太湖流域平原河網(wǎng)降雨時(shí)程分布變化的洪水響應(yīng)

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(同濟(jì)大學(xué) 水利工程系，上海 200092)

1 研究背景

太湖流域平原河網(wǎng)地區(qū)的洪水災(zāi)害是自然地理因素與人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果[1]，其中降水為該區(qū)域主要致災(zāi)因素[2]，降水的時(shí)空分布變化也對(duì)洪水過(guò)程有著顯著影響[3]，如該區(qū)域常見(jiàn)的梅雨洪水過(guò)程與短歷時(shí)臺(tái)風(fēng)暴雨洪水過(guò)程就有顯著差異。已有諸多國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用統(tǒng)計(jì)算法[4-5]與數(shù)值模擬方法[6-7]對(duì)降水時(shí)空分布的洪水響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行過(guò)研究。林木生等[3]采用多元線性回歸的方法建立了洪峰流量與次雨量、暴雨相對(duì)中心、暴雨時(shí)間變差系數(shù)、暴雨歷時(shí)的關(guān)系方程。張錄軍和錢(qián)永甫[8]定義了降水集中度和集中期以定量表征降水量在時(shí)空?qǐng)錾系姆蔷鶆蛐?；胡彩虹等[9]采用此方法討論了降水的時(shí)空分布與洪水的關(guān)系，認(rèn)為降水的時(shí)空分布不均勻性對(duì)洪水的形成有十分明顯的影響。目前這方面研究大多以單個(gè)流域?yàn)檠芯繉?duì)象，采用洪峰流量和次洪量對(duì)洪水進(jìn)行表征，而平原感潮河網(wǎng)地區(qū)由于其地勢(shì)平坦、河網(wǎng)密布且存在往復(fù)流等特點(diǎn)，更宜采用水位對(duì)洪水進(jìn)行表征。同時(shí)由于本區(qū)域圩區(qū)密布，控制建筑物眾多，水情受人工控制程度高，較統(tǒng)計(jì)學(xué)方法而言更適宜采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究，而這方面研究目前尚有所欠缺。本文選取太湖流域武澄錫虞區(qū)為研究對(duì)象，利用MIKE 11與MIKE 21構(gòu)建了一、二維耦合水動(dòng)力模型并完成率定驗(yàn)證，利用該模型對(duì)不同次雨量、降雨歷時(shí)與時(shí)程分配的設(shè)計(jì)工況進(jìn)行了模擬，根據(jù)結(jié)果對(duì)相關(guān)降雨要素的洪水響應(yīng)進(jìn)行了探討。

2 研究區(qū)域概況

武澄錫虞區(qū)為太湖流域八大水利分區(qū)之一，位于太湖北部，是太湖流域內(nèi)的低洼平原區(qū)，西以武澄錫西控制線為界，與太湖湖西區(qū)相鄰，東至望虞河。武澄錫虞區(qū)總面積4 015.5 km2，其中水域面積433.0 km2，占比10.8%，陸域面積3 582.5 km2，占比89.2%。武澄錫虞區(qū)地形相對(duì)平坦，地勢(shì)特點(diǎn)為四周較高、腹部低，地貌以平原為主，僅在沿太湖一帶為山地丘陵。武澄錫虞區(qū)內(nèi)河網(wǎng)密布，河道水面比降小，平均坡降約1/100 000，水體流速緩慢。區(qū)域內(nèi)河道根據(jù)水體流向大體可分為入江、入望虞河、入湖和內(nèi)部調(diào)節(jié)河道4類。

