基于 Micaps3.1的暴雨洪涝预报预警模块的研发

文中利用 C#. NET 构建了基于 MICAPS3.1系统应用的暴雨洪涝预报预警系统整体框架,重点介绍了该系统开发的基本情况、系统架构和系统中使用的关键技术和算法.并选取汉江丹江口为试验流域,初步完成了流域基础地理(边界、水系)、气象、水文监测站点的收集以及显示;流域 QPE、QPF、实况监测等气象要素实时产品信息的提取以及气象要素产品与水文模型接口的设计;最后提供了流域实况降水监测场、流域实况降水雷达估算场、流域预报雨量场、流域水文预报信息数据、图形等产品文件.该模块的研发能为流域防洪决策提供支持,并为河流防汛精细化预报服务试点工作的推广提供经验和模式     

基于Matlab与VB混合编程的流域降水预报系统

利用研究区获得的水文观测资料,采用模块开发和系统集成方式,研制了研究区流域降水预报系统。介绍了系统的体系结构、主要功能、运行情况及开发的关键技术。叙述了流域降水预报的各种预报方法,并建立了基于遗传算法的降水预报神经网络模型（GA-BP网络模型）。结果表明,GA-BP网络是一种精度较高的降水预报模型,提高预测精度,增长有效预见期。该系统能根据流域观测数据、高空数据、卫星云图、数值产品等数据,实现不同数据源的信息处理和不同时效的降水预报制作,为洪水预警预报和防洪决策服务。     

吉林省水文监测及洪水预报综合服务平台建设工程系统研发

摘要：本文通过对吉林省水文监测及洪水预报综合服务平台应用系统研发的介绍,为吉林省水文监测及洪水预警水平,提高水文信息化及现代化程度,整合各部门现有分散孤立的信息资源到统一的综合信息平台上,从而提高信息共享程度。同时对地下水监测、水环境监测、水资源管理、站网管理等方面积极开展相关平台应用软件开发,实现站点的管理信息的数字化、可视化等要求,具备水文应急测报信息支持功能。在发生突发性公共水事件时,迅速提供事件所在地的江河流域监测数据信息,为开展应急测报提供服务,全面提升水文行业的服务能力。     

海河流域水文预报系统软件开发

基于计算机图形技术和数据库技术，开发了一套海河流域水文预报软件系统。该系统采用客户／服务器体系结构，基础数据来源于系统远程服务器数据库，具有雨水情分析处理，洪水，水文预报信息查询，地理分布式信息查询（电子地图查询），图形显示与打印，帮助等功能，可以及时，准确地进行海河流域水文预报和信息查询，也可以图形显示分析，预测结果，用户界面友好，使用方便。     

西北电网专业气象服务系统的设计与实现

介绍了一种与电网紧密结合的专业气象服务系统,该系统在充分利用气象系统、电力系统现有软硬件资源的基础上,通过应用气象多普勒雷达、卫星云图等现代化观测手段和自动化程度很高的地面自动气象站资料以及MM5中尺度预报产品,结合有线网络传输和基于Intranet/Internet的多层分布式技术搭建西北电网专业气象服务系统,开展电网气象预警预测和气象预报服务。系统建立了实时的地面自动气象站资料数据库和预报产品数据库,实现了多种气象要素的实时监测和预报,为西北电网的安全调度运行提供了科学依据。     

基于MODIS多通道合成的江淮暴雨云系分析方法

卫星多通道合成能直观反映出卫星云图上的一些特性,通过采用经过预处理后的MODIS多通道数据,利用“白天自然色”、“白天微物理”、“白天太阳”和“空气团”4种多通道组合,结合实况降水分布和地面气象观测站点资料,以2010年7月13日江淮流域的一次特大暴雨过程为例,定性分析暴雨云系微观物理性质,推断云粒子大小和相态等,并对比高时空分辨率的局地分析预报系统(LAPS)中尺度物理量场以及不同研究个例的多通道合成图分析。结果表明：卫星多通道RGB合成图能以色彩的形式有针对性地突出对流系统、云粒子微观物理性质等属性,具有一定的精确度和普适性,有利于暴雨等中尺度强对流天气的监测。     

