流域河系洪水预报调度一体化研究与应用

根据流域内多预报断面和调节水库对象的上下游关系,采用拓扑概化的方式,结合洪水预报、水库调度及洪水演进模型的结构,通过对拓扑对象的分类及模型参数化配置,并基于模型云计算服务技术,实现流域河系洪水预报调度的一体化及无缝耦合,提高了河系洪水预报调度一体化方案创建和模拟计算的效率。     

基于Web的水库洪水预报调度系统的关键技术

在重大洪水预报、洪水调度决策过程中,如何有效地获取分布的遥远水库、水文站点的动态水雨情信息,让相关利益部门和防洪专家积极主动地参与决策过程中的模型分析计算和重要决策过程讨论,迅速形成正确结论,实现科学、高效的防洪调度决策,是Web环境下水库洪水预报调度系统需要解决的重大关键技术问题.文中简要介绍了Web应用环境下该系统的体系结构,重点阐述了支持多用户多方案的洪水预报模型、洪水调度模型抽象设计技术及数据库表设计方法,给出了多库联调交互方案生成设计的解决方案.上述思想已经体现在所开发的基于Web的洪水预报调度系统中,在实际应用中取得了很好的效果.     

基于一维和二维动态耦合FLOOD水动力模型的漓江洪水风险分析

基于漓江干流及两岸地形、断面数据，构建一维和二维动态耦合FLOOD水动力模型，并对模型率定与验证。模拟漓江天然洪水和考虑漓江上游水库联合调度作用下两岸淹没情况，对漓江干流两岸洪水进行风险分析，为漓江流域精准预报、水库防洪调度、预警、效益分析打下坚实基础。     

大陆泽及宁晋泊蓄滞洪区洪水风险实时分析系统研发

为探索洪水风险图成果应用,选取海河流域第一大蓄滞洪区——大陆泽、宁晋泊作为试点,开展洪水风险实时分析技术及系统研发。项目针对蓄滞洪区特点,构建了上游小流域水文模型,以及蓄滞洪区一二维耦合水动力模型,结合实时雨水情,实现了水文—水动力耦合的洪水风险实时分析。其中,水文模型实现对上游河道的实时/未来(预报降雨)洪水预报;一二维耦合水动力模型,通过在二维网格边元概化一维河网,可快速(少于30 min)完成历时一周的洪水模拟,并考虑入渗影响及堰闸、分区滞洪的实时调控。在此基础上,基于自主研发GIS平台,建立洪水风险实时分析系统,实现了上游不同来流及蓄滞洪区不同调度运用情况下的实时洪水演进和风险评估。     

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。     

洪水分类预报在清河水库防洪调度中的应用

在大型水库的预报调度工作中,预报历史和近期预报值误差较大的洪水时,难以把握计算精度,使得洪水预报结果误差偏大,洪水调度难度增加.本文采用洪水分类预报方法,将洪水根据其成因不同进行分类,用不同的预报模型或动态优选预报参数进行洪水预报,提高了水库洪水预报的整体精度和时效.     

基于WEBGIS的宁波鄞东南地区动态洪水风险图编制研究

综合运用水文学法和水力学法进行洪水演算与溃堤或漫滩洪水演进分析,创建运用于宁波鄞东南地区计算模型。经实例验证,模型能较好地模拟实际发生的洪水过程。采用WebGIS信息技术开发动态洪水风险图信息系统,接入实时降雨、水位、工情等,经模型计算,可实时动态生成不同工程调度条件下的洪水风险图,实现洪水风险图的即时绘制与管理,具有很好的时效性,为防洪应急预案的编制等提供更好的决策支持。     

工程信息在水库洪水调度中的应用

集成水情自动测报、大坝安全监测和闸门自动控制开发的水库实时安全调度系统,在掌握水情信息的同时充分利用工情、大坝安全信息使水库洪水调度更主动、更从容。该系统具有洪水预报、水工建筑物安全性分析、库水位计算、按调度规则调度和参考工程信息人机交互调度及调度方案评价等多种功能。以浙江省青山水库洪水调度计算为例,说明了工程信息在水库洪水调度中的应用。     

