结果表明:经CEEMDAN的数据分解处理后的信噪比、均方根误差依次为43.8~46.8 dB和0.202~0.216 mm,具有较好的数据分解能力,并经BAS-HKELM模型的变形预测,其平均绝对误差百分比(MAPE)为1.55%~1.77%,训练时间为175.09~209.33 ms,不仅具有较高的预测精度,还具较快的收敛速度,验证其适用于滑坡变形预测;同时,预测结果显示,滑坡后续变形仍会持续增加,尤其前缘具加速增加特征,滑坡后续变形不容乐观,需尽快开展防治研究。
面向防洪减灾场景下水域应急救援装备测试需求,提出了一种可复现洪灾典型水动力条件的模拟试验装置。该装置采用模块化结构设计,可灵活组合不同侧板功能,实现水下目标识别、声源定位、切割作业、救捞等多类测试环境的快速构建,具有强适应性和可扩展性。通过模态分析与静强度分析验证了装置在外部载荷作用下的结构稳定性;在自然河道开展的外场试验表明,模拟试验装置能够支撑高浑浊度与急流条件下的水下作业性能测试。多型水下应急救援装备与遥控式水下机器人在该装置中完成了适应性测试与联合作业验证,结果显示本装置能够显著提升装备在复杂水域的定位性能、操作稳定性与任务完成率。研究成果为海上远程应急医疗救援、防洪减灾领域水下应急救援装备的研发、性能评估与技术迭代提供了有效的试验平台。
城市蓄滞洪区面临着经济社会发展与防洪功能之间的突出矛盾。东西湖蓄滞洪区作为武汉市唯一的蓄滞洪保留区,在长江流域防洪体系中具有不可替代的战略地位。在快速城镇化背景下,为科学评估其分洪运用风险,利用MIKE系列模型构建干流河道一维与蓄滞洪区局部二维洪水演进水动力学耦合模型,实现了洪水过程的精细化模拟。以1954年型300 a一遇洪水为典型场景,系统分析了东西湖蓄滞洪区分洪后的淹没特征、防洪效益及社会经济风险。结果表明:东西湖蓄滞洪区分洪运用后,区域内最大淹没面积达391.77 km2,平均淹没水深3.82 m,淹没范围主要集中于中西部及北部街道,东部及中部街道虽淹没面积相对较小,但人口与财产暴露度极高;整个分洪过程共分蓄长江干流洪水23.74亿m3,有效降低汉口水位0.33 m。分洪后将导致169.05 km2耕地淹没,95.5万人口转移避险,直接经济损失1 052.54亿元,间接经济损失也将达到千亿元规模。研究成果可为蓄滞洪区风险管控及防洪调度决策提供定量依据,对提升流域防灾减灾能力具有参考价值。但受基础数据获取与模型概化等限制,动态风险表征有待深化。
为探究不同暴雨雨型下的节点冒溢污染物响应特征,以重庆市綦江区某排水片区为研究区域,构建了基于暴雨洪水管理模型(SWMM)和有限体积海岸海洋模型(FVCOM)的一二维水文水动力及水质耦合模型,对7种模式雨型下典型径流污染物——悬浮颗粒物(SS)在排水系统冒溢过程中的响应特征进行系统模拟分析。结果表明:雨峰靠前的降雨(如单峰I型、双峰VI型)下的排放口SS浓度峰值更高,且随重现期增大而升高,对于雨峰靠中后的降雨,重现期对排放口SS浓度峰值大小影响不明显,但浓度峰值到达时间随重现期增大而提前;单峰雨型下的排放口SS负荷普遍低于均匀型和双峰型降雨,但该雨型下随节点冒溢溢出的SS负荷更高;重现期增大使积水量、积水面积增加,但冒溢到地表的SS平均浓度降低,形成污染浓度不高但面广的特征,冒溢节点的不固定性赋予其面源属性,在暴雨径流管理中应考虑其作为污染源的不确定性。研究结果可为城市雨污协同治理提供科学依据和数据支持。
低影响开发( LID)设施通过增强雨水滞蓄与下渗能力可有效缓解内涝风险,然而其防涝效果对于不同强度与历时的降雨存在差异。为识别LID对不同降雨的防涝效果,以北京市某老旧小区为例,基于暴雨洪水管理模型( SWMM)和NSGAII多目标优化算法,以管网节点溢流总量和LID建设成本为目标函数,针对不同重现期和历时的降雨情景优化LID设施布设方案。结果表明:优化方法获得的最佳LID布设方案组合在各个降雨情景下均表现出较好的节点溢流控制效果,溢流控制率可达76.8%~95.8%;在不同重现期的长、短历时降雨中LID方案空间分布相似的区域占比分别为8.7%和14.8%,这些区域是规划和建设的关键。提出的LID优化方法可减少节点溢流量,识别重点布设位置,为LID设施选址与规模决策提供了科学方法。
