基于RS和GIS的淮河流域洪水预报与调度系统

水文学模型与水力学模型耦合进行流域洪水模拟可以更加精细地反映流域洪水的产生和运动过程。用现代计算机信息管理、遥感技术(RS)、信息可视化和地理信息系统(GIS)等技术,实现水文学和水力学模型的耦合。采用了数据—模型—应用三层结构的总体集成结构,通过模型应用过程的模块化处理和数据有效交换,建立了基于RS和GIS的集数据处理、模拟、参数率定和预报调度功能于一体的综合计算平台。     

含多个行洪区的淮干中游段洪水模拟Ⅰ:模型建立

淮干中游分布着16个行洪区,堤内有堤。建立具有良好模拟精度和较高计算效率的洪水模拟模型是科学管理淮河流域洪水的难点和关键。基于MIKE11软件,以行洪时间和蓄洪量不变为原则,把行洪区概化为一维河道;提出了在缺少行洪区实测地形资料的情况下,利用行洪区水位-库容关系曲线概化行洪区河道断面的方法;针对行洪区各口门的不同控制方式,采用相应的概化方法并设置合理的控制参数,模拟洪水在主河道与多个行洪区之间的转换过程;采用2007年和2003年实测洪水资料,对模型进行率定和验证,结果表明该模型精度较高,能快速模拟行洪区进退洪过程及其调度规则。模型可服务于淮河中游洪水的科学安排与实时决策,其建模思路对闸坝众多的复杂河道洪水演进模拟具有一定借鉴意义。     

荆江-洞庭湖复杂河网洪水演进数学模型研究

荆江和洞庭湖构成了一个大型复杂河网系统,运用一维显式有限体积法建立了荆江-洞庭湖区洪水演进数学模型.分别采用1996年和1998年洪水对荆江-洞庭湖洪水演进数学模型进行了率定和验证,检验了模型用于江湖洪水演进过程模拟的可靠性.进一步将荆江和洞庭湖河网洪水演进数学模型与荆江分洪区平面二维洪水演进数学模型进行了嵌套,采用一、二维嵌套模型对江、湖和分洪区洪水演进过程进行了模拟,模型计算结果合理、符合实际物理过程.     

华中多雨人口密集型流域洪水预报

建立一个集总式水文模型,即基于蓄满产流的三水源新安江模型,模拟抚河流域1981-1995年的18次暴雨洪水过程;采用马斯京根分段连续算法计算河流洪水演算和水流过程线;然后将所有水流过程线线性叠加,确定水流和洪水过程;利用日尺度数据和洪水频率数据对模型进行参数率定.结果 表明:该模型在现场洪水模拟中的平均确定系数为0.9...     

特大洪水在荆江河段演进模拟研究

针对荆江-洞庭湖复杂河网系统规模庞大、水流复杂特点，为模拟特大洪水在长江荆江河段的演进过程，建立了一、二维联算洪水演进模型，其中河道与湖区采用一维河网模型，分蓄洪区水流采用二维模型模拟。分别采用1996年及1998年水文资料对模型进行了率定和验证，取得了较好的结果。将模型模拟应用于荆江特大洪水调度，根据计算结果，启用荆江分洪区、虎西备蓄区、浣市扩大分洪区、人民大垸蓄洪区、洪湖分蓄洪区，且上百里洲扒口行洪时能确保荆江大堤安全。     

基于粒子群优化的BP网络算法在渭河下游洪水预报中的应用

介绍了BP、粒子群、基于粒子群的BP三种人工神经网络模型,利用基本粒子群优化的BP算法,建立了渭河下游临潼至华县段人工神经网络模型。通过对1980～2005年洪水的率定和检验及对2006～2009年洪水的应用模拟,结果较好。本模型是对该河段洪水预报手段和方法的有益尝试和补充。     

时空变源混合产流模型及其在小流域洪水模拟中的应用——以四川省、甘肃省的4个小流域为例

近年来山洪灾害造成的人员伤亡和财产损失不断增加,基于GIS和遥感数据的水文模型为山洪预报提供了新的思路。利用DEM和遥感数据提取小流域基础属性并划分地貌水文响应单元,利用垂向混合产流计算产流量,采用包气带非饱和土壤计算下渗,建立垂向上的时空变源混合产流模型。利用时空变源混合产流模型,模拟四川省和甘肃省4个流域多场次洪水过程,通过SCE算法进行参数率定和产流分析。结果表明:模型模拟与实测数据基本吻合,纳什效率系数均超过0.8;四川和甘肃两省小流域受到下垫面信息影响,主导产流成分不同。模型能够提供较为精确的山丘区流域洪水预报。     

