基于分布式水文模型的中小河流洪水预报技术

中小河流大多位于资料短缺的山丘区,洪水具有突发性强、汇流时间快、预见期短以及分布广的特点。中小河流洪水预报首要目的和任务是预警预报,预报方式应以自动预报为主,以实现及时预警,最大程度地避免人员伤亡,减轻灾害损失。本文分析了中小河流洪水预报的特点与难点,提出了中小河流洪水预报的思路及实用预报模型与方法,开展了基于分布式水文模型的中小河流洪水预报技术在新安江上游屯溪流域预警预报中的应用研究,以期为当前所开展的全国中小河流洪水预警预报系统建设提供参考。研究表明:分布式水文模型是资料短缺地区中小河流洪水预报的有效方法,基于分布式水文模型的洪水预报技术能够满足中小河流洪水自动预警预报的生产需要。     

中小河流洪水预报研究进展

中小河流洪水预报是当前国际水文科学中亟待研究的重大科学问题之一。由于中小河流存在分布广、降水及下垫面空间异致性强、产汇流时间短、突发性强、水文资料欠缺等特点,因此预报精度较低,预见期短,预报难度大。目前国内外学者对中小河流洪水预报开展了一定的研究,主要集中在中小河流洪水形成机理、洪水预报模型、缺资料中小河流水文模型参数确定方法、洪水预报耦合降水预报等方面。对中小河流洪水预报相关研究进展和存在的问题进行了总结,并指出未来在多源信息高效融合、精细化洪水模拟、高精度降水预报等方面还应进行更深入的研究。     

中小河流山洪预警预报系统开发设计及应用

我国中小河流众多,山洪频发,洪灾损失严重,是造成人员伤亡的主要灾种。目前,我国中小河流山洪预报预警技术研究还处于初步阶段,山洪监测预警系统尚在试点建设中。介绍水利部公益性项目"中小河流突发性洪水监测与预警预报技术研究"开发的中小河流山洪预警预报原型系统,包括基于分布式水文模型、动态临界雨量的山洪预警预报方法,山洪预警预报原型系统的总体结构、软件设计与功能实现,以及在其中一个示范区江西遂川江的试运行情况,并对其实际应用进行了分析,以期为当前所开展的中小河流洪水易发区水文监测预警项目及全国山洪灾害防御非工程措施建设等工作提供参考。     

降水临近预报及其在水文预报中的应用研究进展

随着全球气候变化、自然变迁及陆表生境改变,极端天气频发且呈现出多尺度时空变异特征,对其进行预报和预警一直是气象水文领域关注的焦点。临近预报可较准确地预报未来短时间天气显著变化,是当前预报强降水等极端事件的主要手段。从基于天气雷达0~3 h外推临近预报、融合数值模式0~6 h临近预报的发展历程梳理了临近预报的研究进展,阐述了雷达外推算法的发展进程、雷达外推预报与数值模式预报融合技术进展,指出"取长补短"的0~6 h融合预报在提高降水预报精度、延长降水预见期等多方面有较大的发展潜力,进一步探寻及提升融合技术是未来融合预报发展的核心。将临近预报以气象水文耦合的方式引入水文预报是从源头提高水文预报精度、保障水文预报效果的主要途径,总结了现阶段主流耦合方式、空间尺度匹配技术、水文模型不确定等陆气耦合中的关键问题,阐述了外推临近预报、融合临近预报作为水文预报输入的研究进展,明确了融合临近预报在延长洪水预见期、提高洪水预报精度中存在优势,并讨论了未来的研究重点及发展方向。     