基于MIKE FLOOD的洪泽湖周边滞洪区洪水演进模拟研究

基于实测断面资料建立了研究区的一维水动力模型,基于高精度DEM以及1∶10000地形图建立了研究区的二维水动力模型,并用MIKE FLOOD将一维模型和二维模型进行耦合,构建了洪泽湖周边滞洪区一、二维耦合的洪水演进数学模型。利用2003年历史洪水资料对模型参数进行了率定,并以2007年历史洪水资料进行了验证。以洪泽湖百年一遇设计洪水为模型上边界,二河闸、三河闸以及高良涧闸的现行调度方案的水位-流量关系为模型下边界,对洪泽湖百年一遇设计洪水方案进行模拟计算,当蒋坝水位达到14.33m时,洪泽湖周边滞洪区开始滞洪,得到开始滞洪后不同时段研究区内各类洪水风险要素的动态分布情况以及最大淹没水深、淹没历时,验证了模型的合理性,可用于蓄滞洪区洪水演算分析。     

洪水风险图研究综述

详细阐述了洪水风险图国内外研究进展,总结了国内洪水风险图在基础资料收集、制作软件系统、风险图信息表达及应用对象等方面存在的问题,最后针对相关问题从加强基础数据库建设、开发通用的洪水风险图制作软件系统、扩大应用对象研究、与洪水预报和防洪调度耦合研究、新技术在洪水风险图中的应用研究以及开展对洪水风险图的后期评价等方面对国内洪水风险图研究方向进行了展望。     

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。     

洪水管理、风险评估和洪泛区区划

洪水风险评估包括洪峰、洪量、水位和洪水过程.从安全角度来看,洪水风险评估对于水电工程、防洪工程的设计和运行是十分重要的.洪水管理旨在最大限度地减少洪泛区的洪灾损失,因此根据洪水发生的量级和频率进行洪水风险评估、制作洪水风险图对于洪水管理至关重要.目前在印度采取的主要防洪措施有:进行堤坝溃决风险分析、发布洪水预警、制作洪水风险图或洪灾风险图等.根据洪灾风险评估确定不同的保险费用,并据此推行防洪保险计划,可能非常有助于洪泛区的区划工作.地形等高线图是进行洪泛区区划的前提条件.根据这些图集和洪水风险评估,洪泛区能够按照区划进行开发活动的分类管理.     

基于集合预报的淮河流域洪水预报研究

建立基于集合预报的淮河具有行蓄洪区流域洪水预报及早期预警模型。在洪水预报中引入数值天气预报以延长洪水预报的预见期。集合预报采用多模式和多分析集合预报技术,考虑初始场的不确定性和模式的不确定性,避免“单一”确定性数值天气预报结果易存在的预报误区。THORPEX 项目支撑的THORPEXInteractiveGrand GlobalEnsemble（TIGGE ）集合预报目的是建立全球交互式预报系统。本文以淮河流域为试验流域,以TIGGE 集合预报（加拿大气象中心（简称CMC,集合成员数为15个）、 欧洲中期天气预报中心（简称ECMWF,集合成员数为51个）、 英国气象局（简称UKMO ,集合成员数为24个）、 美国国家环境预测中心（简称NCEP,集合成员数为15个））驱动构建的水文与水力学相结合的具有行蓄洪区流域洪水预报模型以达延长洪水预报的预见期,新安江模型用于降雨径流计算、一维水动力学模型用于河道洪水演算,实现洪水预报及早期预警。为了进行比较,同时采用地面雨量计观测降水驱动构建的洪水预报模型,对2007和2008年淮河汛期洪水进行检验。结果表明,基于TIGGE 集合预报驱动的洪水预报预见期延长了72~120h ,证明了TIGGE 集合预报可以应用于洪水预报及早期预警。     