武澄錫虞區(qū)多年平均降水量為1 112 mm(1951—2013年)，年均降水日數(shù)為125 d，年內(nèi)降水主要集中于5—9月份，降水年際與年內(nèi)變化均較大。近年來(lái)該區(qū)域發(fā)生多次洪水災(zāi)害，其中大部分由長(zhǎng)歷時(shí)大雨量梅雨(如1991年、1999年及2011年梅雨洪水)和短歷時(shí)高強(qiáng)度暴雨(如2012年“?？薄?013年“菲特”臺(tái)風(fēng)暴雨洪水)導(dǎo)致。由于洪澇災(zāi)害頻發(fā)，武澄錫虞區(qū)水利安全治理受到高度重視，區(qū)域內(nèi)現(xiàn)形成了沿江控制線、環(huán)太湖控制線、白屈港控制線、武澄錫西控制線等流域治理工程。此外，區(qū)域內(nèi)部還形成了大小共295個(gè)圩區(qū)以進(jìn)行洼地的防洪治理，總面積達(dá)到1 560 km2，占區(qū)域總面積的38.8%。大量圩區(qū)與控制建筑物的建設(shè)使得武澄錫虞區(qū)水流形勢(shì)受人類活動(dòng)影響巨大，加之本身河網(wǎng)密布，水流條件復(fù)雜，使得統(tǒng)計(jì)學(xué)方法難以有效應(yīng)用，需采用水動(dòng)力模擬方法進(jìn)行研究。

3 一、二維耦合水動(dòng)力模型

3.1 模型簡(jiǎn)介

本文水動(dòng)力模型采用MIKE進(jìn)行構(gòu)建。其中一維模型采用MIKE 11構(gòu)建，MIKE 11是用以模擬河網(wǎng)非恒定流的一維水動(dòng)力模型，基本假設(shè)有不可壓縮、各向同質(zhì)性、河床坡度小，水流可近似為一維系統(tǒng)，靜水壓力均勻分布等[10]，該模塊利用Abbott六點(diǎn)隱格式求解一維圣維南方程組。二維模型采用MIKE 21構(gòu)建，MIKE 21是一套水位與流量的數(shù)值模擬系統(tǒng)，模擬單層流體中的非定常二維流動(dòng)(垂直均勻)，可用于河口、海灣與海岸等地區(qū)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于研究工作與工程實(shí)踐[11]。該模塊求解的基本方程為質(zhì)量守恒與能量守恒方程，采用交錯(cuò)網(wǎng)格蛙跳差分格式來(lái)構(gòu)筑二維淺水波方程的任意多邊形網(wǎng)格有限體積離散格式。一、二維水動(dòng)力模型通過(guò)MIKE FLOOD模塊進(jìn)行耦合。

3.2 模型建立

3.2.1 圩區(qū)匯流模擬

圩區(qū)是一種封閉的防洪排澇保護(hù)區(qū)域，由四周的圩堤與一系列水閘泵站組成，因其較為特殊的匯流方式需要在模型建立時(shí)特殊考慮。武澄錫虞區(qū)內(nèi)同時(shí)存在大量圩區(qū)與大面積非圩區(qū)，因此要針對(duì)兩者不同的匯流方式確定模擬方法。本模型采用圖1所示方法模擬圩區(qū)與非圩區(qū)匯流：圩區(qū)內(nèi)降雨產(chǎn)流匯至概化出的圩內(nèi)虛擬河道，通過(guò)泵站抽排與圩外河道相溝通；非圩區(qū)降雨則直接匯入圩外河網(wǎng)[12]。這種處理方式可以降低模型的復(fù)雜程度，同時(shí)保證較高的模擬精度。

3.2.2 河網(wǎng)概化

武澄錫虞區(qū)水系密布，區(qū)域內(nèi)河道縱橫交錯(cuò)并有少數(shù)湖蕩，水面率達(dá)10.8%，出于模型穩(wěn)定性與運(yùn)算速度等方面考慮需要對(duì)實(shí)際河網(wǎng)進(jìn)行概化。概化原則主要為保持實(shí)際河網(wǎng)的過(guò)水能力與調(diào)蓄能力[13]，對(duì)于圩區(qū)與非圩區(qū)概化方式也有所不同：每個(gè)圩區(qū)保留與閘站相連的圩內(nèi)河道并使其相互溝通以保證圩區(qū)正常匯流，以額外調(diào)蓄面積的方式補(bǔ)充水面面積以保證其調(diào)蓄能力；對(duì)于圩外河網(wǎng)則在保留主干河道且不破壞水系連通性的前提下做一定程度的合并概化，并利用額外調(diào)蓄面積補(bǔ)充調(diào)蓄能力。概化后的模型共有河道740條，其中圩外河道373條，圩內(nèi)河道367條，計(jì)算水位點(diǎn)6 626個(gè)，計(jì)算流量點(diǎn)5 058個(gè)。

