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。     

耦合渗漏项的季节性河道洪水演进模型研究

针对北方干旱或半干旱区季节性河道渗漏现象严重问题,为提高流域洪水演进模拟精度,在传统水动力学洪水演进模型基础上耦合河道渗漏项,构建季节性河流洪水演进数学模型。采用霍顿入渗模型描述季节性河道渗漏过程,解决河道渗漏量计算及与基于圣维南方程组洪水演进模型耦合问题;并利用Preissmann四点偏心隐格式与追赶法对模型离散和计算,开发FORTRAN计算程序;最后以大沽河流域实测资料进行验证。结果表明,沙湾庄和南村断面水位与流量过程的模拟值与实测值吻合且变化趋势一致,洪水峰面到达断面模拟时间和实际时间基本一致,研究区各河段来水量、渗漏量的实测值与模拟值相对误差范围分别为-1.66%~0.36%、-3.09%~3.72%,所建模型可满足在现状条件下进行洪水模拟预报的需要。     

基于陆气耦合模型系统的太湖流域洪水风险预测

为解决太湖流域高密度感潮河网地区水位预报精度难提高、洪水淹涝实时风险评估计算效率低等问题，破解复杂平原河网地区“四预”难题，构建了太湖流域陆气耦合模型系统，该系统包括太湖流域水文水动力学耦合模型与基于水文学法的洪水淹涝风险快速评估模型。在2021年“烟花”台风期间，以欧洲中期天气预报中心(ECMWF)数值模式网格、分区降雨预报为输入，分别应用基于河网多边形与汇流分布式动态单位线的水文水动力学模型预报太湖与河网代表站水位过程与超警超保区域，以及基于水文学法的洪水淹涝风险快速评估模型预测太湖流域洪水淹涝风险区域与强度。研究结果表明：太湖流域陆气耦合模型系统实现了降雨预报网格、分区与河网多边形的耦合，水文水动力模型解决了太湖流域降雨与径流在空间上的均化问题；与分区降雨数值预报相比，网格降雨数值预报预测的超警超保区域、洪水淹涝风险区域与实际情况更加吻合。该系统在“烟花”台风期间的预测预报服务直接支撑了流域洪水与区域涝水科学错峰调度，提升了流域与区域的防汛统一管理水平，有效缓解了下游地区的防洪压力，社会经济效益显著。     

复杂河网地区气候-水文-水动力耦合模型模拟

以淮河流域中下游结合部的洪泽湖周边滞洪区为研究对象,基于紧耦合技术,将一维和二维水动力模型进行耦合,基于松耦合技术,将气候模型与水文模型、水文模型与水动力模型进行耦合,实现了流域、河网、蓄滞洪区和湖泊复杂系统气候-水文-水动力单向耦合,并对气候变化影响下的复杂河网地区水流演进进行了模拟。结果表明:构建的气候-水文-水动力耦合模型对洪泽湖周边滞洪区洪水演进具有较好的模拟能力和适应性;气候变化导致未来淮河流域洪水量级增加,加大了洪泽湖周边滞洪区的洪水风险。     

基于洪水模拟和预报的三维仿真系统设计

基于河道洪水模拟与预报的三维仿真是了解当前和未来洪水运动过程和洪水风险程度的重要手段,采用TOPKAPI分布式水文模型和水力学河道洪水演进方法预报沿程各断面水位过程,综合运用RS、GIS技术建立三维地形图,以Unity3D为平台搭建三维场景模型,运用广度搜索算法搜索不同水位下的河道边界、三维种子填充算法对洪水淹没区域进行填充,综合模拟洪水运动过程,通过在浙江省钱塘江流域上的应用,验证了系统的可靠性和科学性。     

基于WebGIS的洪泽湖地区洪水预报预警系统

为了加强洪泽湖地区洪水风险管理,保障淮河下游防洪安全,采用WebGIS与水文学、水力学模型相结合,将一、二维耦合的水动力学模型内嵌于B/S系统进行洪水预报预警的方法。构建了一维洪泽湖地区河道、二维洪泽湖湖面及周边滞洪区相耦合的洪水演进模型,在此基础上开发了基于WebGIS的洪泽湖地区洪水预报预警系统,实现了对降雨、洪水进行实时监控、预报和对预警关注地点水位、流量变化、洪水淹没和超标洪水预警信息的可视化展示。系统进一步提升了洪泽湖地区的防洪数字化水平,可为避险减灾提供决策支持。     