SRM模型在玛纳斯河流域春季洪水预警中的应用研究

在玛纳斯河流域应用SRM模型进行日径流量的预报,进一步完成对该流域春季融雪性洪水的监测和预警,为防洪、抗旱、提高水资源利用提供技术支撑。引入中国气象局T213数值产品来进行流域分带温度和降水的预报,为融雪径流预报开辟了新的数据方法。通过利用自主开发的融雪径流模拟预报软件1.0版对玛纳斯河流域肯斯瓦特水文站2004年春季融雪期进行径流量预报,从SRM模型的两个精度评价指标看来,预报结果比较满意。
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水文信息化在鄱阳湖超历史大洪水中的应用

2020年,鄱阳湖流域发生超历史大洪水,湖区堤防险情多发频发,3座万亩以上圩堤相继发生溃决.以防御鄱阳湖流域超历史大洪水为例,在分析江西水文信息化现状和发展规划的基础上,分别对智能感知监测系统、水文业务支撑系统、大数据分析技术,以及可视化会商系统在超历史大洪水的应急监测,预警预报,调度及水情服务等工作中取得的实际应用效...     

基于STC单片机的气象监测系统的设计与应用

为了较精准地检测多种气象要素,设计了基于STC单片机的气象监测系统。该系统采用光伏离网户用系统进行供电,以STC15W单片机为核心,利用空气质量传感器模组、风速风向传感器以及温湿度传感器对相关气象信息进行在线实时监测;通过串口通信、模数转换、单总线通信读取相应传感器数据;以原厂提供的数据转换公式及滤波算法,换算出各个传感器监测的气象数据,并进行显示。测试结果表明,该系统能够有效监测多个气象要素信息,且稳定性良好,实时性高,监测精度高。     

基于曙光1000的中尺度数值气象预报系统及其在江淮流域的适用性研究

本文介绍了我们基于曙光1000建立起来的中尺度数值气象预报系统及其在江淮流域的适用性研究,包括MM4数值预报模式的分析及其并行化方法,系统组成及基于该系统的预报过程.通过对1998年、1999年发生在江淮流域的多次各类暴雨天气过程,利用曙光1000上并行化中尺度模式MM4进行的数值预报结果与实况进行的对比分析研究,结果表明曙光1000上并行化的中尺度数值模式MM4对发生在江淮流域的江淮气旋、梅雨锋暴雨等中尺度天气系统具有较好的预报能力,尤其在6至24小时的预报时效内对发生在系统内的中尺度降水系统(中尺度雨带)具有很好的预报能力,反映出该系统具有良好的区域适用性.实例研究也表明,该中尺度数值模式仍然有许多问题要解决,文中指出了今后将继续研究和改进的方向.     

数字孪生乐安河助力提升小流域防洪决策支撑能力

江西省乐安河流域防汛工作具有小流域防洪的典型特征，针对小流域防洪存在的“四预”体系不完备、决策支持能力不能满足业务需要等问题，开展数字孪生乐安河流域的建设试点。将 WebGIS 引擎和游戏引擎相融合， 结合使用新型水文监测感知体系、BIM + GIS + IoT、多源数据融合等先进技术，搭建视觉真实、数据准确的三维数字孪生场景，构建未来降雨、水文预报、水工程调度、一维/二维演算等多模型耦合的流域防洪智能模拟仿真平台，实现乐安河上游暴雨集中区（婺源）洪水预报全过程的精准化模拟和预报调度一体化，为决策部门提供受灾影响范围这一关键性决策依据研究成果，对构建中小流域（县域）防洪“四预”体系，助力提升小流域（县域）防洪决策支撑能力具有示范性作用。     