圖1圩區(qū)與非圩區(qū)匯流方式示意圖[12]
Fig.1Modesofconfluenceinpolderareaandnon-polderarea[12]

3.2.3 資料概況

水動(dòng)力模型的構(gòu)建與計(jì)算中所需的實(shí)測(cè)資料主要包括基礎(chǔ)地形(DEM)資料、土地利用情況、河道斷面資料以及實(shí)測(cè)降雨過(guò)程。

3.2.3.1 基礎(chǔ)地形

本模型所采用的基礎(chǔ)地形資料為武澄錫虞區(qū)1:10 000電子地圖中的DEM柵格數(shù)據(jù)，建模時(shí)從中提取出的散點(diǎn)文件精度為50 m×50 m，可滿足插值所需的精度要求。

3.2.3.2 土地利用情況

模型所使用的土地利用情況資料年份為2014年，利用情況分為樹(shù)叢、村莊、旱田、水田、道路、空地以及河道湖泊7大類，各類土地利用分別對(duì)應(yīng)不同糙率值。

3.2.3.3 河道斷面

本模型內(nèi)所包含的圩外河道斷面均為實(shí)測(cè)資料，資料年份為2010—2015年，對(duì)于未能收集到斷面資料的河道，于2015年8月進(jìn)行了補(bǔ)充測(cè)量，共補(bǔ)測(cè)河道199條，累計(jì)長(zhǎng)1 281.5 km，共測(cè)量斷面804個(gè)。根據(jù)對(duì)典型圩區(qū)圩內(nèi)河道建設(shè)情況的實(shí)地調(diào)研結(jié)果，圩內(nèi)河道斷面均概化為矩形斷面，其斷面尺寸根據(jù)前述概化原則概化計(jì)算得到。

3.2.3.4 實(shí)測(cè)降雨

為體現(xiàn)降雨分布的不均勻性，更好地反映實(shí)際降雨分布，利于實(shí)際洪水模擬，歷史實(shí)況降雨分析時(shí)，采用實(shí)際雨量觀測(cè)站網(wǎng)對(duì)應(yīng)的各站雨量資料。根據(jù)現(xiàn)有站網(wǎng)分布，采用武澄錫虞區(qū)內(nèi)部及周邊包括常州、無(wú)錫、十一圩港、陳墅、楊舍、魏村閘、青陽(yáng)、洛社等20個(gè)雨量站，即為長(zhǎng)歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨分析時(shí)用到的所有雨量站。雨量分析時(shí)，采用泰森多邊形法劃分各雨量站代表的面區(qū)域，各分片降雨利用片內(nèi)相應(yīng)雨量站點(diǎn)雨量代表。凈雨過(guò)程采用初損后損法計(jì)算，扣損率參考臨近研究區(qū)域的相關(guān)成果[14]，采用每場(chǎng)降雨每日扣損10 mm進(jìn)行凈雨過(guò)程計(jì)算。

3.3 模型率定驗(yàn)證

3.3.1 模型率定

模型中河道糙率初值采用“太湖流域水文水動(dòng)力模型”[13]中河道糙率值，該模型經(jīng)多年研發(fā)與完善，并先后采用1984—1985年、1995—1996年資料進(jìn)行率定，可以較好地模擬太湖流域河網(wǎng)水流情況，模型中糙率值較為可靠。模型率定選取時(shí)間段為2011年6月14—30日，在此期間江蘇省發(fā)生了“6·17”暴雨，降水時(shí)間集中，短時(shí)強(qiáng)度大，河道水位較高，可作為典型洪水過(guò)程用于模型率定。根據(jù)常州、洛社、無(wú)錫和青陽(yáng)4個(gè)測(cè)站的水位過(guò)程對(duì)河道糙率進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，經(jīng)過(guò)率定后，區(qū)域內(nèi)河道糙率基本處于0.022 5～0.035之間，模型可較好地模擬區(qū)域內(nèi)水流情況。

