分流量区间BMA方法在小流域暴雨山洪模拟中的应用——以官山小流域为例

小流域山洪灾害具有成灾时间短、突发性强、危害性大、频次多等特点,严重威胁着区域内社会经济发展和人民群众生命财产安全。受当前山区雨洪资料少、产汇流机理不够完善所限,小流域的暴雨洪水模拟存在着可靠性差、精度低的问题。以我国中部秦巴山区山洪灾害典型流域官山小流域为研究对象,搜集了近期代表性较好的10场洪水,以TOPMODEL、TUWMODEL和新安江模型结果为基础,基于分流量区间BMA方法计算模型权重,提出适用于小流域的水文集合预报模型。结果显示,相比单一水文模型,分流量区间BMA方法模拟的洪峰流量、洪量和峰现时间指标的合格率可分别提高4.5%、39.7%和48.9%,为官山小流域洪水模拟提供了一种有效的模拟手段。研究成果对提高山区小流域洪水预报精度具有一定的理论意义和实践价值。     

基于等流时矩阵的中小流域洪水模拟

针对中小流域洪水资料不足、模拟困难等问题,提出了基于等流时矩阵的洪水模拟方法。考虑地形条件等因素,建立了以等流时线法原理为基础的洪水过程比值矩阵,推导出适用于中小流域的洪水过程模拟方法。在新江流域的应用中,采用数字高程模型(DEM)为辅助,确定等流时块的划分,取得较好的模拟结果。与传统的以单位线为基础的洪水预报方法相比,该方法以下垫面的物理特征为基础,考虑了中小流域水文资料不足等问题,其预报精度较高。     

雨量输入对分布式流溪河模型中小流域预报精度的影响

中小流域由于资料欠缺、洪水汇流时间短、水量集中等特点,导致其洪水预报难度大,预报精度低。针对我国中小流域的洪水预报精度有待进一步提高的问题,为了让分布式水文模型在全国广泛投入实际应用,选取四川省达州市清溪河流域作为了研究对象。采用流溪河分布式水文模型,从降水量入手,讨论雨量数据对模型结果的影响,探讨满足预报精度所需的雨量站布设密度条件,并将得到的洪水模拟结果与传统预报模式下的洪水模拟结果进行对比分析。结果表明: 12 场洪水中,确定性系数在 80%以上的洪水有 10 场,占比 83. 33%,其中 11 场洪水的洪峰误差小于 20%,合格率为91. 67%,峰现误差合格率达到 100%。因此,流溪河分布式水文模型对于中小流域的洪水预报具有较强的适用性,模拟结果较好。中小流域不同雨量站的降水差异明显,降水总量和雨型的差异对模型输出结果影响较大,当前提高预报精度的重要措施是提高基础数据的质量。清溪河流域雨量站布设密度达到 86 km2 /站时已基本满足该流域流溪河模型预报的要求。现阶段我国许多地区雨量站布设密度已达到较高水平,采用流溪河模型等分布式水文模型进行中小流域洪水预报变为可能。     

考虑大孔隙下渗的HBV模型及其在山洪预报中的应用

小流域山洪预报一直是水文学研究的热点和难点问题之一。考虑到土壤大孔隙在径流形成过程中的重要作用,采用变动面积法为HBV模型增添大孔隙模块,并以黄泥庄小流域为研究区,使用改进后的HBV模型模拟分析了2010-2015年间6次洪水事件。结果表明:改进后的HBV模型在黄泥庄流域洪水模拟中模拟效果较好,预报精度均在乙级以上,可用于模拟类似小流域短历时高强度的洪水,从而为淮河流域上游山区的防汛决策提供重要参考。     