基于流水线模式的河系径流预报并发计算研究

在河系径流预报计算中,一方面受单站水文过程计算复杂性影响,另一方面下游站点依赖上游关联节点,现有洪水预报系统在河系预报计算时多采用串联模式进行计算。这在河流系预报节点较多、模型方法略为复杂时,计算效率较低。为突破河系径流预报计算效率瓶颈,本研究引入流水线并行模式,对河系径流预报站点初始化、单元产汇流计算、河道洪水演算、校正分析等模块进行拆解,构建流水线式工作站,将径流预报站点按水力联系连续入站,实现河系节点集径流过程的平行并发计算。选取淮河正阳关以上流域50余断面进行了模拟试验,结果表明：研究构建的并发计算方法计算结果可靠,较串行结构效率提升超3倍,可满足洪水预报实时性要求、尤其适用于B/S模式对系统响应效率的需求。     

韧性城市视角下的甬江流域数字孪生平台建设

针对甬江流域水灾害防御需求,结合韧性城市理论,以防洪减灾“预报、预警、预演、预案”四预体系为导向,利用数字孪生引擎的强大渲染能力,建设全要素的数字孪生流域时空底座,以水文水动力模型、空间计算技术等为重要基础支撑,围绕综合监测、洪涝预报、洪涝预演、综合调度、协同预案等业务需求构建孪生场景,实现了甬江流域数字孪生平台。实践应用表明,该平台成功抵御了甬江流域超标准洪水,并对未来防洪工程体系优化具有启示意义,对其他流域防洪减灾、城市内涝治理工作具有一定的借鉴意义。     

江西省小流域智慧防汛体系建设思路探讨

小流域防汛一直是防洪减灾工作中的重要内容,提出小流域防汛的新思路,利用无人机、洪水预报、洪水风险评估、三维可视化、信息及云计算等技术,开展小流域基础数据获取、水雨情信息采集传输、洪水预报、洪水风险分析、预警信息及应急响应等工作,探讨防汛云服务平台的搭建,构建小流域智慧防汛体系,以提升小流域洪水预报的精度,实现智慧防汛。     

国产化辽宁省防汛抗旱指挥平台建设

为满足国家政务系统安全、可靠的要求,从服务器、操作系统、数据库等国产自主可控产品的类型,功能特点,性能与安全性等方面进行综合比较,并进行国产化适配,最终组成一套适合工作实际的国产化产品组合,搭建基于国产化自主可控产品的辽宁省防汛抗旱指挥平台。该平台遵循水利部数字孪生流域技术框架,结合辽宁省防汛抗旱业务需求,形成“四横两纵”技术框架,集成实时和基础信息展示查询、信息监测、水利一张图、防洪“四预”等功能模块,实现流域防洪业务智能化管理及场景数字化、模拟精准化、决策智慧化。研究成果可为今后建设国产化水利业务系统提供示范。     

山区小流域电站雨情遥测及水库防洪调度系统

以三峡库区香溪河上游古洞口电站为研究对象,针对电站运行管理的实际需求,开发了基于Web Service的水库防洪调度系统。利用Java Servlet技术实现了B/S模式的整体框架,以水雨情遥测、闸门监控等为信息采集手段,计算机局域网和数据库为纽带,水库信息采集与处理、洪水预报与调度、信息服务、信息远程交互及水调业务管理为最终目标,设计并实现了山区小流域电站雨情遥测及水库防洪调度系统。系统实现了从信息采集到水库防洪调度决策工作全程自动化,基本上解决了水库遥测信息与预报、调度间的数据连接问题,从而提高了电站防洪和电力生产科学调度能力。     

淮河洪水预报调度系统建设及在抗流域大洪水的应用

针对传统预报与调度系统分散独立建设,信息与模型共享耦合和互动反馈自动化水平不高,系统通用性、安全性、跨平台功能不足等方面的问题,利用跨平台系统开发框架Spring Boot技术,构建新一代淮河洪水预报调度系统。该系统以电子地图、实时雨水情数据库、专用历史洪水数据库、智能化洪水预报和调度模型为关键支撑,建立洪水预报和调度模型自动化的互联互馈和协同耦合机制,集成防洪形势自动分析、多模式河系洪水预报、多模式洪水联合调度等业务功能,实现预报调度一体化、调度决策智能化和过程可视化。该系统在2020年淮河流域性较大洪水中进行实际应用,结果表明:系统有效实现多场景、多工况情况下的洪水预报与工程调度的联合模拟分析,为防洪预报调度业务提供重要技术支撑。     