3.3.2 模型驗(yàn)證

一維模型的驗(yàn)證選取2012年8月6—15日、2013年10月6—13日常州、洛社、無(wú)錫和青陽(yáng)4個(gè)測(cè)站的水位過(guò)程。江蘇省在2012年8月8—10日發(fā)生了由“?？迸_(tái)風(fēng)引起的大暴雨，2013年10月6—8日由于“菲特”臺(tái)風(fēng)引發(fā)了太湖流域大暴雨，2場(chǎng)洪水均有較大量級(jí)，且臺(tái)風(fēng)暴雨在太湖流域具有典型性，可作為洪水期模型的驗(yàn)證過(guò)程。有關(guān)誤差分析見(jiàn)表1，在驗(yàn)證時(shí)段內(nèi)模型最大誤差為12 cm，出現(xiàn)于2013年10月8日洛社站，且模型模擬洪峰出現(xiàn)時(shí)刻與歷史實(shí)況洪水過(guò)程相一致，模型精度良好。

4 降雨時(shí)程分布的洪水響應(yīng)

4.1 暴雨時(shí)間特征指標(biāo)

4.1.1 最大雨強(qiáng)(Imt)

(1)

式中：Pi為時(shí)刻i的降雨強(qiáng)度，單位為mm/h；T為次降雨歷時(shí)，以h為單位。Imt直接表征場(chǎng)次降雨中最大降雨強(qiáng)度。

4.1.2 暴雨時(shí)間變差系數(shù)(Cv,t)

(2)

式中ki表示次降雨過(guò)程中第i時(shí)刻雨強(qiáng)與次降雨平均雨強(qiáng)的比值。Cv,t值越大，表示降雨時(shí)間分布越不均勻。

4.1.3 雨峰系數(shù)(r)

(3)

式中：t0為最大雨強(qiáng)出現(xiàn)的時(shí)刻，以h為單位。雨峰系數(shù)表征雨峰在時(shí)間分布上出現(xiàn)的位置，取值為(0，1)，r越小表示雨峰出現(xiàn)位置越靠前，反之則越靠后。

4.2 設(shè)計(jì)暴雨與設(shè)計(jì)工況

本文旨在研究降雨時(shí)程分布的洪水響應(yīng)，因此長(zhǎng)(7 d)、短(24 h)歷時(shí)各設(shè)置了5個(gè)時(shí)程分布各異的設(shè)計(jì)暴雨過(guò)程。7 d設(shè)計(jì)暴雨包含1991年型設(shè)計(jì)暴雨以及雨峰出現(xiàn)在第2、第4、第6天的均勻雨型設(shè)計(jì)暴雨，均按最大1 d和3 d雨量進(jìn)行同頻控制，設(shè)計(jì)雨量根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)20個(gè)雨量站1951—2012年共62 a日雨量序列采用年最大值法選樣后排頻適線得到，其凈雨過(guò)程采用初損后損法計(jì)算，扣損率與實(shí)測(cè)降雨過(guò)程相同；24 h設(shè)計(jì)暴雨包含“84圖集”雨型[15]設(shè)計(jì)暴雨以及雨峰出現(xiàn)在第7、第12、第18小時(shí)的均勻雨型設(shè)計(jì)暴雨，均按最大1 h和6 h雨量進(jìn)行同頻控制，設(shè)計(jì)雨量選用常州、無(wú)錫、江陰、陳墅、十一圩港站5個(gè)雨量站30 a以上小時(shí)雨量序列采用年最大值法選樣后排頻適線得到，凈雨過(guò)程采用初損后損法計(jì)算，根據(jù)“84圖集”[15]中相關(guān)規(guī)定，“24 h凈雨計(jì)算時(shí)只扣后損，后損采用1 mm/h”。1991年型與“84圖集”雨型為本區(qū)域代表性雨型，另外長(zhǎng)、短歷時(shí)還各考慮了一種均勻降雨。不同設(shè)計(jì)暴雨過(guò)程的時(shí)程分布差異通過(guò)最大雨強(qiáng)(Imt)、暴雨時(shí)間變差系數(shù)(Cv,t)與雨峰系數(shù)(r)3個(gè)參數(shù)進(jìn)行描述，其中r與Cv,t分別定義了雨峰位置與相對(duì)大小，Imt則隨其他參數(shù)而變化。同時(shí)在進(jìn)行工況設(shè)計(jì)時(shí)也考慮了不同的次雨量(Pm)與降雨歷時(shí)(De)對(duì)洪水過(guò)程的影響。為排除其他水文要素的干擾，各設(shè)計(jì)工況邊界條件均采用1991年實(shí)況潮(水)位過(guò)程。各設(shè)計(jì)工況降雨要素組合詳情見(jiàn)表2。