基于ν-SVR的雅鲁藏布江羊村站洪水预报模型

为了建立雅鲁藏布江羊村站的洪水预报方案,对ν-支持向量机洪水过程预报模型(ν-SVR)进行了深入研究。针对羊村站以上流域洪水特征和站网分布特点,采用ν-SVR模型方法建立了该站洪水过程预报模型。选取了1998~2004年及2005~2007年汛期洪水和相应降水资料进行了模型率定和检验。结果表明,ν-SVR洪水过程预报模型能很好地控制支持向量个数,在降低模型的复杂程度的同时,能保持良好的预报精度,可用于洪水作业预报。     

基于流溪河模型的连江流域洪水模拟

为了提高连江流域洪水预报的技术水平和精度,探讨流溪河模型在大流域洪水预报中应用的效果,该文采用SRTM和USGS的DEM数据,分别建立了连江流域洪水预报流溪河模型,采用1场实测洪水对模型参数进行了优选,并对2场实测洪水进行了模拟,发现流溪河模型可较好的模拟连江流域洪水过程。研究发现,采用空间分辨率为90 m的SRTM的DEM建立的流溪河模型计算量是以1000 m的USGS的DEM建立的模型的计算量的56倍,但两者洪水模拟的效果相当。     

一种基于下垫面变化的产汇流模型及其应用

为土地利用变化较大的流域构建产汇流模型时,下垫面的变化是一个极其重要的因素。利用中国科学院土地资源分类系统将流域分为不同的下垫面类型,在每一种下垫面上分别考虑蒸发和下渗要素的影响,运用超渗-蓄满耦合产流模式进行产流计算,并采用单位线汇流和线性水库模型演算至流域出口断面,从而构建了基于下垫面变化的产汇流模型。在模型率定和验证时,对大清河水系紫荆关流域的洪水序列作频率分析,以不同重现期的洪水序列分别对模型进行率定和验证。从模拟结果来看,模型结构基本反映了流域产汇流的各个环节,模拟结果能够满足研究精度要求。     

青岛大沽河流域防洪决策支持系统

将水文学与水力学相关模型结合起来,采用VB语言和MapX控件,开发了集数据采集、属性查询及结果显示等功能于一体的大沽河流域防洪决策支持系统。具体的技术路线是:用分布式概念性水文模型模拟流域内支流汇入水库和河道的流量,用一维水力学模型模拟洪水传播过程中河道内水位、流量的变化,用二维水力学模型模拟堤坝漫溢处的淹没范围。该系统的应用对青岛大沽河区域的防汛工作起到了积极作用。     

西控工程对望虞河西岸地区防洪的影响

为了评估西控工程对望虞河西岸地区造成的防洪影响,以望虞河西岸为研究区域并结合其水文特性,构建了适合于模拟平原河网地区产汇流过程的MIKE11水文水力模型并利用当地降雨、水位等实测资料进行了率定。通过模拟50年一遇设计暴雨情况下的不同工况,得到研究区域内水系各节点的水位等要素变化情况,并依此分析了西控工程对望虞河西岸地区造成的防洪影响。结果表明:西控工程运行后,研究区域内重要节点的最高水位抬升明显,部分地区有遭受洪水淹没的风险;MIKE11水文水力模型对于分析平原河网地区河流沿线闸控影响具有较高的应用价值。     

闽江流域洪水预报模型比较研究

应用新安江模型与垂向混合产流模型对闽江流域干流以上的15个子流域进行了模拟验证,进一步论证了这两种概念性流域水文模型结构的合理性,并得出了如下结论:大闽江流域,新安江模型与垂向混合产流模型都适用,且均能取得良好的效果。由于不同的洪水预报模型考虑产流机理的不同,采用的结构与参数不同,对不同洪水特征的计算结果也有差别,在实际使用中,设置不同结构的洪水预报模型是必要而且是有效的。同时,还对历史洪水根据其涨洪前段的实测流量过程与模型计算流量过程的确定性系数最大作为选择模型的标准,进行模型选择模拟预报。由此还得出另一个结论:在实时洪水预报中,根据不同的预知信息实时选择最佳的模型,能提高洪水预报的精度。     

基于PDM的飞来峡水库实时水文预报模型

水文预报模型是实时预报预警系统的核心。基于新型的概率水文预报PDM(The Probability Distributed Model),构建了北江流域飞来峡水库概率水文预报模型。将整个流域划分为18个子流域,对每个子流域分别建立PDM,并采用历史降雨流量数据序列对各子流域和流域PDM进行参数率定;以横石站为参考站,采用52场次实测历史洪水进行模型验证和精度评定,洪峰预报合格率为99%,精度等级为甲等,模拟精度高,说明了PDM结构和参数取值的合理性,以及模型在该流域的适用性。     