An open-book watershed model for prototyping space-borne flood monitoring systems in International River Basins

A new era involving both simple and complex hydrologic modeling of un-gauged river basins may now emerge with the anticipated global availability of high resolution satellite rainfall data from the proposed Global Precipitation Measurement (GPM) mission. This era of application pertains to rapid prototyping of GPM-based flood monitoring systems for downstream nations in International River Basins (IRBs) where basin-wide in-situ rainfall data is unavailable due to lack of either an infrastructure or a treaty for real-time data sharing with upstream riparian nations. In this paper, we develop, verify and apply an open-book watershed model for demonstrating the value of a parsimonious modeling scheme in quick prototyping of satellite rainfall-based flood monitoring systems for lowermost nations in flood-prone IRBs. The open-book watershed modeling concept was first formulated by Yen and Chow [1969. A laboratory study of surface runoff due to moving rainstorms. Water Resources Research 5(5), 989–1006] more than 30 years ago as a convenient and pragmatic framework to understand the underlying physics behind surface hydrologic phenomena. Our developed model is based on first principles of conservation of mass and momentum that parsimoniously represents the static geophysical features of a basin with minimum calibration. Such a generic and parsimonious representation has the added potential to supplement complex hydrologic models for stakeholder involvement and conflict management in transboundary river basins, among many additional applications. We first demonstrate the physical consistency of our model through sensitivity analysis of some geophysical basin parameters pertinent to the rainfall-runoff transformation. Next, we simulate the stream-flow hydrograph for a 4-month long period using basin-wide radar (WSR-88D) rainfall data over Oklahoma assuming an open-book river basin configuration. Finally, using the radar-simulated hydrograph as the benchmark, and assuming a two-nation hypothetical IRB over Oklahoma, we explored the impact of assimilating NASA's real-time satellite rainfall data (IR-3B41RT) over the upstream nation on the flow monitoring accuracy for the downstream nation. We developed a relationship defining the improvement in flow monitoring that can be expected from assimilating IR-3B41RT over transboundary regions as a function of the relative area occupied by the downstream nation for a semi-arid region. The relative improvement in flow monitoring accuracy for the downstream nation was found to be clearly high (over 35% reduction in root mean squared error) when more than 90% of the basin is transboundary. However, flow monitoring accuracy reduces considerably and even becomes negative when 60% or less of the basin area is transboundary to the downstream nation. Our findings, although hypothetical and very regime-specific, illustrate very clearly the feasibility of utilizing anticipated GPM data to alleviate the current flood monitoring limitations experienced by many nations in IRBs through the application of a generic and parsimonious model.     

Towards an integrated Flood Information System: Centralized data access,analysis, and visualization

The Iowa Flood Information System (IFIS) is a web-based platform developed at the Iowa Flood Center (IFC) in order to provide access to flood inundation maps, real-time flood conditions, flood forecasts, flood-related data, information, applications, and interactive visualizations for communities in Iowa. The IFIS provides community-centric watershed and river characteristics, rainfall conditions, and stream-flow data and visualization tools. Interactive interfaces allow access to inundation maps for different stage and return period values as well as to flooding scenarios with contributions from multiple rivers. Real-time and historical data of water levels, gauge heights, hourly and seasonal flood forecasts, and rainfall conditions are made available by integrating data from NEXRAD radars, IFC stream sensors, and USGS and National Weather Service (NWS) stream gauges. The IFIS provides customized flood-related data, information, and visualization for over 1000 communities in Iowa. To help reduce the damage from floods, the IFIS helps communities make better-informed decisions about the occurrence of floods and alerts communities in advance using NWS and IFC forecasts. The integrated and modular design and structure of the IFIS allows easy adaptation of the system in other regional and scientific domains. This paper provides an overview of the design and capabilities of the IFIS that was developed as a platform to provide one-stop access to flood-related information.