洪水模拟

摘要： 为更好刻画中小河流洪水过程,解决中小河流洪水预报难题,从集总式向分布式水文模型发展成为了目前洪水预报的趋势。为进一步探究基于物理基础的分布式模型在中小流域洪水模拟的适用性,本文以沂河葛沟流域为研究对象运用TOKASIDE模型进行模拟,并在结构、参数和模拟结果等方面与新安江模型进行了对比分析。研究表明:在葛沟流域中TOKASIDE模型洪水过程模拟结果较好,但新安江模型总体表现更为稳定,新安江模型与TOKASIDE模型均能适用于葛沟流域,也证明了分布式水文模型在中小河流洪水预报和水资源评价上有较好的发展前景。

摘要： 基于位于中国东部季风区的安徽省城西(丘陵区)和黄山(山区)试验流域实测资料,分析了不同地貌类型条件下的场次洪水特性,同时利用基于地形的水文模型Topmodel对两个试验流域进行次洪模拟,探讨该模型在长江下游东部季风区的适用性。结果表明:在年尺度和场次尺度上黄山试验流域的径流系数均高于城西试验流域;对于同一天气过程,城西试验流域洪水的涨水历时大于黄山试验流域,而洪水历时受面积、坡度、土地利用和河网分布等多重因素影响具有不确定性;利用Topmodel进行次洪模拟的纳什效率系数(NSE)均值达0.77,各模拟时段的平均相对误差控制在14%以内,模型在山区的适用性高于丘陵区。

摘要： 我国东南沿海山丘区小流域降水充沛,山洪灾害频发。为科学指导山丘区小流域防洪减灾,以浙江省松阴溪流域遂昌县城为研究区域,构建一二维耦合水动力模型,通过"20140820"、"19930624"两场历史洪水对模型参数率定验证,模拟不同重现期设计洪水情景下的洪水淹没过程,为山丘区小流域防洪决策提出合理建议。

摘要： 为准确地模拟流域洪水传播和淹没情况,基于自适应网格技术,以有限体积法为离散格式构建数值模型。模型以二维浅水方程为控制方程,采用HLL格式近似黎曼解计算界面通量,采用WAF格式对计算的通量进行加权修正,保证时间和空间上的二阶精度,并使其满足TVD条件,减小数值振荡。底坡源项采用水深差分重构,摩阻源项采用半隐式格式,保证数值计算的和谐性和稳定性。自适应网格形式为四叉树网格,在水位梯度较大的区域进行网格细化。算例验证表明:自适应网格技术可以自动识别参数梯度较大的区域以及干湿边界,自行调整网格尺寸,准确模拟水流传播的动态变化,可应用于实际的洪水模拟。

摘要： 为提高涢水流域的洪水预报精度,缓解流域下游的防洪压力,更加科学地进行防洪调度,研究集总式三水源新安江模型在该流域的适用性。选取该流域1987年~1997年实测资料,采用SCE-UA算法优选模型参数,分析模拟洪水过程与实测洪水过程中的差异,总结新安江模型在该流域的适用性。结果表明:新安江模型模拟结果从洪量、洪峰及洪水过程角度都能达到《水文情报预报规范》规定的作业预报精度要求,该模型在涢水流域的适用性较好。

摘要： 我国山丘区城市数量多、分布广,一些依山傍水的城市面临江河洪水与山洪灾害的共同威胁,洪水汇流速度快、致灾性强。受暴雨落区时空分布不均、雨洪响应复杂,以及水文站网覆盖密度不足所限,多数山丘河谷区城镇洪涝分析预警能力存在短板。针对山丘区城镇洪涝现状,利用无人机航测采集了试点区高精度下垫面数据,建设了以雷达水位遥测为基础的城区上游报汛站网,构建了精细化水动力耦合模型,开发了集成分析预警系统。系统通过与遥测站网数据耦合联动,实现了洪水演进实时监测、动态分析预警、三维仿真展示和避险转移方案生成,为山丘区城市防汛决策和应急处置提供了一套较为经济、高效的解决方案。