表1 模型驗(yàn)證誤差分析Table 1 Error analysis of model validation

4.3 降雨時(shí)程分布的洪水響應(yīng)

洪水過(guò)程以洛社站洪水水位過(guò)程作為代表進(jìn)行對(duì)比分析。圖2中(a)和(b)為工況1、工況2、工況3與工況8、工況9、工況10的洪水過(guò)程對(duì)比，分別反映了長(zhǎng)、短歷時(shí)下相同雨峰系數(shù)與相近時(shí)間變差系數(shù)、不同次雨量工況的洪水過(guò)程變化。由表3洪峰水位對(duì)比情況可以看出，隨著次雨量的逐漸增大，長(zhǎng)歷時(shí)工況的洪峰水位依次上漲了0.076 m與0.095 m，短歷時(shí)工況依次上漲了0.140 m與0.092 m。明顯地，無(wú)論降雨歷時(shí)長(zhǎng)短，次雨量的增大都會(huì)導(dǎo)致洪峰水位的升高，另外由于設(shè)計(jì)雨型的原因，短歷時(shí)降雨最大雨強(qiáng)遠(yuǎn)大于長(zhǎng)歷時(shí)降雨，使得河道水位迅速上升，導(dǎo)致短歷時(shí)降雨洪峰水位均高于長(zhǎng)歷時(shí)降雨?？梢?jiàn)長(zhǎng)歷時(shí)降雨與短歷時(shí)降雨均可導(dǎo)致河道洪水的發(fā)生，但機(jī)理有所不同：前者降雨歷時(shí)長(zhǎng)、次雨量大，可使較大區(qū)域乃至流域范圍內(nèi)河網(wǎng)水位整體抬升，從而使本區(qū)域難以正常排水而致洪，本區(qū)域常見(jiàn)的梅雨型洪水常是此種類型；后者次雨量較前者小，但短時(shí)間內(nèi)降雨強(qiáng)度大，匯流速度遠(yuǎn)大于區(qū)域排水速度，使得局部區(qū)域河網(wǎng)水位迅速抬升，但影響范圍較小，本區(qū)域另一大洪水類型臺(tái)風(fēng)暴雨洪水即是此種類型。

圖2 不同次雨量下洪水過(guò)程對(duì)比Fig. 2 Comparison of flood process underdifferent rainfall amounts

圖3中(a)和(b)分別為工況5、工況6、工況7與工況12、工況13、工況14的洪水過(guò)程對(duì)比，反映了長(zhǎng)、短歷時(shí)下雨峰位置不同所帶來(lái)的洪水過(guò)程變化。由表4洪峰水位對(duì)比情況可以看出，隨著雨峰位置的逐漸后移，長(zhǎng)歷時(shí)工況的洪峰水位依次上漲了0.192 m與0.064 m，短歷時(shí)工況依次上漲了0.060 m與0.064 m。由此可見(jiàn)在其他降雨要素相同的情況下，雨峰位置后移會(huì)使得洪峰水位顯著升高，這種抬升在長(zhǎng)歷時(shí)降雨中反映更為明顯，短歷時(shí)降雨中影響趨勢(shì)相同但量值較小。在長(zhǎng)歷時(shí)降雨雨峰之前，區(qū)域乃至流域內(nèi)河道水位均處于緩慢上漲的過(guò)程中，如雨峰出現(xiàn)在偏后位置，則水位的上漲程度已較大，此時(shí)發(fā)生集中降雨會(huì)導(dǎo)致較高的水位，因此雨峰偏后的暴雨過(guò)程對(duì)防洪安全更加不利。雨峰移動(dòng)的影響在短歷時(shí)暴雨洪水過(guò)程中反映較小，這是由于短歷時(shí)暴雨本身就可看作一次集中的高強(qiáng)度降水過(guò)程，缺乏前期水位抬升過(guò)程且歷時(shí)短，因此雨峰后移并不會(huì)使洪峰水位明顯抬高。