基于雷达短时临近降雨预报的王家坝洪水预报研究

近年来突发性灾害天气引发的洪水过程频发,研究耦合雷达临近降雨预报的洪水预报对于洪水灾害防治具有重要意义。根据淮河王家坝以上流域的历史降雨流量资料,构建了一个基于土壤湿度指数分布的集总式水文模型PDM。以此为基础选取了2016年流域内两场典型洪水过程,耦合驻马店S波段双偏振多普勒雷达的降雨观测数据,并对雷达测雨数据进行评估;再利用临近降雨预报系统STEPS,分别对两场洪水过程的最大降雨做临近3 h、2 h、1 h和30 min的降雨预报;通过PDM模型模拟洪水过程来对比分析雷达降雨与雨量站实测的模拟精度,研究雷达临近降雨预报在洪水预报中的适用性。结果表明:利用雷达降雨资料对洪峰流量的模拟比直接用雨量站资料更加接近实测值,洪峰误差在±2.7%以内;但雨量站模拟的总体拟合效果要好于雷达,两场洪水过程的纳什效率系数都大于0.8。雷达3 h以内的临近降雨预报精度可用作洪水预报,洪峰流量和洪水过程模拟效果良好,可满足实时作业预报的要求。     

飞来峡水利枢纽基于DEM的分布式流域水文预报模型

利用飞来峡水利枢纽建库运行后的水文资料,建立基于DEM的分布式水文预报模型,对参数进行率定,并进行预报模拟。从模拟结果看,模型确定性系数、洪峰相对误差、径流总量相对误差等指标基本在可接受范围内,对大部分场次洪水的预报精度较好,洪峰流量合格率也较好,但整体上对洪峰的模拟值偏低,预报精度有待进一步提高。今后随着资料的不断延长和积累,对参数进行重新率定,其预报结果可应用于预报作业中。     

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。     

中国洪水预报系统在那坡站预报中的应用探讨

利用那坡水文站1991~2013年水文资料,采用中国洪水预报系统的应用平台建立那坡水文站降雨径流模型洪水预报方案,并利用系统自动进行模型参数的率定和检验,结果:洪水预报方案的评定与检验合格率达到乙级精度,可用于那坡水文站实时洪水预报作业。     

小浪底-花园口区间洪水智能预报方法研究

结合实际资料,以改进的神经网络模型检验了小浪底一花园口区间洪水智能预报方法的可行性和精度的可靠性,并对出现个别较大误差的原因进行了分析。研究结果表明,采用遗传算法优化网络初始权再和引人峰值修正系数的改进BP算法进行洪水预报,其模型合理、算法可靠、精度较高。同时,为充分发挥神经网络对复朵系统映射的优势,建议：①加强水文观测力度,获得较为准确的观测资料,包括连续的水位、流量资料,洪峰传播时间以硬区间人流等;②在实际应用中直接采用当前洪水数据作为训练样本,以使网络更能反映当前洪水的演进规律,并提高预报精度;③开展误差实时修正的研究,将误差修正方法引入到模型中;④扩大建模范围,建立降雨-径流预报模犁,并考虑区间入流情况,以进一步提高网络的预报精度,延长预见期。     

山前小流域水文—水力学耦合洪水预报研究

为了提高受人类活动影响显著的小流域洪水预报精度,以浙江省杭州市东苕溪流域为研究对象,分别以半分布式新安江模型、平原区水文模型、分洪区水动力模型以及一维河网模型模拟山区、平原区、分洪区以及河道的洪水过程,在卡尔曼滤波实时校正技术的支持下,建立流域水文—水力学耦合预报模型。通过对1996年以来瓶窑站典型洪水进行率定和验证,表明该模型符合东苕溪预报的精度要求。在2012年"海葵"台风的实时预报应用中,该模型发挥了辅助决策的作用,可作为后期防汛决策的参考。     

河海大学启动“气象-水文-水力学耦合模型洪水预报预警关键技术”课题

2007年4月30日“十一五”国家科技支撑计划“气象-水文-水力学耦合模型洪水预报预警关键技术”课题启动暨技术大纲研讨会在河海大学举行。该课题由河海大学主持，水利部水文局、南京水利科学研究院、淮河水利委员会水文局、北京大学共同参与，重点就攻克气象-水文-水力学耦合洪水预报模型的关键技术展开研究。气象-水文-水力学耦合洪水预报技术是利用动力一统计定量降水预报技术，     