摘要： 包为民教授提出了非线性函数参数的线性化率定方法,解决了以误差平方和为目标函数求解非线性函数参数增加不相关的局部优值问题。为此,研究将参数线性化率定方法应用于新安江模型,并通过理想流域和实际流域验证了该方法的合理性和高效性。选取湖北乌溪沟流域43场洪水对次洪8个敏感参数同时进行线性化率定,各参数取不同的初始值均可以较快地收敛到稳定的最优值。31场洪水参与模拟,全部合格;12场洪水参与检验,全部合格。次洪模拟的合格率达到100%,确定性系数为0.923,预报等级为甲级。

摘要： 河口地区受洪涝潮威胁较大,人水争地矛盾突出,急需构建洪水演进分析模型,为制定水安全保障方案及区域规划提供技术支撑。文章基于高精度DEM数据与河道实测断面构建万泉河河口地区二维水动力学模型,模拟分析了洪涝潮共同作用下的洪水演进过程及淹没风险;模型优化了传统水动力学模型中河网和现状阻水地物及其下桥涵的构建形式,实现了上游洪水和下游外海风暴潮遭遇复杂情况的精细化模拟,可为河口地区洪水风险分析提供借鉴。

摘要： 基于高精度数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据,采用直接提取法和改进的断面构造法获得河道断面数据,将上述2种方法提取的河道断面数据作为水动力学模拟软件HEC-RAS(hydrologic engineering center's river analysis system)的主要输入,开展一维和一二维耦合水动力学数值模拟,使用实测的河道断面数据进行结果对比分析,评估不同河道断面快速获取方法的效果。将研究方法在美国佛罗里达州迈阿密河下游河段进行应用,选取2004、2014和2017年3场典型洪水,分析2种不同断面形态下洪水演进模拟结果的差异。结果表明,直接提取高精度DEM所得的河道断面数据在准确性上仍有欠缺,采用断面构造法修正后的河道断面数据模拟出的洪水水位与观测水位的均方根误差(RMSE)小于0.1 m,与实测结果十分接近,在缺少河道断面资料的地区可替代实测断面,获得可信度较好的模拟结果。

摘要： 山洪灾害作为一种水灾害给人类带来的危害是极大的,如何有效地进行山区洪水的模拟,降低其给人类带来的危害是极为重要的。遥感技术、GIS技术为山区洪水的模拟提供了敎据、分析、建模的理论支撑。为了有效地进行小流域洪水的模拟,以浙江省某实验区作为研究对象,通过分析其覆盖的小流域进行洪水模拟,利用日模型水文模型进行实际的预测预报,同时,为了验证日模型水文模型的准确性,对比分析了HEC-HMS模型的计算结果。实验结果表明,日模型水文模型综合考虑了水量平衡、能量平衡,能有效地适应该研究区的小流域洪水模拟,且结果优于HEC-HMS模型,证明该模型具有适用性,为后续的流域洪水模拟提供了理论与实践支撑。

摘要： 由于传统水文预报模型的局限性,分别采用新安江模型、TOPMODEL模型及降雨径流相关图,对半干旱的滦河潘家口水库流域进行洪水模拟计算并分析其适用性.实例验证及研究表明采用蓄满产流机制的新安江模型和基于地理信息系统的TOPMODEL模型都适用于该流域,在潘家口水库洪水预报中预报精度较高,具有一定的理论依据和应用价值,对海河流域的洪水预报有一定的借鉴意义.

摘要： 地貌瞬时单位线从理论上揭示了水文过程与下垫面因子的因果关系,将传统瞬时单位线参数同流域地貌参数结合在一起,提供了流域响应函数的地貌学解释,为无资料地区的流域汇流计算提供了一种很好的解决方法.以皖南山区榆村流域为例,基于数字高程模型(DEM),求得流域雨滴流路长度分布律及坡度分布律,在此基础上获得流域地貌瞬时单位线.在榆村流域洪水模拟的实际应用表明,采用地貌单位线进行流域汇流计算能够取得较高的计算精度.