雨量输入对分布式流溪河模型中小流域预报精度的影响

中小流域由于资料欠缺、洪水汇流时间短、水量集中等特点,导致其洪水预报难度大,预报精度低。针对我国中小流域的洪水预报精度有待进一步提高的问题,为了让分布式水文模型在全国广泛投入实际应用,选取四川省达州市清溪河流域作为了研究对象。采用流溪河分布式水文模型,从降水量入手,讨论雨量数据对模型结果的影响,探讨满足预报精度所需的雨量站布设密度条件,并将得到的洪水模拟结果与传统预报模式下的洪水模拟结果进行对比分析。结果表明:12场洪水中,确定性系数在80%以上的洪水有10场,占比83.33%,其中11场洪水的洪峰误差小于20%,合格率为91.67%,峰现误差合格率达到100%。因此,流溪河分布式水文模型对于中小流域的洪水预报具有较强的适用性,模拟结果较好。中小流域不同雨量站的降水差异明显,降水总量和雨型的差异对模型输出结果影响较大,当前提高预报精度的重要措施是提高基础数据的质量。清溪河流域雨量站布设密度达到86 km~2/站时已基本满足该流域流溪河模型预报的要求。现阶段我国许多地区雨量站布设密度已达到较高水平,采用流溪河模型等分布式水文模型进行中小流域洪水预报变为可能。     

FFMS模型与HEC-HMS模型在暴雨洪水预报中的应用比较

针对小流域暴雨洪水预报难的问题,利用模块化小流域暴雨洪水预报FFMS(Flash Flood Modul Simulation System)模型和HEC-HMS(Hydrologic Engineering Center Hydrological Model System)模型,以河南栾川、韩城及辽宁郝家店、梨庇峪4个山丘区小流域为例,对比分析了4个流域的暴雨洪水预报过程,以洪峰相对误差、峰现时间误差以及纳什系数等为评价准则,比较和分析了2个模型的预报精度和适用性。实例验证结果表明:虽然2种模型均能实现小流域暴雨洪水的预报,但从3个评价准则的结果来看,FFMS模型的预报精度优于HEC-HMS模型。研究成果证明了FFMS模型在山丘区小流域暴雨洪水预报中的有效性和可行性,可以在类似山丘区小流域暴雨洪水预报中进行推广应用。     

河南省山丘区小流域洪水预报系统研究及应用

采用数字高程模型、分布式水文预报模型、DEM技术、计算机仿真计算等信息技术,对河南省山丘区小流域洪水预报方法进行了分析研究。把无资料小流域单位线、无资料河段洪水演算模型参数估算方法用于洪水过程模拟,解决了山丘地区无资料小流域的洪水预报问题;采用先进的分布式交互仿真计算技术构建洪水过程计算模型,实现了连续、实时推演,通过高速、稳定的计算保证了洪水预报的时效性;以DEM数据为基础,实现了省级行政区划范围内的小流域划分、小流域单位线的确定,是大尺度数字流域构建技术的突破;系统对实时洪水预报、断面告警、预估降雨模拟、水库调度等多种应用模式进行了综合集成。实际应用结果表明,该系统在豫西山区2000年、2011年、2012年暴雨洪水灾害防御中发挥了重要作用,取得了显著的经济社会和生态效益。     

改进的HBV模型与新安江模型在武江流域洪水预报中的应用比较

采用改进的HBV模型和新安江模型进行中小流域洪水预报研究,并对两种模型的模拟结果进行比较。结果表明,两种模型的模拟精度均较高,预报精度达到乙级以上,新安江模型的模拟精度略优,而改进的HBV模型的参数变化范围小,易于识别,异参同效作用小,模型运算速度快。两种模型均能适用于广东省中小流域洪水预报。     

基于分布式水文模型的内蒙古自治区小流域洪水分析技术研究与应用

山丘区在经历短时强降雨时,极易暴发山洪,由于内蒙古自治区小流域水文资料匮乏,导致其预报难度大。对内蒙古自治区全部小流域进行整合分析,重新划分了5 935个小流域分区作为洪水预报分析单元,针对不同下垫面和气候条件分析各小流域分区的产汇流特性,以分布式水文模型集群为主对小流域洪水进行分析研究。选取锡伯河试点流域进行应用分析,在该试点流域内洪水模拟预报精度良好,能够满足地区小流域洪水预报预警需求。此研究成果可逐步在内蒙古自治区范围内进行试用推广,为全区防洪减灾提供科学依据。     