Wetspa模型在流溪河水库入库洪水模拟中的应用

Wetspa模型是一个基于GIS技术的分布式物理水文模型。引进Wetspa模型,以广东省流溪河水库流域为例,利用流域的DEM、土地利用、土壤等数字化资料, 以ArcView3.2为操作平台,经过模型预处理, 建立了流溪河水库流域的Wetspa模型框架。从流域出口断面1980-2004年的流量资料中选取有代表性的大中小洪水20场,其中15场用来率定参数,另外5场用来验证模拟结果。研究结果表明,Wetspa模型适用于流溪河水库入库洪水的模拟。     

基于水文水动力学耦合的洪水预报模型研究及应用

为了提高下垫面变化剧烈流域的洪水预报精度,在传统流域水文模型的基础上耦合水动力学模型,建立水文水动力耦合洪水预报模型。首先利用水文模型获得某一断面的流量过程作为水动力学模型的边界条件;之后利用一维水动力学模型进行河道洪水演进计算,推求流域出口断面的流量过程;最后以烟台市外夹河流域为例进行验证。结果表明,所建水文水动力耦合模型模拟的产流合格率较高,流量过程与实测值吻合,在一定程度上弥补了集总式水文模型不能考虑河道内复杂水流运动的不足,因此对具有复杂水文、水力条件的流域的洪水预报具有重要的指导意义。     

基于贝叶斯理论的水文多模型预报

水文预报对于防洪、抗旱以及水资源调度等具有重要意义。水文预报通常依靠水文模型来完成,由于受到不同流域特点、产汇流机制等的限制,每个水文模型都具有各自的特点及适用区域。单一模型具有非常大的水文预报不确定性,为了解决单一模型局限性的问题,多模型水文预报常作为降低水文预报不确定性有效方法之一。选用三种常见的水文模型:时变增益水文模型、新安江模型和萨克拉门托模型,在珠江飞来峡流域进行分布式建模,采用相同的输入与初始场,三个模型独立进行模拟,然后对比三个模型的结果,并进行贝叶斯多模型加权平均和简单平均得到多模型平均结果,研究结果表明,贝叶斯模型处理后的结果要比单个模型模拟结果和简单平均处理后的结果准确率高。     

空间均化水文模型及其验证

本文基于空间均化方法构建了空间均化水文模型SAHM.该模型采用基于空间均化方法建立的宏观尺度水文控制方程描述了计算单元内入渗、壤中流和坡面汇流等基本水文过程,在方程中直接包含了土壤饱和导水率和微地形的空间非均匀性,使SAHM在保持传统"点"尺度方程机理性的同时从理论上避免了方程适用尺度和模型应用尺度的不匹配问题.模型在半干旱半湿润的沁河流域上游进行了验证,并对模型参数敏感性进行了分析,结果 表明,模型具有较高的计算精度和计算效率,可用于大中尺度流域水文模拟、水资源评价和洪水预报.     

杭州市上塘河流域防洪能力分析

为分析杭州市上塘河流域现状防洪能力,对杭州市上塘河流域骨干河道进行概化,利用MIKE11／S0水工建筑物模块模拟河网内各种水工建筑物的位置、规模及调度原则,建立上塘河流域MIKE11一维水动力模型。结果表明,上塘河流域内河河网骨干河道现状防洪能力不足20a一遇,上塘河现状防洪能力不足10a一遇,整个上塘河流域现状防洪能力不足10a一遇。MIKE11／SO水工建筑物模块具有灵活性强、调节功能强大等突出优点,为各种水工建筑物模拟提供了一种便捷、行之有效的解决办法。     

基于水文水动力耦合模型的三江流域防洪模拟预报应用研究

为解决下游河网站点防洪模拟预报过程中存在预报精度偏低,以及采用水动力模型方法时所需资料数量过于庞大的问题,基于不同下垫面水文特征的分布式架构模型理论,通过对流域内山丘和平原区各阶段产汇流进行分解模拟的方式,建立了以交界面动量与通量交换实现互馈耦合的水文水动力一体化模型。以三江流域为研究区域,构建耦合了上游山丘区、平原区和下游长江水动力模型,利用代表站点开展了全流域一体化模型的率定与验证工作。对流域内 2016—2022 年降雨进行分析和场次降雨大于 100 mm 的多场洪水进行验证,结果显示耦合模型的模拟精度较好,在不需要大量资料的前提下有效提高了平原河网区预报精度及整个流域防洪调度能力,具有较强的借鉴意义,可为其他类似流域防洪模拟预报研究提供参考。