变化环境下复杂河网地区洪水过程模拟研究

Complex river network regions, mainly characterized by dense river networks and hydraulic structures, have been experiencing a significant impact of climate change and land use change. However, due to the variation of precipitation and intensive polders, it is difficult to make a precise simulation for floods. This project will take the Taihu basin as the study area to develop an integrated modeling system coupling a distributed hydrological model and hydrodynamic model for flood simulation, which could well describe the impact of dense river networks and intensive polders on spatial characteristics of flooding. The spatial-temporal evolution pattern of climate and land use along with driving factors will be analyzed to generate appropriate regional environmental change scenarios. The coupled model will be employed to simulate the processes of floods under different scenarios for the identification of climate change and land use change effects on floods. The results of this project will provide technical support for future flood control and adaptive measures under global change in complex river network regions.

复杂河网地区河道如织，水情、工情复杂，伴随气候及土地利用变化的影响，洪水特性发生了显著变化，加之降水时空分布不均、圩区密集，洪水过程模拟十分困难。本项目以太湖流域为研究对象，考虑复杂河网、多级圩堤对洪涝空间分布的影响，建立水文、水力学模型之间水量转换关系的参数化方法，构建反映复杂空间变化规律的洪水模拟模型；通过气候及土地利用变化驱动力分析，深入剖析流域气候及土地利用的时空演变规律，构建适合太湖流域的环境变化情景；基于水文-水力学耦合模拟，从洪水过程机理出发，模拟基准期及不同情景下全流域洪水的发生和时空发展过程，定量识别气候及土地利用变化对流域洪水的影响，揭示流域洪水对变化环境的响应机制，为复杂河网地区的防洪及适应全球变化提供技术支撑。

项目致力于探讨：①未来50年中太湖流域的洪水风险会发生怎样的变化？②为了应对未来的挑战，什么是政府与其他利益相关者最好的抉择？项目的研究成果将有助于在太湖流域中推进从“控制洪水”向“洪水管理”的转变，促进防洪工程措施与非工程措施的结合，建立先进的洪水风险评估方法并应用到流域防洪决策支持系统之中，增强流域洪水风险管理与应急响应的能力建设，为实现全面、协调、可持续的发展提供有力的科技支撑。.本项目在对影响太湖流域未来洪水风险变化的动因响应关系进行了全面的探讨，综合考虑了气候变化、经济社会发展与快速城市化、持续大规模水利工程体系建设等因素对流域内洪水水文-水力学特性以及水灾损失特性的影响，构建了基于GIS的长时段大尺度的洪水情景分析技术，开展了太湖流域未来洪水风险情景分析研究。主要成果如下：.细致考虑了不同经济发展模式下，受气候变化（降雨量增加、海平面上升等）、下垫面条件变化（土地利用方式改变）的影响，采用分布式水文模型ⅥC耦合水动力学模型，对太湖水位进行水文——水动力学模拟。结果表明，未来时期 （2021-2050年）太湖汛期最高水位和平均水位较基准期（1961-1990年）均显著升高，未来诱发同量级太湖最高水位的暴雨重现期将显著减小，太湖流域未来大洪水的发生可能更趋频繁。基于洪水区域模拟及损失评估，定量分析了太湖流域至2050年不同频率洪水水灾损失以及年平均风险的变化，并根据太湖流域防洪规划预期2025年达到的远期目标，分区域计算了新的防洪标准达到后的减灾效益，结果表明，防洪工程体系的完善与对洪水调控能力的提高，对于抑制流域未来洪水风险的增长将发挥关键性的作用；为了进一步减轻流域中超标准洪水的风险，以及为了对难以受工程措施高标准保护的区域进行洪水的风险管理，需要加强非工程措施的实施力度，建立风险分担、利益共享的运作机制，促进和谐社会的构建，以利于实现可持续的发展。