潮位过程是影响沿海城市洪涝形成的重要因素,许多研究主要基于历史数据模拟复现城市洪涝过程,难以直接用于受潮汐影响的沿海城市的洪涝预测。为了解决这个问题,通过分析潮位过程对沿海城市洪涝形成的影响,提出了一种结合双向长短期记忆网络和自注意机制的潮位过程深度学习预测方法,并构建洪涝模型,对沿海城市洪涝进行预测。在福州市南台岛片区开展应用研究,结果表明:在1、6、12、24 h预见期下,闽江潮位预测结果的NSE分别为0.83、0.73、0.71、0.21,随着预见期增加,预测精度逐渐降低;两场台风暴雨下,洪涝模型模拟淹没点水深与实测淹没点水深的误差分别为6.89%和10.22%;2023年7月28日00:00—7月30日00:00预报降雨和潮位下,最大淹没面积为2.52 km2,最大淹没深度为1.76 m,较淹没点实测统计结果的相对误差为9.65%。预测结果可为南台岛提前识别洪涝风险提供科学依据。
极端天气下平原感潮河网地区因未设定圩区限排水位阀值,易因过度向圩区外排水引发其水利片涝灾。以上海市青松片为研究区城,分析典型极端天气“烟花”台风期间降雨强度、青松片与圩区水位、现状水利片与圩区“二级控制、二级排水”调度方式。在此基础上,通过河网水动力模型模拟青松片不同降雨情况,提出以“圩区限排水位”为核心的分级优化调度方案。结果表明,圩区限排水位越高,圩区可蓄水越多,青松片的水位越低,其防汛越安全。提出了合理的圩区限排水位阈值,限排水位阈值的界定既能限制圩区过度外排,又能利用圩内河道充分调蓄,实现除涝效益最大化。预报日降雨≤100 mn时,圩区限排水位为2.3 m;预报日降雨>100 mm时,圩区限排水位为2.0 m。研究结果对提升上海市或类似平原感潮河网地区的精细化防汛调度具有一定参考价值。
针对传统二维水动力模型在内涝模拟中可视化效果欠佳、难以满足数字孪生精细化表达需求的问题,提出融合水动力数值模拟与三维游戏引擎的内涝推演方法。通过耦合MIKE URBAN与MIKE 21模型,构建MIKE FLOOD耦合模型,以长沙市开福区金霞片区为例开展情景推演。以历史实测降雨数据率定为基础,利用暴雨移置法模拟郑州“7·20”特大暴雨工况下的城市内涝演进过程。开发了基于纹理编码的异构数据转换接口,通过Unity 3D引擎与Crest插件对流场数据进行解析和渲染,并构建风险量化模块。该系统实现了城市内涝淹没全过程动态展示、流场三维可视化、数据查询及风险等级映射等功能,可为极端暴雨下的城市内涝情景推演及应急决策提供直观、科学的技术支撑。
极端降雨引发的城市洪涝灾害频发,开展客观、精准的风险评估对提升灾害预警与应急管理能力至关重要。以2024年6月长沙地区典型洪涝灾害为例,基于谷歌地球引擎(GEE)搭建了Sentinel-1/2协同水体提取模型,实现了洪涝淹没范围的高精度、自动化高效提取;经筛选关键因子后,集成XGBoost、Light GBM、优化MLP和XGBoost-RF四种算法搭建了风险预测模型并进行对比评估。结果表明:NDVI和地表起伏度是驱动长沙市洪涝发生的显著因子;XGBoost-RF模型综合表现最优,其准确率达79.19%,精准率和特异性分别为83.02%和85.00%,AUC值为0.849 7;该模型精准刻画了洪涝风险在缓坡区、河网邻近区及高强度人类活动区的聚集特征,预测结果也与实际淹没范围高度吻合。研究成果发挥多源遥感协同监测优势,确保了极端天气下洪涝评估的时效性,由此构建了XGBoost-RF风险预测框架,为城市灾害预警与动态防控提供了高效的技术支撑和科学参考。
由于气候变化和城市化加剧,近年来我国洪涝灾害频发,雨季内涝问题十分严重。通过布设低影响开发(LID)设施能够有效应对这类城市内涝问题。目前,进行低影响开发设施量化布局的研究较少。通过对年径流总量控制率的分解提出了系统的LID规模量化布局的方法,以太原市迎泽街道为例,运用雨洪管理模型(SWMM)开展系统性分析。以太原市年径流总量控制率80%为目标,选用透水铺装、雨水花园和绿色屋顶3种LID设施进行布局。经计算,LID总调蓄容积设计满足年径流总量控制率目标。在 1 、5 、10 a 一遇短历时设计降雨情景下,排放口径流量显著降低,排放口O1、O2、O3 和O4 的最大径流量控制率分别达到了82.30%、84.93%、81.43%和87.55%;该地区最大峰值径流量分别降低了66.73%、65.5%和43.7%,且有效延迟了峰值出现时间;此外,LID设施提高了场地对雨水的渗透、滞蓄和控制能力,降低了管网充满度,减少了溢流节点个数,减轻了管网排水压力,减少了溢流污染的风险。研究成果为迎泽街道及类似城区的海绵城市建设提供了科学的理论依据与实践参考,同时也为未来城市雨洪管理工作的持续优化指明了方向。