表2 設(shè)計(jì)工況降雨要素組合Table 2 Combination of essential factors of rainfall in design conditions

圖3 不同雨峰系數(shù)下洪水過(guò)程對(duì)比Fig. 3 Comparison of flood process under differentcoefficients of rainfall peak

圖4中(a)和(b)分別為工況3、工況4與工況10、工況11的洪水過(guò)程對(duì)比，反映了長(zhǎng)、短歷時(shí)下，次雨量相同時(shí)時(shí)間變差系數(shù)對(duì)洪水過(guò)程的影響。由表5洪峰水位對(duì)比情況可以看出，在時(shí)間變差系數(shù)變化相近的前提下，較為集中的長(zhǎng)歷時(shí)降雨比均勻降雨的洪峰水位提升了0.082 m，類似情況的短歷時(shí)降雨洪峰水位提升了0.135 m。降雨歷時(shí)較短時(shí)，時(shí)程分布較為集中的降雨會(huì)帶來(lái)較高的洪峰水位，而歷時(shí)較長(zhǎng)時(shí)，時(shí)間變差系數(shù)的改變僅對(duì)洪水過(guò)程線的形狀有一定影響，而對(duì)洪峰水位影響較小。這種差異是由于短歷時(shí)降雨主要依靠高降雨強(qiáng)度致洪，時(shí)間變差系數(shù)的增大進(jìn)一步加強(qiáng)了雨峰處的雨強(qiáng)，因此洪峰水位抬升較大；長(zhǎng)歷時(shí)降雨過(guò)程中雨強(qiáng)遠(yuǎn)小于短歷時(shí)暴雨，而主要由于較大的歷時(shí)和次雨量致災(zāi)，因此時(shí)程分布的改變對(duì)其影響較小。

圖4 不同時(shí)間變差系數(shù)下洪水過(guò)程對(duì)比Fig. 4 Comparison of flood process under differenttime variation coefficients

由以上分析可以發(fā)現(xiàn)，降雨時(shí)程分布對(duì)平原河網(wǎng)河道洪水過(guò)程有顯著影響，且對(duì)長(zhǎng)歷時(shí)降雨與短歷時(shí)暴雨的影響有所不同：長(zhǎng)歷時(shí)降雨由其較長(zhǎng)的降雨歷時(shí)與較大的次雨量導(dǎo)致較大區(qū)域乃至流域范圍內(nèi)河網(wǎng)水位抬升，從而導(dǎo)致區(qū)域排水困難而致洪，次雨量與雨峰系數(shù)的改變有著較為明顯的洪水響應(yīng)，而時(shí)間變差系數(shù)則相對(duì)不敏感；短歷時(shí)暴雨主要因其集中的高強(qiáng)度降水引起局部區(qū)域河網(wǎng)排水不及時(shí)而造成水位上漲，次雨量和降雨時(shí)間變差系數(shù)對(duì)洪水過(guò)程的影響較為明顯，而雨峰系數(shù)變化相對(duì)不敏感。

5 結(jié) 論

本文選取太湖流域武澄錫虞水利分區(qū)為研究對(duì)象，采用MIKE 11與MIKE 21構(gòu)建一、二維耦合水動(dòng)力模型，利用3場(chǎng)歷史典型洪水對(duì)模型進(jìn)行了率定與驗(yàn)證，采用該模型對(duì)不同降雨時(shí)程分布的工況進(jìn)行了模擬。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的分析可得到以下結(jié)論。