基于TOPMODEL的中小河流分布式洪水预报模型及其应用

近年来广东省中小河流洪水灾害频发,研究中小流域洪水预报模型对预防洪水灾害具有重要意义。本研究改进了传统的TOPMODEL模型,以栅格为单元构建了基于TOPMODEL的中小河流分布式洪水预报模型,并以高田水上游流域为研究对象,采用SCE-UA优选算法对1975—2008年的8场洪水进行参数优选,并对2010—2012年的4场洪水进行模型验证。模拟结果表明,本次预报在率定期和验证期平均确定性系数为0.85,径流深预报合格率为92%,峰现时间预报合格率为100%,模型模拟效果较为理想。用改进后的模型研究了某场洪水汇流过程不同时刻的空间分布情况,表明改进后的TOPMODEL模型能够直观地反映洪水的时空变化,模型具有一定的合理性和实用性。     

受水库下泄流量影响的洪水预报方案应用研究

自2009年以来,安徽省针对某些中小流域洪水情报预报工作空白这一现状,该省开始了中小流域洪水预报方案构架工作。在该项洪水预报方案构建过程中,主要依托与新安江模型原理,结合下垫面各种不同的水文要素采取具体的构架模式;其中,针对流域水文预报节点以上建设有水库控制的较普遍的现象,运用马斯京根法及新安江模型原理,提出将水库作为独立单元分区构架洪水预报模型的构架思路,这种构架模型经过历史洪水模拟和2016年～2018年三年的洪水预报实践验证,取得了较好的预报效果;相关水文预报因子满足水文情报预报规范要求,并取得了较好的社会影响,也为其他同类型区域洪水预报构架提供了重要的参考途径。     

田头水流域暴雨洪水预报的流溪河模型研究

田头水流域暴雨洪水频发,是广东省中小流域洪水灾害防治的重点,目前尚未针对该流域建立有效的洪水预报模型。采用由我国学者提出的流域洪水预报分布式物理水文模型——流溪河模型,建立了田头水流域暴雨洪水预报模型,运用粒子群法优选了模型可调参数,获取了较好的模拟效果。实际运用表明,该模型可以用于田头水流域的洪水预报。     

小流域暴雨山洪水文模型与水动力学方法计算比较分析

针对小流域暴雨山洪精细模拟问题,提出了小流域时空变源混合产流模型,以小流域为单元构建了暴雨山洪分布式模拟模型,开发了可视化时空变源分布式水文模型软件FFMS和水动力学计算软件FHMS。以宝盖寺小流域场次暴雨洪水计算为例,分别采用水文学和水动力学方法计算了小流域暴雨山洪过程,并分析了两种方法的计算精度、效率、实用性等。案例研究结果表明:(1)水文与水动力学方法均可实现小流域暴雨山洪的模拟,模拟结果与实测基本一致;(2)对于无资料小流域暴雨洪水计算,水文学建模速度快,计算效率更高,水动力学方法建模和计算效率更低;(3)在复杂地形条件下暴雨洪水形成机理、演进过程模拟方面,水动力学计算结果更加精细和准确;在山区中小流域洪水预报预警方面,水文学方法更加实用。     

山丘区小流域洪水风险模型研究及应用

一维水动力演进模型能快捷进行长河段洪水演进预报,二维演进模型能准确进行山丘区小流域水流运动的模拟,提供洪水淹没范围、淹没深度等信息。基于一维、二维演进模型的不同特点,提出基于无结构化网格划分流域计算网格的一、二维耦合山丘区小流域洪水风险分析模型。利用该模型对太平溪流域P=10%设计暴雨条件下的洪水进行模拟分析,制作该设计暴雨条件下太平溪流域的洪水风险图,并通过耦合模型分析、风险图成果利用,研究太平溪流域的洪水风险因素,提出洪水风险应对对策及措施。利用耦合模型进行洪水风险分析,将成为山丘区小流域洪水风险管理的一项重要技术支撑。     