摘要： 在现代流体力学的通量差分裂离散方法的基础上,提出了实际河道一维水流模拟的高精度离散方法,并将其隐式化以增加时间步长.针对多节点模板有限体积法边界离散的困难,本文根据特征线的思想提出了实际河道模拟中采用的半分裂隐式离散方法,该方法数学推导严格、物理意义明确且具有全局守恒性,提高了模拟方法的稳定性和精度.在几个经典的水力学算例中将本文提出的方法得到的计算值与实测值进行对比,结果表明本文提出的方法在稳定性和精度方面都有一些优势.

摘要： 选取资水流域新宁水文站以上集水面积为研究区域，运用新安江模型和NAM模型分别对新宁站的18场洪水进行模拟。采用径流深相对误差、确定性系数、洪峰相对误差和洪现时差为目标函数对它们的模拟结果比较分析。从而得出新安江模型和NAM模型模拟效果相当的结论。同时分析了初始流量和历时对洪水模拟效果的影响和19830503T08次洪水模拟效果不好的原因。

摘要： 洪水模拟与分析是三维地理信息系统中一个重要功能组成部分.分析了一点泛洪算法和水库泛洪算法,并在其基础上提出了多点泛洪自动搜索的新算法,该算法对于降水的模拟非常有效.它能够通过给定的降水区域,以及相关降水参数,计算出该区域及其影响区域内在不同时间内水淹的实际情况.应用该算法在VirualC++6.0环境下所实现的三维洪水模拟与分析模块能够配合洪涝灾害快速评估与救助决策支持系统对洪水的动态演进进行模拟,能够直观的模拟点泛洪、水库泛洪、降水以及河道上游洪水泄闸给下游造成的洪涝灾害,并针对可能发生的险情进行分析,预测洪水的发展趋势,为抗洪救灾提供直观的决策支持。

摘要： 本文以北京市温榆河上游流域为研究区域，建立了分布式水文模型THIHMS-WDHM，从水流运动的机理出发，在时间尺度和空间尺度上采用分布型参数，对降雨截留、土壤入渗、坡面产汇流和河网汇流等水文过程进行模拟。根据1998年洪水的实测数据进行了模型参数的率定，并由2000年洪水进行模型检验，计算的洪峰、洪量和实测结果比较，误差均小于20％。应用本模型，对重现期分别为10年、20年、50年的设计暴雨产生的洪水过程进行模拟计算，分析了由于人类活动影响(如流域内砂石坑的滞蓄作用)所带来的径流过程的变化以及洪水计算中的不确定性。

摘要： 为探索山区流域数值模拟技术,支持生态流域规划与综合治理,研究选用SWMM模型(Storm Water Management Model,暴雨洪水管理模型),对北京市西部山区清水河流域进行了时变降雨径流和洪水过程模拟分析.三次降雨事件(1956年8月、1958年7月、1963年8月)的模拟结果均表明:在观测降雨资料正确反映流域内实际降雨情况下,SWMM对清水河流域的降雨径流和洪水演进过程模拟效果比较理想,模拟洪量和洪水过程与青白口站观测值吻合度很高.SWMM在清水河流域的成功应用表明,SWMM能很好地模拟山区流域的降雨径流及洪水过程,这不仅能为山区流域洪涝灾害预警,以及生态流域的规划和综合治理提供参考与技术支持,还证明SWMM模型的应用可以从平原城市流域扩展至山区流域.

摘要： 为探索山区流域数值模拟技术,支持生态流域规划与综合治理,研究选用SWMM模型(Storm Water Management Model,暴雨洪水管理模型),对北京市西部山区清水河流域进行了时变降雨径流和洪水过程模拟分析.三次降雨事件(1956年8月、1958年7月、1963年8月)的模拟结果均表明:在观测降雨资料正确反映流域内实际降雨情况下,SWMM对清水河流域的降雨径流和洪水演进过程模拟效果比较理想,模拟洪量和洪水过程与青白口站观测值吻合度很高.SWMM在清水河流域的成功应用表明,SWMM能很好地模拟山区流域的降雨径流及洪水过程,这不仅能为山区流域洪涝灾害预警,以及生态流域的规划和综合治理提供参考与技术支持,还证明SWMM模型的应用可以从平原城市流域扩展至山区流域.