概念性水文模型与智能模型在中小河流洪水模拟中的比较研究

相较于大江大河的流域水文预报研究,中小流域的研究相对匮乏。以沅江河溪水文站以上流域为例,研究LSTM(Long Short-Term Memory)模型和新安江模型在场次洪水中的模拟效果。通过对比,新安江模型的整体模拟精度较高,洪量、洪峰、峰现时间的平均相对误差分别为9.39%、9.55%、1.6 h,确定性系数为0.73,综合合格率为100%,达到甲级精度标准;LSTM模型的模拟精度较低,洪量、洪峰、峰现时间的平均相对误差分别为11.76%、12.33%、2.3 h,确定性系数为0.60,综合合格率为75%,达到乙级精度标准。结果表明,新安江模型和LSTM模型是中小河流洪水预报的有效方法,均可用于河溪流域的正式预报,且对于河溪流域,新安江模型的模拟精度比LSTM模型更高。     

三峡库区陆气耦合研究及应用

以延长洪水预见期、提高预报精度为目标,研究气象水文耦合机制,利用数值天气预报模式WRF(Weather Research and Forecasting)驱动分布式VIC(Variable Infiltration Capacity)水文模型,构建三峡库区陆气耦合洪水预报系统,并对2007~2008年期间四场暴雨洪水进行日滚动预报试验。结果表明,WRF模式在三峡库区内有着良好的短期降水预报精度,基于数值天气预报模式和分布式水文模型的陆气耦合洪水预报系统能有效延长三峡入库洪水预见期、提高洪水预报精度,具有较大的应用潜力。     

基于深度学习的雷达降雨临近预报及洪水预报

为探究深度学习的雷达降雨临近预报在流域洪水预报中的适用性,采用U-Net、嵌入注意力门的Attention-Unet和添加转换器的多级注意力TransAtt-Unet开展雷达降雨临近预报,将预报降雨作为HEC-HMS水文模型的输入,对柳林实验流域进行洪水预报。结果表明：1 h预见期时,Attention-Unet对短时强降雨预报结果较好,TransAtt-Unet预报降雨模拟的洪峰流量和径流量相对误差小于20%,各深度学习模型对量级较大的降雨和洪水预报精度较高;2 h预见期的预报降雨强度、降雨总量、洪峰流量和径流量存在显著低估,U-Net能取得相对较好的降雨预报结果。基于深度学习的1 h预见期雷达降雨临近预报及洪水预报可为流域防洪减灾提供科学依据。     

TIGGE降雨信息在柴河流域洪水预报中可利用性评估

基于全球多模式集合预报(TIGGE)资料,以柴河流域为研究区域,采用TS评分、Brier评分和Talagrand分布等方法对欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、美国国家环境中心(NCEP)和英国气象局(UKMO)三个中心集合预报的6h、12h、24h短期降雨量进行定量评估和对比,并分别以实测降雨和NCEP预报降雨驱动新安江模型模拟洪水过程,据此探讨了集合降雨预报的可利用性。得到两个重要结论:ECMWF、NCEP和UKMO对低雨量级降雨的预报效果较好,各雨量级的预报效果有随预见期增长而增加的趋势,且普遍存在空报率较高、漏报率偏低的情况;集合降雨预报信息可应用于新安江模型进行洪水预报,并能够有效的延长洪水预报的预见期。研究成果可在适当条件下推广应用至其它流域的洪水预报作业中。     

洪水预报过程的交互式修正技术研究

由于预报模型的局限性和实时信息的不完善,洪水预报过程存在许多误差,而基于图形交互式修正技术是消除预报误差的有效手段。分析了水文预报过程交互式修正技术在洪水预报工作中的重要性,介绍了过程拟合平滑技术和样条插值技术,基于此基础上研究实现了以橡皮筋形式交互式修正水文预报过程的技术,并应用于洪水预报系统中。研究实例表明,该技术使用方便,有效地提高了洪水预报精度。     

