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流域防洪规划的观念更新及新技术应用

来源:233网校 2008-08-06 09:39:00

  2.1.1FloodWorks/RFFS

  Wallingford软件公司开发的FloodWorks用于构建洪水预报和水文行为(例如波况).FloodWorks兼有数据汇编,确认和管理,高级水文和水利模拟引擎,地理分析和在一个开放体系单一环境下的数据库。它实时地将水文和气象时间序列数据资源与详细准确的模型相连接。FloodWorks源于CEHWallingford公司开发的河水流量预测系统(RFFS).河水流量预测系统(RFFS)信息控制预算法则ICA)在FloodWorks中调用并管理数据和模拟构件。该系统包括融雪水模型、降雨模型、径流模型以及连接功能强大的GIS和数据库工具的水力模型。特别是该系统构件能在初期从雨量和气象雷达信息(一般通过一个界面与HYRAD–CEHWallingford公司的水文雷达系统相联进行空间降雨的监控、预测和显示)计算出蓄水区平均降水量,并且如果适用,还会考虑到融雪水。降雨水流模型用于显示因降雨注入水库的流量。一种概率分布式湿气模型用于显示因土壤变化而具有潜在吸收能力的植被聚集形成的流量以及水流沿河道、地下水路传输而形成的流量。河道流线模型整合流到下游时支流注入干流的流量,最后一个更为复杂的水力模型能用于显示集水的潮汐部分,还能更具体的展示潮汐阻碍控制。

  2.1.2欧洲水灾预测系统(EFFS)

  欧共体资助的欧洲水灾预测项目的是开发一套提前预测期为4~10d的欧洲水灾预测系统的基础模型。这个系统每天提供诸如莱茵河和奥得河等大河突如其来的水灾信息,当然也包括一些小流域山洪爆发的信息。对于已有0~3d预测系统的水利局而言,这套水灾预测系统可用作预警系统。该系统还能为目前没有预报系统(一些东欧国家)的水库提供水灾警报。由WLDelft开发的模型构架DELFT-FEWS用于整合地方预报,详述特殊水域以至整个欧洲的模型,与终端用户一起,寻找传播预报和误差的方法。EFFS项目的重要特征是对水文预测问题的解决采用了三重气象预报策略。它们是:①短范围预测:提供非常详细的预报;②确定性水文预报:3~6d前提供更精确的风险评估;③水文预报:在极端事件可能发生5~10d前提供有用的警报。

  目前的水利信息化建设一刻也离不开“3S”技术的支持。RS技术已经成为水利信息采集的一个重要手段,GIS技术已经成为水利信息存储、管理和分析的强有力工具和平台,而GPS技术也成为获取定位信息的必不可少的手段。

  相信随着水利信息化的飞速发展,3S技术在水资源规划和管理方面的应用将更加广泛深入。

  2.2计算机仿真模拟技术———水动力学模型

  计算机仿真模拟技术是一种高科技手段,它以计算机为工具,将人们根据自己的理解而建立的数学模型,借助于计算机求解的过程,预测未来运行结果。也可以通过调整模型参数,比较结果而达到优化设计的目的。

  水问题的复杂性迫使人们越来越依赖于使用成熟的计算机模型来解决与水有关的问题。运用计算机仿真模拟技术可以节省大量人力物力,而且有时由于影响水问题的因素繁多,很难甚至无法用试验方法来模拟。例如,与给水有关的水源及与排水有关的受纳水体的水质模型、城市给水排水系统的规划模型等,由于它们的开放性、庞大性、复杂性和随机性,用缩小比例尺的实物模型的模拟试验方法显然是不现实的,并且也难以达到相当的真实性。

  下面以洪水仿真模拟为例简单地对仿真模拟技术进行介绍:

  简单地说,洪水仿真模拟就是通过数值模拟技术对洪水演进状况进行模拟计算,这对防洪减灾具有十分重要的作用。洪水仿真模拟的开发历史悠久,应用广泛。河道洪水仿真模型、河网洪水仿真模型、区域洪水仿真模型、城市洪水仿真模型等都是洪水仿真的具体应用对象。

  世界上一些国家对洪水仿真模拟研究起步较早,建立了相对规范的洪水仿真模型,并实现了产品化研究成果。丹麦水力学研究所自20世纪70年代开始就致力于水流、泥沙、水资源、水环境等相关数值模拟计算技术开发,目前已形成了一套完整的模拟系统。该系统集数据前后处理、GIS系统应用、模型模拟计算、动画演示等多种功能于一体,是国际上公认的先进水力模拟系统之一。

  荷兰Delft水力学研究所建立于1927年,是著名的水利科学研究机构。研究成果主要体现在水力学实验技术、监测技术、洪水仿真技术、洪水预报技术、波浪仿真技术、泥沙仿真技术和水资源综合管理、洪水风险管理、洪泛区管理政策等各个方面;在软件系统方面的水动力学模型、流域仿真模型、地表水和地下水的水资源管理模型、压管道水流控制模型等,也有多种领先的研究成果。

  英国的Wallingford公司率先结合了现代最先进的数学模拟技术,开发出了成熟的分布式防洪及水资源管理模型平台和专业模型系统InforWorks系列。InforWorks系列软件积累了先前的研究成果,并集合了水力学实验技术、监测技术、洪水预测预报技术、波浪仿真技术、泥沙仿真技术和水资源综合管理、洪水风险管理、洪泛区管理政策等各个方面,与防洪有关的研究成果主要包括:分布式防洪及水资源管理模型平台、流域降雨径流及河网水动力仿真模型、一维管网系统水动力学模型、洪水预警预报系统、泥沙传输模型等。(考试大编辑整理)

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