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| HEC-RAS二维模型揭示西班牙塞古拉河真实泄洪能力 |
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论文链接：https://www.mdpi.com/2624-795X/6/4/77
论文标题：Hydraulic Capacity of the Segura River Channel (SE Spain) in Urban Areas: 2D Hydraulic Modeling in HEC-RAS and Comparison of Results with the September 2019 Flood Event in the Lower Segura Basin
期刊名：GeoHazards
期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/geohazards
研究背景
洪水是全球范围内造成人员伤亡和经济损失最严重的自然灾害，在气候变化背景下，其发生频率和强度呈显著上升趋势。西班牙地中海沿岸作为气候变化的敏感区，由于历史上对洪泛区的大规模城市化开发，已成为洪水高风险区域。2019年9月塞古拉河流域的洪水事件再次暴露了对河道实际泄洪能力认知的不足。官方机构通常基于设计理论值管理洪水风险，但实际河道容量可能因工程建设差异、植被生长和泥沙淤积而显著降低。本文旨在通过创新性的二维水力建模方法，精确测定塞古拉河城市段河道的实际泄洪能力阈值。
研究内容
本研究采用HEC-RAS软件的二维水力模型，建立了一种基于阶梯式上升水文过程线的新方法，用于确定河道的最大泄洪能力。研究选取塞古拉河流经穆尔西亚、奥里韦拉、阿尔莫拉迪和罗哈莱斯四个城市区段作为分析对象，通过高分辨率LiDAR数据构建数字高程模型(DEM)，并进行了精细的地形修正。研究团队修复了堤防墙体的虚拟开口，修正了道路和铁路交叉排水结构，确保了模型的准确性。模型采用50×50米网格划分，在河道堤防处加密至5×5米，并基于西班牙国土利用系统(SIOSE AR)设定了45种土地利用类型的曼宁粗糙度系数。
图1. 塞古拉河流域位置及城市地区塞古拉河河道整治研究区域。来源：作者自制。
建模结果显示，塞古拉河各城市段的实际泄洪能力远低于官方估计值。在穆尔西亚段，河道中心区最大容量为400 m³/s，而入城和出城段的溢流阈值仅为210-235 m³/s。奥里韦拉段的情况更为严峻，矩形渠化段容量降至200 m³/s，而在城市中心狭窄处，溢流阈值进一步降低至138-140 m³/s，与官方估计的450 m³/s存在显著差距。阿尔莫拉迪段弯道狭窄处的容量为140 m³/s，而罗哈莱斯的卡洛斯三世桥由于桥墩结构限制，最大通过能力仅为200 m³/s。
图2. 穆尔西亚奥里韦拉河因塞古拉河渠道超负荷而发生溢流的水力容量或最大允许流量。来源：HEC-RAS。作者自行绘制。
研究还发现，2019年9月洪水事件的实测数据与模型预测高度吻合。奥里韦拉段的水文站在记录到111 m³/s的流量后因洪水淹没而停止工作，恰与模型预测的溢流起始阈值一致。阿尔莫拉迪段的两处堤防溃决位置也与模型识别的高风险区域完全对应，证明了该方法的可靠性。值得注意的是，当前模型仅考虑水流运动，未包含泥沙输运的影响，而实际洪水中的泥沙含量会进一步降低河道容量，这使得研究结果更具保守性和参考价值。
研究总结
本研究开发的基于HEC-RAS二维水力模型的河道容量评估方法，能够精确识别溢流阈值点和潜在溃堤风险区域，为洪水应急管理提供了科学依据。与传统的统计方法相比，该方法能更真实地反映河道实际泄洪能力，且具有良好的可移植性，可应用于全球不同地区的河流分析。研究成果对改进水文预警系统、优化应急预案制定具有重要意义，特别是为地方政府在洪水危机中的决策提供了技术支撑。未来研究可进一步纳入泥沙输运模块，提升模型的综合预测能力。在气候变化导致极端降雨事件频发的背景下，此类精确的水力建模方法将成为洪涝风险管理的核心工具，为降低人员伤亡和经济损失提供关键技术保障。
GeoHazards期刊介绍
主编：Prof. Dr. Zhong Lu, Roy M. Huffington Department of Earth Sciences, Southern Methodist University, Dallas, TX 75275, USA
Prof. Dr. Tiago Miguel Ferreira, Instituto Superior Técnico (IST), University of Lisbon, Av. Rovisco Pais, 1049-001 Lisbon, Portugal
期刊发表范围涵地球物理/地质灾害、气候及气候变化相关灾害、气象灾害、水文灾害、块体运动灾害以及人为和技术灾害等研究领域。自2020年创刊以来，被ESCI、Scopus、GeoRef等多个权威数据库收录。
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