摘要： 为探索山区流域数值模拟技术,支持生态流域规划与综合治理,研究选用SWMM模型(Storm Water Management Model,暴雨洪水管理模型),对北京市西部山区清水河流域进行了时变降雨径流和洪水过程模拟分析.三次降雨事件(1956年8月、1958年7月、1963年8月)的模拟结果均表明:在观测降雨资料正确反映流域内实际降雨情况下,SWMM对清水河流域的降雨径流和洪水演进过程模拟效果比较理想,模拟洪量和洪水过程与青白口站观测值吻合度很高.SWMM在清水河流域的成功应用表明,SWMM能很好地模拟山区流域的降雨径流及洪水过程,这不仅能为山区流域洪涝灾害预警,以及生态流域的规划和综合治理提供参考与技术支持,还证明SWMM模型的应用可以从平原城市流域扩展至山区流域.

摘要： 本发明提供一种物理机制引导深度学习的洪水‑水库映射关系模拟方法，包括以下步骤：步骤1，选定用以构建“洪水不确定性‑水库防洪库容”映射关系的深度学习模型；步骤2，筛选描述洪水不确定性特征的参数并归一化处理；步骤3，随机抽样筛选出2/3的样本作为深度学习模型的训练集，并设定优化目标函数；步骤4，剩余1/3的样本验证深度学习模型的模拟效果。本发明能够利用深度学习理论方法对大样本数据处理的优势，将“洪水不确定性”与“水库调度”之间的物理联系通过数据驱动的方式进行的合理的描述，从而在考虑径流不确定性的情景下更好地指导水库调度决策的制定，可广泛应用于水库汛期预报调度中，为科学制定调度决策提供依据和技术支撑。

摘要： 本发明涉及一种无资料、多碍洪构筑物的山区性河流洪水过程模拟方法，方法，包括如下步骤：步骤1：构建山区河流一维水动力学模型；步骤2：推求区间洪水过程；步骤3：率定与验证模型。通过构建水动力学模型，创新性提供一种无资料、多碍洪构筑物的山区性河流洪水过程模拟方法，为解决山区性河流的洪水推求问题提供借鉴，对提高山区河流洪水预报水平，指导灾后洪水复盘、防洪规划和工程设计工作具有重要的现实意义。目前，本发明已成功用于重庆市綦江区主城区防洪规划方案研究、歙县城区防洪规划、湄公河上游未控区间洪水推求等。

摘要： 本发明公开了一种基于GPU并行加速的水库溃坝洪水演进快速模拟方法，属于洪涝模拟领域。包括以下步骤：收集水库及其下游的基础数据；对地形与土地利用数据进行预处理；选定工况和其对应参数；使用并行GPU计算的WCA2D模型版本进行模拟；分析计算结果可靠性和合理性；输出并处理WCA2D模型模拟的结果。与传统洪涝数值模拟模型相比，本发明应用的基于GPU并行加速的水库溃坝洪水演进快速模拟方法的WCA2D模型是一种基于权重转换的元胞自动机模型，模拟效率很高，且支持并行GPU计算，可实现溃坝洪水演进的快速模拟。

摘要： 本发明公开了一种适用于城区复杂下垫面的水库溃坝洪水数值模拟方法，包括以下步骤：收集水库及下游地区的基础资料；制作水库下游的地形模型和糙率场文件；根据水库基础资料，推求溃口流量过程；在LISFLOOD‑FP模型中输入处理好的复杂地形、糙率、溃口流量过程等数据，设置模型的初始条件、边界条件、模拟时长、步长、库朗数、摩擦系数等模拟参数后进行模拟；将数值模拟的结果进行水量平衡、流态分析，以验证、率定和优化数值模型，分析模拟结果可靠性和合理性；输出经优化后的模型模拟的结果，并利用Arc Map进行可视化展示。本发明可实现快速且准确地预测并提取复杂下垫面下溃坝洪水的淹没范围、淹没水深、流速等信息。

摘要： 本发明提供了一种基于迁移学习机制的流域超标准洪水模拟发生器构建方法，包括以下步骤：提取流域干支流主要控制水文站，依据水流关系构建多个水文站的拓扑结构；所述拓扑结构包括多层级的节点；明确各节点的主要作用为基流或者非基流，该层级所有节点以外的区域视为无控区间；获取最高层级的节点以典型年为基础的超标准洪水模拟过程；按照拓扑结构的层级依次计算各层级每个节点的超标准洪水模拟过程集合。本发明考虑了流域多站点洪水时空关联性强特征，克服了纯随机模拟造成的结果失真问题，适用于防洪减灾管理的洪水数据处理，能为流域重大洪灾管理提供丰富的洪水数据。