(1)研究區(qū)域水動(dòng)力模型經(jīng)過(guò)率定驗(yàn)證后模擬精度良好，可較為精確地模擬區(qū)域河網(wǎng)水流過(guò)程，證明本文對(duì)于圩區(qū)與非圩區(qū)匯流過(guò)程考慮方式可行，對(duì)河網(wǎng)水系概化原則合理，此原則亦可推廣至水動(dòng)力條件相似的平原河網(wǎng)地區(qū)使用。

(2)長(zhǎng)歷時(shí)降雨與短歷時(shí)降雨致洪機(jī)理有所不同：前者降雨歷時(shí)長(zhǎng)、次雨量大，可使較大區(qū)域乃至流域范圍內(nèi)河網(wǎng)水位整體抬升，從而使本區(qū)域難以正常排水而致洪；后者次雨量較前者小，但短時(shí)間內(nèi)降雨強(qiáng)度大，匯流速度遠(yuǎn)大于區(qū)域排水速度，使得局部區(qū)域河網(wǎng)水位迅速抬升，但影響范圍較小。

(3)降雨時(shí)程分布對(duì)平原河網(wǎng)河道洪水過(guò)程有顯著影響，其中長(zhǎng)歷時(shí)降雨的次雨量增大和雨峰后移會(huì)導(dǎo)致洪峰水位明顯升高，而時(shí)間變差系數(shù)改變的影響則相對(duì)較??；短歷時(shí)暴雨的次雨量增大和降雨時(shí)間變差系數(shù)增大會(huì)使洪峰水位明顯升高，而雨峰系數(shù)變化相對(duì)影響較小。

(4)針對(duì)不同時(shí)程分布特征的降雨，可采取對(duì)應(yīng)措施以減小其洪水風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于長(zhǎng)歷時(shí)降雨，可采取提前進(jìn)行水位預(yù)降的措施，并且加強(qiáng)各區(qū)域間排水調(diào)度的協(xié)調(diào)配合以確保本區(qū)域排水正常進(jìn)行；對(duì)于短歷時(shí)暴雨，可在采取工程措施加強(qiáng)區(qū)域排水能力的同時(shí)，優(yōu)化圩區(qū)泵站調(diào)度規(guī)則，一定程度地利用眾多圩區(qū)的調(diào)蓄能力以削減圩外河網(wǎng)的洪水風(fēng)險(xiǎn)。

(5)因本文旨在研究降雨時(shí)程分布變化的洪水響應(yīng)，故所考慮的長(zhǎng)歷時(shí)降雨與短歷時(shí)暴雨偏理想化，即長(zhǎng)歷時(shí)降雨中不出現(xiàn)雨強(qiáng)較大的暴雨過(guò)程，短歷時(shí)暴雨前不存在其他導(dǎo)致河網(wǎng)水位抬升的前期降雨過(guò)程。實(shí)際降雨過(guò)程更加復(fù)雜，如可能在水位緩慢上漲之后發(fā)生高強(qiáng)度暴雨，此種降雨組合會(huì)帶來(lái)更大洪水風(fēng)險(xiǎn)，需在進(jìn)一步研究中加以考慮。

(編輯：陳 敏)

Flood Response to Temporal Variation of Precipitation in Plain RiverNetwork Region in Taihu Lake Drainage Basin

HU Zi-chen, LIU Shu-guang, ZHONG Gui-hui, WEI Qian-kun

(Department of Hydraulic Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)

Abstract:Flood and waterlogging disasters in plain river network region in recent years have brought about severe damage to people’s lives and property safety. Rainfall is the key factor causing flood disasters in the region, of which the most typical ones are plum rain and typhoon rainstorm. The flood generating mechanism of plum rain and typhoon rainstorm varies because of different temporal distribution. In the aim of investigating the influence of rainfall’s temporal variation on flood process, a 1D- and 2D-coupled hydrodynamic model of Wuchengxiyu hydraulic