中小河流防洪特征水位与雨量预警阈值分析方法研究

以新建的中小河流水文站点如何快速有效发挥减灾预警作用为切入点,采用山洪灾害调查评价的技术路线,以安徽省皖南山区石台县中心城区新建水文站点为例,调查了预警河段历史洪水信息,采集了沿河两岸居住地房屋基础高程,建立预警站点与影响人口的关联关系,并基此确定水文站点的特征水位以及基于现状防洪能力的雨量预警指标体系,确定警戒水位54.0m、保证水位55.3m。1h流域平均净雨强度70mm/hr,或6h面平均雨量110mm为致灾临界雨量阈值。     

江河洪水预报流域水量分析法

江河洪水预报流域水量分析法具有概念明确、分析计算严谨、预报精度较高且仅应用江河水文站实测流量资料等特点,对于水文站数多、流量资料系列长的大江大河尤为适用。初次应用于淮河干流上游,取得了一定的经验。这一方法的应用,将会对我国大江大河防 及水资源利用起到良好的作用。     

An extended STIRPAT model-based methodology for evaluating the driving forces affecting carbon emissions in existing public building sector: evidence from China in 2000–2015

In recent decades, population growth associated with unplanned urban occupation has increased the vulnerability of the Brazilian population to natural disasters. In susceptible regions, early flood forecasting is essential for risk management. Still, in Brazil, most flood forecast and warning systems are based either on simplified models of flood wave propagation through the drainage network or on stochastic models. This paper presents a methodology for flood forecasting aiming to an operational warning system that proposes to increase the lead time of a warning through the use of an ensemble of meteorological forecasts. The chosen configuration was chosen so it would be feasible for an operational flood forecast and risk management. The methodology was applied to the flood forecast for the Itajaí-Açu River basin, a region which comprises a drainage area of approximately 15,500 km² in the state of Santa Catarina, Brazil, historically affected by floods. Ensemble weather forecasts were used as input to the MHD-INPE hydrological model, and the performance of the methodology was assessed through statistical indicators. Results suggest that flood warnings can be issued up to 48 h in advance, with a low rate of false warnings. Streamflow forecasting through the use of hydrological ensemble prediction systems is still scarce in Brazil. To the best of our knowledge, this is the first time this methodology aiming to an operational flood risk management system has been tested in Brazil.     

我国水文科学新进展及其展望

随着我国国民经济的发展,水资源可持续性发展的课题摆在我们的面前。这样,对水文科学提出了许多新问题和新要求,例如,水资源供需矛盾日益尖锐,水环境不断恶化,水旱灾害仍是我国的心腹之患;同时人类活动、环境保护又使水情势发生了显著的变化等问题。解决上述问题。要求我国水文业务工作必须有新的内容和新的进展,并适应国际间水文学术交流与合作的需要。本文对我国进四年来的水文科学新和了简要介绍,同时对我国水文科学的发     

洪水影响预报和风险预警理念与业务实践

我国是世界上洪涝灾害频繁而严重的国家之一,洪水预报预警是防汛减灾工作中重要的非工程措施和洪水防御工作的耳目和参谋。从水文行业的视角,回顾了近年来我国洪水预报预警技术与业务进展,分析了当前洪水预报预警工作面临的新形势和新要求,对比国内外同类行业发展查找了存在的差距,阐述了洪水影响预报和风险预警的定义和理念,从顶层对基于影响预报和风险预警的新一代洪水预报预警系统("国家洪水预报预警系统")总体框架进行了研究和设计,一些关键技术成果在大范围洪水早期预警业务实践中得到了探索应用,取得了较好的效果。     

全国水情预警公共服务系统设计与实现

及时准确的水情预警信息不仅为防汛抗旱减灾工作提供了技术支持,同时提高了人民群众防灾减灾意识。为切实做好水情预警信息统一发布工作,专门开发了全国水情预警公共服务系统,实现了预警信息的统一汇集和对外发布,提供水情预警信息订阅等服务,提高了水情预警的工作效率,扩大了预警信息的影响力和公众认知度,具有较好的社会影响。     

