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城市区非一致性条件下的设计洪水计算方法研究

来源:火红杜鹃网    时间:2018-05-14




1 引言

近年来,在气候变化和人类活动的复合作用下,我国部分地区水文极值(洪峰、时段洪量等)序列的一致性受到不同程度的破坏,这给以资料一致性为基础的水文频率分析和工程水文设计带来了严峻的挑战。特别地,以下垫面急剧变化表征的城市区水文资料一致性破坏尤为严重,导致扩建和新兴城市的防洪工程水文设计面临技术困境,难以为这类区域防洪安全提供技术支撑。为破解资料非一致性条件下的水文分析计算难题,国内外学者开展了大量研究,梁忠民等总结了目前的研究进展:方法主要集中在基于还原/还现的水文频率分析和基于非平稳极值序列的直接水文频率分析两个方面,并取得了一定的进展。但以上方法均较为复杂,难以在生产实际中推广使用。针对这种情况,本次提出一种即能够满足一定精度需求,又简单方便的非一致性条件下的水文分析计算方法。以昆明新区宝象河流域为例,通过考虑城市化进展对下垫面的影响,提出以水文频率曲线统计参数修正的方法,进行非一致性资料条件下工程水文设计方法探讨。

2 方法研究

2.1 目前脑外伤癫痫吃什么药方法评述

针对非一致性资料条件下的工程水文设计问题,目前比较流行的思路有两类:①基于还原/还现途径的水文频率分析,其基本思想是采用时间序列分解与合成、水文模型等方法将非一致性资料序列修正统一到相同分布的状态,并以修正后的资料序列进行水文频率分析;②基于非一致性极值系列直接进行水文频率分析。与第一类方法不同,此类方法基本思想是避开资料一致性修正问题,直接从资料序的统计分布线型与统计特征入手,采用多种分布线型组合或时变统计参数描述变异点前后资料序列的统计规律,进而直接进行水文频率分析。

2.2 基本思路

城市化之后,下垫面条件发生了巨大变化,导致产汇流特性改变,其作用机制主要表现在两个方面:①不透水面增加,下渗减少,直接导致产流量增大;②不透水面增加导致汇流时间缩短,致使洪水过程变尖瘦,即导致洪峰增加。但从相同暴雨产生洪水来看,下垫面变化首先直接影响到洪水量级,也即说明频率曲线参数首先受到影响的是均值。本次在假设下垫面变化之后的频率曲线统计参数 Cv 和 Cs 不变癫痫病是怎么得的的基础上,采用洪量模数修正的方式,尝试修正均值,进而实现频率曲线的修正。所采用的基本方法包括水文频率分析计算与本文提出的均值修正法。

3 实例

3.1 研究区概况及基本资料

宝象河流域位于昆明市滇池东岸,河长 48.3km,河道平均坡度 15,流域面积 292km2。目前,流域内正规划实施昆明国家经济技术开发区、空港经济区、官渡彩印包装区及小城镇建设。规划建设完成时,将有 56%的流域面积变为不透水或弱透水区,也必将极大地改变下垫面条件,进而导流域产汇流规律及洪水特性发生改变,致使以现有水文资料为依据的设计洪水成果不适用于未来工况。因此,应针对流域开发规划,开展设计洪水修正研究。

3.2 一致性破坏前洪水频率分析

(1)基本资料

研究区域内有一个水文站和两个雨量站。其中水文站为干海子,其资料包括 1980~2010年实测流量和 1939 年历史大洪水调查资料;雨量站包括大板桥和宝象河水库站,均有超长期服用德巴金有什么危害过30 年的资料序列。

(2)历史大洪水订正

由于干海子站调查的历史洪水(1939 年)由测流断面以上包括宝象河水库控制面积在内的区域(216km2)产生,与实测洪水系列的组成不一致,因此应将调查历史洪水按面积订正为水库以下区间面积产生的洪水。本次采用水文比拟法,将调查的 1939 年历史洪水订正为由区间面积产生的洪水,洪峰流量为 166m3/s。

3.3 宝象河洪水量级修正

根据城市新区的规划,不透水或弱透水面积比重将达到 56%。新区建成后下垫面条件与盘龙江松华坝水库以下至昆明水文站区间(松-昆区间)相似(不透水面积比重 50~60%,其它下垫面条件也较相似),因此松-昆区间可作为参证流域。

4 结论与展望

本文在分析城市化后产流变化的基础上,采用平均洪量模数增量,修正设计洪峰频率曲线的均值,进而实现城市化后设计洪峰流量的推求。成果合理性分析表明,本次提出的算法即简单又能满足一定的精度要求,可癫痫病不可以吃什么为类似区域的工程水文设计问题提供参考。然而,本次仅对水文频率曲线参数均值 进行了修正,事实上城市化对水文频率曲线的另外两个参数也有一定的影响,因此,笔者认为尚有以下几个方面值得深入研究。

(1)研究下垫面条件变化对水文频率曲线参数 Cv 的定量影响。城市化区域由于不透水面的激增,导致了其流域调蓄能力迅速下降,进而致使洪水陡涨陡落,峰型尖瘦,必然导致洪峰流量年极值序列 Cv 的增大。然而,如何评估 Cv 与下垫面变化之间的关系尚未解决,因此需要开展定量化研究。

(2)研究下垫面条件变化对水文频率曲线参数 Cs 的定量影响。Cs 的大小决定了水文频率曲线的对称性,其取值在不同地区规律差别很大,对水文频率分析成果也具有一定的影响。但如何定量评估 Cs 与下垫面变化之间的定量关系,是一个技术难题,需要开展深入研究。

此外,从实用的角度,也可以开发简单且具有物理机制的分布式水文模型进行水文序列一致性修正,以修正后的水文极值序列进行水文频率分析计算。

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