KALMAN FILTERING CORRECTION IN REAL-TIME FORECASTING WITH HYDRODYNAMIC MODEL

Accurate and reliable flood forecast is crucial for efficient real-time river management, including flood control, flood warning, reservoir operation and river regulation. In order to improve the estimate of the initial state of the forecasting system and to reduce the errors in the forecast period a data assimilation procedure was often need. The Kalman filter was proven to be an efficient method to adjust real-time flood series and improve the initial conditions before the forecast. A new model integrating the hydraulic model with the Kalman filter for real-time correction of flood forecast was developed and applied in the Three Gorges interzone of the Yangtze River. The method was calibrated and verified against the observed flood stage and discharge during Three Gorges Dam construction periods （2004）. The results demonstrate that the new model incorporates an accurate and fast updating technique can improve the reliability of the flood forecast.     

伦敦城市洪水风险管理的启示

伦敦作为世界最大城市之一,面临多重防洪压力。随着时代的发展,伦敦城市的防洪理念也逐渐从传统的以防洪工程为主导的抵御和控制洪水向注重预防和灾后恢复的综合性洪水风险管理转变,取得了良好的效果。从伦敦城市的洪水类型和特点入手,介绍英国现行的洪水风险管理组织体系,同时从预防型措施、抵御型措施、缓解型措施、应对型措施以及恢复型措施五方面对伦敦的城市洪水风险管理措施进行总结和分析。其中重视城市规划、能够抵御千年一遇风暴潮的泰晤士河口防洪工程体系、生态排水与地下排水相结合的排水排涝体系,准确的防洪预警预报体系以及较为完善的洪水保险及救援救灾系统等方面都有许多可取之处,可以为我国的城市防洪提供借鉴。     

大流域洪水预报与洪水调度管理方法研究

采用水文学与水力学、确定与随机相结合的方法，研究大流域洪水预报与洪水调度管理。确定性模型采用降雨～径流模型的新安江模型和经验预报方案进行流域流量过程预报，一维非恒定流水力学方法进行河道流量与水位以及蓄滞洪预报。随机模型采用线性动态模型进行下断面水位实时预报，最小二乘递推模型进行误差实时校正。以长江支流修水流域为例，采用新安江模型、经验方案进行万家埠与柘林水库入库洪水预报作为水力学计算的上边界条件，采用一维非恒定流水力学方法进行河道洪水流量、水位计算以及分洪计算。该方法为流域的防洪减灾提供了科学的途径。     

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。     

An Intelligent Decision Support System for Management of Floods

Integrating human knowledge with modeling tools, an intelligent decision support system (DSS) is developed to assist decision makers during different phases of flood management. The DSS is developed as a virtual planning tool and can address both engineering and non-engineering issues related to flood management. Different models (hydrodynamic, forecasting, and economic) that are part of the DSS share data and communicate with each other by providing feedback. The DSS is able to assist in: selecting suitable flood damage reduction options (using an expert system approach); forecasting floods (using artificial neural networks approach); modeling the operation of flood control structures; and describing the impacts (area flooded and damage) of floods in time and space. The proposed DSS is implemented for the Red River Basin in Manitoba, Canada. The results from the test application of DSS for 1997 flood in the Red River Basin are very promising. The DSS is able to predict the peak flows with 2% error and reveals that with revised operating rules the contribution of Assiniboine River to the flooding of Winnipeg city can be significantly reduced. The decision support environment allows a number of “what-if” type questions to be asked and answered, thus, multiple decisions can be tried without having to deal with the real life consequences.     

基于脆性理论的城市防洪系统探究

近年来城市内涝事件频发,突出了城市防洪问题。本文基于复杂系统脆性理论,运用脆性结构模型,结合故障树分析法提取脆性因子,构建了城市防洪系统的脆性模型,提出防洪系统功能失效的本质是系统崩溃。借助风险熵理论提出城市防洪系统的脆性风险计算方法,并引入系统安全系数判定系统的崩溃趋势。最后,借助MIKE11软件进行水动力仿真模拟,以苏州地区为例进行实证计算,验证了理论方法的有效性的同时,为苏州地区城市防洪预警提供了可靠的分析数据。