基于贝叶斯模式平均的大渡河流域集合降水概率预报研究

基于TIGGE数据的五个单中心集合预报结果(CMA、CMC、ECMWF、NCEP、UKMO)构成的多中心超级集合预报系统的降水量预报,以及相应时段的实测降水量值,应用贝叶斯模式平均法(Bayesian Model Averaging,BMA)建立大渡河流域的BMA概率预报模型。通过CRPS、MAE、BS三种评价指标,对大渡河流域的BMA降水概率预报模型进行评价与检验,三种指标均显示BMA降水概率预报比原始集合预报具有更高的准确性,其中BMA模型的CRPS和MAE指标均值分别相比原始集合预报减少了31.6%和23.9%;分析模型权重参数,得出ECMWF对大渡河流域BMA降水预报贡献最大,即ECMWF对研究区域降水预报效果最好;模型对大渡河流域极端降水预报效果较差,常低估极端降水量。     

概率水文气象预报

美国国家天气局开发了一个综合概率水文气象预报系统。这个系统提供定量的降水预报，以便发布概率河充水位预报，为洪水警报，航道和船泊的运行及水库的调度提供最优化的。该系统建立在贝叶斯理论基础上；概率预报和合理决策。     

统计相关条件下降水及洪水预报误差相关分析

以三峡水库上游寸滩至万县区间降水预报误差和入库洪水预报误差相应数据为例,在探讨两者统计相关性的基础上,采用Frank、Gumbel、Clayton三种二元Copula连接函数分析了两预报误差的相关结构,以离差平方和最小为准则进行了Copula函数的选择,并与两预报误差独立情况下联合频率分布进行比较和分析。研究结果表明,降水预报误差和洪水预报误差的相关性对其二元联合分布有一定影响,同时,在两预报误差负相关条件下,其联合分布可做简化处理。本文研究结果可为水库预报调度风险管理提供决策参考。     

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。     

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。     

水文集合预报试验及其研究进展

水文集合预报是一种既可以给出确定性预报值,又能提供预报值的不确定性信息的概率预报方法。简述了水文集合预报试验(Hydrologic Ensemble Prediction Experiment,HEPEX)国际计划的主要研究内容,回顾了HEPEX研究进展,分析了对水文预报发展有重要意义的3个HEPEX前沿研究:降尺度研究、集合预报系统研究以及不确定性研究。研究表明,动力-统计降尺度法和高分辨率"单一"模式及低分辨率集合相结合是HEPEX未来研究的方向。     

三峡区间入库洪水实时预报系统研究

三峡区间的数字流域水系模型采用基于格网型的数字高程模型坡面流模拟方法和处理"洼地"的最短流程法构建,并以新安江模型为基础建立具有诸多特点的三峡区间流域水文模型;以水动力学理论为基础建立考虑水利工程影响的河川型水库洪水演进模型,并实现这两者的有机耦合。在GIS平台上,将三峡区间流域水文模型、库区洪水演进模型和流域水系生成模型在底层集成,研制了功能先进和完善的三峡水库实时洪水预报系统。该系统已安装在三峡总公司梯级水库调度中心,投入试运行。     

降水集合预报模式在甘肃武威地区山洪预警中的应用研究

山洪预警是区域防灾减灾的重要决策依据。结合降水集合预报模式,应用垂向混合产流模型,对甘肃武威地区的山洪预警进行研究。结果表明:修订后的降水集合预报可满足大雨量级的精度,在山洪预警检验中效果明显。未进行修订的降水集合预报数据在大雨量级精度较低,很难在山洪预警中得到应用。研究成果对于区域山洪预警方式和方法具有重要参考价值。     

三峡水库蓄水初期寸滩站洪水预报方法研究

寸滩站作为长江上游重要控制站,承担着上游防汛和三峡蓄水的双重任务。基于三峡蓄水初期寸滩站水力学特性发生改变和该时段“高水位、低流量”现象,发现Q≤25 000 m3/s时,寸滩受顶托显著,Z—Q关系线发生“左偏”。在此变化条件下,分别研究了平水期、涨水期的水位、流量预报方法,即先由河道演算的流量查询预报综合线得到水位预报,进而通过水位反查报汛综合线（或绳套、临时关系线）获得流量预报。平水期,依适用条件采用落差指数或多元门限回归开展预报,成果基本能够满足防汛和蓄水需求;涨水期,以“嘉陵江2021年第3号洪水”寸滩预报为例,分析了洪水组成、Z—Q关系绳套化、洪峰水位流量错时出现、水库实时调度和下游顶托等多种因素,采用多源、多尺度水文气象耦合与预报调度一体化辅以主客观融合的人工校正技术实时预警预报,支撑长江上游水库群联合调度,降低寸滩水位约1～2.5 m。研究可为长江上游秋汛防洪和保障三峡蓄水提供支撑。     

考虑水文预报误差的三峡水库防洪调度图

分析三峡水库入库流量短期预报结果,采用非参数方法估算预报相对误差的概率密度函数。以防洪为目标,同时兼顾发电、通航等要求,建立了防洪调度模型,采用差分进化算法求解,得到了汛期防洪优化调度图。通过比较不考虑预报、现有预报方案、准确预报3种情况的调度结果,分析了水文预报误差对防洪调度的影响。结果表明,无论考虑预报与否,与现有设计方案相比,汛期防洪优化调度图的发电量都增加,弃水减少,削峰率有所提高;而考虑预报信息有助于调控洪水,提高预报精度有助于增加水库抵御大洪水风险的能力;基于模拟现行作业预报方案,汛期防洪优化调度图比设计调度方案发电量增加5.3%,弃水减少5.9%,削峰率提高1.7个百分点,防御1000年一遇设计洪水的能力大大提高。     

三峡重庆库区生态监测规划研究

本文在简要介绍三峡重庆库区基本情况的基础上,分析了库区生态问题,科学合理地提出了重庆库区生态监测的布站原则、站点选择、监测方式、监测项目和监测方法,为三峡库区生态监测进行了前瞻性的研究.     