非线性时变增益模型在新疆喀什中小河流洪水模拟中的适用性研究

近年来受人类活动和气候变化影响,新疆喀什地区水文非线性特征凸显,使得传统考虑单一线性的模型精度不高,以新疆喀什地区中小流域为研究对象,应用非线性时变增益模型,结合该流域1999-2017年实测洪水数据分析该模型在新疆喀什地区中小河流洪水模拟的适用性。研究结果表明:采用新的模型洪水模拟精度可到乙级以上精度,明显好于传统模型。研究成果对于新疆喀什地区中小河流防洪预警具有重要参考价值。     

淮河流域水文非线性多水源时变增益模型研究与应用

基于传统时变增益模型(TVGM),进一步考虑地下径流退水,在传统TVGM只考虑单一地表水源的基础上,添加地下水源模块,对地表地下径流分别进行产、汇流计算,改进并提出了多水源TVGM,并将其应用于淮河流域蚌埠闸以上13个水文站控制的代表性子流域。结果表明:多水源TVGM既继承了传统TVGM以简单结构描述复杂水文非线性系统关系的优点,同时通过增加地下水源模块,大大提高了洪水预报的精度。13个子流域参数率定期和模型验证期中,传统TVGM分别有9个和7个子流域达到乙级洪水预报标准,而多水源TVGM分别提高到12个和8个,其中以大型流域和大水年改进效果尤佳。传统TVGM水量平衡系数为0.88,多水源TVGM提高到0.95,平均提高了7%。洪峰模拟相对误差也由传统TVGM的50%达标率提高到多水源TVGM的92.3%,整体提高了42.3%。因此,多水源TVGM能更好的应用于淮河流域洪水预报工作。     

2008年三峡水库入库洪水特点与预报效果评价

对2008年三峡水库入库洪水特点进行分析,并针对场次洪水和连续自动预报两种方式进行预报误差统计,两种方式预报结果都表明2008年实时联机水文预报精度达到水文情报预报规范的甲级标准,同时发现未来降雨对三峡水库入库预报精度影响较大,部分场次洪水结合(不结合)未来降雨的预报精度差别很大,且随着预见期增长,预报误差也加大。     

基于多源空间数据的淮河流域洪涝灾害监测评估

提出了综合利用被动微波卫星、中等空间分辨率光学卫星、高空间分辨率光学卫星和雷达卫星等遥感数据,地理数据,以及水文和气象等多源空间数据的洪涝灾害监测评估方法。并以2007年淮河流域洪涝灾害监测为例,快速获取了全流域洪涝灾害的时空变化特征信息,以及淮河干流区域的最大淹没面积及淹没历时数据,实现了重点区域灾情的精细监测和量化评估。结果表明,该方法充分利用多源空间数据,保证下垫面洪涝灾情信息的及时获取,克服了传统调查统计方法的不足,在2007年淮河流域防洪减灾服务中发挥了重要作用。     

矿井水害防控远程服务云平台构建与应用

煤矿水害严重制约煤炭资源安全高效开发。针对我国煤矿开采面临的典型顶板、底板和老空水害问题,现阶段矿井水害防治主要开展水害危险性评价、涌水量预测、水害监测预警及水害探查与治理等工作,智能化程度不高。为了解决煤矿企业现场水害防治不同阶段研究与决策的智能化需求,通过将煤矿水害防治与“大数据”“数字化矿山”“互联网+”“云服务平台”等新理念、新技术进行融合,设计开发了基于多源数据融合的矿井水害防控远程服务云平台,实现水文地质信息管理、水害风险分析评价、水害防治方案设计、水害监测数据分析与智能预警、水灾事故辅助决策以及随时随地多部门多端协同,构建形成“互联网+水害防治智慧服务”新模式。矿井水害防控远程服务云平台实现了煤矿水害防治方案的科学、快速、精准制定,提高了矿井水害防治技术工作管理水平,为煤矿安全高效开采提供可靠的技术平台支撑。