摘要： 本发明提供一种基于状态机的江湖分蓄洪区容积自适应洪水模拟方法，包括构建分蓄洪区状态机，形成江‑湖‑分蓄洪系统状态转移图；构建入湖洪水演算方案，实现大湖来水模拟预测；构建大湖演算模型，实现江‑湖系统洪水调算；根据江、湖、分蓄洪区的水力联系，通过自适应不同分蓄洪区状态改变系统入流或系统容积曲线，构建分蓄洪区状态机、入湖洪水演算方案和大湖演算模型相耦合的实时洪水模拟调度模型，实现江‑湖‑分蓄洪区洪水联调联算；明确优化目标，采用单纯形法或遗传算法等优化算法，结合联调联算模型，确定理论最佳的分蓄洪区启用组合，实现实时调度方案推荐。

摘要： 本发明涉及流域防洪减灾技术领域，具体涉及一种考虑历史极端洪水特征的多站洪水过程随机模拟方法。构建考虑高阶自互相关的多站洪水模拟模型，生成多站洪水模拟样本库；结合历史极端洪水特征，生成考虑历史极端洪水的洪水特征序列集；根据主站洪水特征序列，在所述多站洪水模拟样本库中匹配搜索，得到考虑历史洪水特征的多站模拟洪水序列。能够解决采用现有随机模拟技术在对多站点洪水模拟过程中由于模型复杂度等原因的限制，大多仅仅考虑各站点洪水过程低阶的相关特性，难以刻画流域各站点超标准洪水过程间高阶自相关、互相关性结构等问题。

摘要： 本发明是一种利用三维WebGL技术实现洪水演进模拟的方法，构建基于一二维耦合水动力学模型，接入气象预报和实时监测数据进行模型运算，将计算结果通过三维WebGL技术进行渲染，以数字流场的方式，将地形、时空数据、网格水深流速等数据模拟呈现，表达洪水的整个淹没过程。本发明的洪水模拟方法主要先将水动力模型剖分的不规则网格数据结构利用TIN算法重构成三角网，再利用WebGL顶点渲染技术可视化展示。本发明解决了洪水演进模拟过程中水面波纹的粒子效果逼真，水面淹没水深流速呈现结合实际，并有理论依据，分析结果可靠等优点。

摘要： 本发明提供一种基于状态机的江湖分蓄洪区容积自适应洪水模拟方法，包括构建分蓄洪区状态机，形成江‑湖‑分蓄洪系统状态转移图；构建入湖洪水演算方案，实现大湖来水模拟预测；构建大湖演算模型，实现江‑湖系统洪水调算；根据江、湖、分蓄洪区的水力联系，通过自适应不同分蓄洪区状态改变系统入流或系统容积曲线，构建分蓄洪区状态机、入湖洪水演算方案和大湖演算模型相耦合的实时洪水模拟调度模型，实现江‑湖‑分蓄洪区洪水联调联算；明确优化目标，采用单纯形法或遗传算法等优化算法，结合联调联算模型，确定理论最佳的分蓄洪区启用组合，实现实时调度方案推荐。

摘要： 本发明提供了一种基于迁移学习机制的流域超标准洪水模拟发生器构建方法，包括以下步骤：提取流域干支流主要控制水文站，依据水流关系构建多个水文站的拓扑结构；所述拓扑结构包括多层级的节点；明确各节点的主要作用为基流或者非基流，该层级所有节点以外的区域视为无控区间；获取最高层级的节点以典型年为基础的超标准洪水模拟过程；按照拓扑结构的层级依次计算各层级每个节点的超标准洪水模拟过程集合。本发明考虑了流域多站点洪水时空关联性强特征，克服了纯随机模拟造成的结果失真问题，适用于防洪减灾管理的洪水数据处理，能为流域重大洪灾管理提供丰富的洪水数据。