考虑综合利用要求的三峡水库提前蓄水方案

采用三峡水库汛期分期方案,将蓄水时间提前至汛末期,综合考虑上下游防洪、发电、通航和蓄满率等要求,建立了多目标蓄水调度模型,构建了优化-模拟-检验的算法流程,采用遗传算法进行求解。结果表明,最优方案在满足上下游防洪安全要求的前提下,蓄水期可增发电量17%,减少弃水44%,蓄满率和通航保证率显著提高。通过对汛末期防洪库容进行科学划分和对蓄水调度图进行优化,既确保防洪安全又最大限度挖掘兴利效益,为研究水库汛末蓄水调度问题提供了一种新的思路和方法。     

三峡水库汛期泥沙淤积对坝前水位的滞后响应

河床演变中普遍存在着滞后现象,而以往的三峡水库泥沙研究对滞后现象鲜有考虑。为深入认识三峡水库运行带来的泥沙淤积特征,建立了考虑上游来沙和坝前水位双重影响的泥沙淤积滞后响应模型。基于2003—2017年实测水沙资料,分析了三峡入库水沙特性及汛期泥沙淤积特点,利用滞后响应模型探究了汛期泥沙淤积的滞后规律。结果表明:2003—2012年入库水沙呈现“大水带大沙,少水带少沙”的特点,汛期淤积随坝前水位抬升而增加;2013—2017年入库水沙关系的一致性发生变化,受上游梯级库群拦沙影响,汛期淤积减缓。三峡水库汛期累计淤积与5年线性叠加坝前水位之间有较好的相关关系,汛期淤积不仅与当年来沙和坝前水位运行有关,也与前4年的来沙和坝前水位调度有关。     

三峡库区滑坡台阶状位移趋势预测的警戒速度方法

对不同类型的35个滑坡进行统计分析,发现滑坡临滑前加速度和速度符合Voight模型的幂函数关系。由于无法准确判断三峡库区具台阶状位移特征的滑坡何时处于最后加速失稳阶段,故不能直接应用该模型进行预报。根据台阶状位移特征的滑坡变形特征,本文采用了基于Voight模型的警戒速度方法。该方法是基于Voight模型采用非线性回归分析求得模型参数,按不同风险级别要求求得紧急状态、警戒状态、提前警戒状态的速度阀值,并与实际监测的速度对比去预报滑坡所处的危险等级。采用警戒速度方法对白水河滑坡和新滩滑坡进行了分析,发现预测结果与实际较为接近,预测效果较好。     

三峡水库围堰发电期调度模拟优化研究

汛限水位是协调综合利用水库防洪和兴利矛盾的重要参数。三峡水库围堰发电期调度规则将汛期水库水位控制在134．9-135．4m运行,本文将汛期(6-9月)按旬划分为12个分期,建立模拟模型和动态规划模型;采用宜昌站120年实测日流量序列,通过所建模型计算,得到了优化的分期汛限水位方案。模型实现了模拟和优化的有机结合,将带机遇约束的多目标优化问题转化为确定性约束条件下的单目标优化问题,降低了复杂性。结果表明,模型在不增加防洪风险的前提下,发电效益增加了2．21％(2005 年)和2．32％(2006年)。     

基于来水保证率的三峡水库蓄水调度图研究

提出基于保证率的三峡水库来水和下游需水计算方法;以旬为时间尺度,构建对蓄水不利的来水和下游需水的组合情景,得到基于来水保证率的三峡水库分阶段蓄水调度图。该调度图可充分考虑上下游防洪要求,基于不同来水和下游需水情景的保证率水平,并可结合中期水文气象预报应用实施,在调度实践中适度承担风险,兼顾综合效益发挥,具有可操作性和实用价值。     

考虑非饱和渗流作用下三峡库岸滑坡稳定性研究

水库水位的涨落对库岸滑坡稳定性有着显著影响。三峡水库水位涨落引起滑坡体内地下水位的变化,是非饱和到饱和过程。本文就非饱和渗流理论,在库水位涨落过程中,模拟了三峡库区马家沟滑坡暂态渗流场的变化,分析了库水位变动时孔隙水压力的变化。结合有限元强度折减法,将得到的暂态孔隙水压力以荷载方式叠加到有限元中,对该滑坡稳定性进行评价,并探讨了在一个水文周期内水位涨落时滑坡稳定性的变化。结果表明:不论库水位上升或下降,滑坡体的稳定性都显示先减小后增大的趋势。最后对马家沟滑坡提出了在库水位常规下降速度下抗滑桩与地表排水相结合的治理设计方案。