VIC模型汇流改进及在流域洪水预报中的应用研究

VIC模型一般在3 000 km²以上的大流域径流模拟中广泛应用,然而其原有的单位线汇流方法时间尺度为日,难以实现小时尺度的汇流计算,限制了VIC模型在中小流域洪水预报中的发展与应用。采用基于Gamma分布函数的单位线法对VIC模型现有汇流方法进行改进,将VIC产流模型与改进的分布式汇流模型相耦合,实现了基于VIC模型的小时尺度洪水预报,并在碧流河流域进行实例验证。结果表明：率定期和验证期确定性系数平均值为0.81,径流深预报合格率为95%,洪峰流量预报合格率为90%,模型模拟精度较高。改进后的汇流模型可以较好地模拟出洪水的起涨消退过程,能够满足流域洪水预报的需求,具有一定的应用价值。     

HEC-HMS模型在青山河流域洪水模拟中的应用

在中小流域山洪灾害预警中实现快速模拟洪水过程的重要性日益凸显。运用HEC-HMS模型结合GIS技术构建青山河流域分布式水文模型,以DEM数据为基础提取水系特征将小流域网格化,选用初损常损法及斯奈德单位线法计算地表径流,以非线性boussinesq法模拟基流消退过程,再以马斯京根法进行河道演算。采用5场实测洪水资料率定模型参数,13场洪水进行预报检验,结果显示验证期洪水洪峰流量误差均小于20%,峰现时差均小于3 h,确定性系数除2场小于0.7外,其余均达到0.7以上。表明HEC-HMS模型在本流域模拟中准确性高、稳定性好,满足洪水预报要求,对于探索小流域次洪模拟分析具有较大的应用价值。     

基于TOPMODEL的分布式水文模型在中小流域的应用研究

及时准确的洪水预报可为防汛减灾、洪水风险评估、水资源调配管理等方面提供重要的理论指导和决策依据.本文根据TOPMODEL和一维水动力学原理,构建了一套适用于中小流域的松散型分布式水文模型,筛选了40场代表性洪水,对模型的模拟精度进行了评价.结果表明：所有场次洪水模拟结果的峰现时间误差绝对值合格率为97.5%、达到甲级预报精度,洪峰相对误差合格率为75%、达到乙级预报精度,效率系数合格率为77.5%、可达乙级预报精度.本文构建的松散型分布式水文模型,模型参数少、运算速度快且具有较强的物理机制,可为分布式水文模型在实时洪水预报领域的应用提供一条新思路.     

基于分布式水文模型的“尼伯特”台风暴雨洪水反演

台风暴雨具有强度大、降雨集中的特点,容易在沿海地区中小流域形成局地破坏性洪水灾害,基于高精度地形地貌数据构建分布式水文模型,是实现中小流域洪水模拟和预报的重要手段。以福建闽清县梅溪流域为研究区,基于高精度DEM、土壤和土地利用数据,采用中国山洪水文模型(CNFF-HM),构建了梅溪流域分布式水文模型,以56场实测水文气象资料对模型进行率定和验证,并对2016年7月9日发生的"尼伯特"台风带来的暴雨洪水进行反演。结果显示,构建的分布式水文模型验证和率定效果良好,对"尼伯特"台风暴雨洪水模拟的洪峰流量误差小于20%,确定性系数达到0.96,因此模型能够很好地反映流域短历时强降雨引发的洪水特征,为流域防洪减灾提供可靠的技术支撑。     

山洪灾害监测预报预警云平台及应用

以延长山洪预警预见期、提高预警精度为目标,综合应用并行云计算、大数据、人工智能和移动互联网技术,设计开发了省级山洪灾害预报预警云平台.省级云平台集成了流域分布式水文模型和实测降雨、预报降雨信息,实时驱动流域内各河段山洪水文模拟,实现基于小流域的洪水预报和基于流量指标的山洪灾害预警.结合山洪灾害气象预警和基于雨量/水位监...     

中小流域通用型产汇流洪水预报软件

用流域水文模型来模拟降雨径流关系，在计算机上作洪水预报，是处理中小流域产汇流洪水预报最理想的途径。文中对所编制的通用型产汇流洪水预报软件系统的特点、流程、主要输入功能、资料处理功能、参数率定功能、图表输出功能等方面的功能做了介绍。