淮河鲁台子以上流域洪水预报模型研究

本文以淮河鲁台子以上流域为例,采用分布式概念性水文模型,对王家坝以上流域及阜阳、蒋家集、横排头淮干支流进行降雨径流与洪水过程研究,同时进行参数率定。采用马斯京根法、马斯京根水位模拟法和扩散波非线性水位法,对淮河干流王家坝至鲁台子区间具有行蓄洪区流域洪水进行预报。预报模型在2007年的大洪水预报调度中得到了检验,取得了较高的精度。     

基于MIKE FLOOD耦合模型的塔洋河下游洪水演进分析

海南省塔洋河下游段降水丰富,洪水灾害频发,急需构建该河段洪水演进分析模型,为科学防洪减灾措施制定提供支持。基于塔洋河下游河段实测断面资料与高精度DEM,采用MIKE FLOOD建立河段一维水动力模型和两岸洪水威胁区二维水动力模型并实现两者的实时动态耦合,模拟分析下游河段50年一遇洪水漫溢演进过程及淹没风险,计算不同时段内洪水淹没范围和水深分布,并从水量平衡和流场分布等角度对计算结果进行合理性分析。结果表明,所建模型能够有效模拟塔洋河下游洪水演进过程及风险分布特征,计算结果较为合理可靠,可为区域防汛指挥、洪水风险管理与防洪预案制定等提供重要基础信息。     

系统水文模型在洮河干流洪水演算中的应用

利用系统水文模型分别对洮河岷县－李家村、岷县－红旗段建模，根据历史洪水资料优选拟合，得出相应的洪水演算模型。并对未参加参数率定的资料进行试报，结果表明：本方法具有较高的预报精度，可用于发布实时洪水预报。     

复杂水力条件下平原区河系洪水预报模型应用探讨

针对平原区河系水力条件复杂,传统水文水力学模型建模资料需求高、流程复杂、模拟效果欠佳等问题,将平原区河系虚拟为一个水库模型,提出新安江模型、分段马斯京根模型与水库调洪演算模型相耦合的平原区河系实用洪水预报模型。选取滁河流域晓桥站为研究对象,采用2010～2020年洪水样本对模型进行率定与检验,并以2020年大洪水为例开展应用探讨。结果表明:该洪水预报模型资料局限性低、建模过程简易,能较好地模拟平原区河系的水位过程,可为平原区河系水文预报提供参考。     

临近流域替代法在巴基斯坦卡洛特水电站坝址洪峰流量预报中的应用

为延长巴基斯坦卡洛特水电站施工期坝址洪水预见期,利用临近流域替代法和API模型估算印控克什米尔地区区间来水,实现卡洛特水电站短期坝址流量预报计算或估算。选取"20170406""20180420"和"20180807"等3场洪水实测降雨资料和预报降雨资料对该方法的适用性进行验证。结果表明:以上3场洪水实测降雨估算洪峰流量结果与实测洪峰流量最大相对误差均在许可误差的20%内,预报降雨计算结果受预报准确率影响,导致"20180807"洪水计算结果偏小。在获得流域准确降雨预报时,该方法能较好地预估洪峰范围,延长洪水预报预见期,可为卡洛特水电站安全度汛提供技术支撑。     

意大利圣·朱斯蒂纳坝实时洪水预报

介绍了用于意大利圣.朱斯蒂纳坝的实时洪水预报方法。根据10 a的小时库水位资料进行流量反演算,并重新构造了洪水系列。采用年最大流量与降雨深资料对简单的水文模型进行调整。考虑相应的洪水事件(11 a一遇洪峰流量),利用蒙特卡罗模拟法为洪峰流量预报制定了统计上可靠的方案。     

阳澄淀泖区动态洪水风险图的编制及其管理系统的开发

基于大量的实测和调研资料,建立了能反映阳澄淀泖区现状河网、圩区分布及水工建筑物调度的水动力模型,经率定和验证后能够用于该区域的洪水模拟。基于Web技术、GIS技术和数据库技术,研发了嵌套水动力模型的动态洪水风险图管理系统。针对任意降雨、边界条件、水工建筑物参数及调度参数,系统能快速调用模型进行模拟计算并生成动态洪水风险图。与在线预报数据结合,可实现洪水预报预警,为洪水风险图在防洪减灾、洪水管理、洪水预报等方面提供技术支撑和应用借鉴。