基于中国山洪水文模型的山洪灾害预警指标实时动态分析

山洪灾害具有突发性强、成灾快、破坏力大、人员伤亡多等特点,被公认为是世界上危害最大的自然灾害之一。为提高山洪灾害预报预警精度,综合考虑小流域暴雨洪水特征、前期降雨、上游产汇流过程以及土壤湿度动态变化等因素的影响,基于中国山洪水文模型(CNFF)模型分析法和设计暴雨洪水实时反算法,提出了基于中国山洪水文模型的小流域防灾对象预警指标实时动态分析方法,分析了防灾对象不同土湿和典型预警时段长的临界雨量动态变化过程。以江西省东河流域为例,评估了动态预警指标的精度。研究表明:(1)中国山洪水文模型在研究区具有较好的适用性,率定期和验证期的平均径流深相对误差和洪峰流量相对误差均在15%以内,平均峰现时间误差在1.5 h以内,平均Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.76和0.8,场次雨洪模拟合格率在90%以上。(2)以东河流域南泊村典型灾害事件为例评估了动态预警指标应用效果,基于动态雨量预警指标的实时动态分析结果相比原山洪灾害调查评价中静态预警指标结果提前1~2 h预警,有效延长了预警预见期。研究成果可为小流域山洪灾害预警提供理论支撑和技术支持。

基于中国山洪水文模型的动态临界雨量研究及应用

以中国山洪水文模型为基础,综合考虑前期影响雨量、累积雨量、降雨强度及雨型分布、地形地貌等因素的影响,提出了基于分布式水文模型的小流域动态临界雨量预警指标分析方法。以四川省不同水文分区3个典型小流域(赶场、西宁和新生流域)为例,评估了该指标用于小流域山洪预警的精度。研究表明:(1)中国山洪水文模型在研究区内具有较好的适用性,3个小流域率定期和验证期的山洪模拟合格率均在90%以上;(2)以1h、3h和6h为预警时段,赶场、西宁和新生流域的临界雨量分别为20~250mm、12~160mm、6~140mm;(3)不同预警时段下,3个小流域山洪预警的合格率达到80%以上。研究成果可为小流域山洪预警提供理论支持和技术支撑。

基于中国山洪水文模型(CNFF)的中小流域洪水频率分析

结合暴雨频率分析成果,基于中国山洪水文模型分析了江西省上流流域小流域及分级嵌套流域的洪峰流量频率值。研究表明:中国山洪水文模型在研究区内具有很好的适用性,率定期和验证期的平均径流深和洪峰流量相对误差绝对值分别在12%和7%以内,平均峰现时间误差绝对值均为1.1h,平均Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.87和0.90;5年一遇至500年一遇的小流域洪峰流量平均值为78~201 m^(3)/s,分级嵌套流域的洪峰流量分别为104~810 m^(3)/s、125~1041 m^(3)/s、144~1202 m^(3)/s、169~1329 m^(3)/s、181~1436 m^(3)/s、198~1571 m^(3)/s、214~1712 m^(3)/s和231~1889 m^(3)/s。研究成果可为中小流域洪水频率分析及其时空分布规律提供技术支持和参考。

变电站山洪灾害风险预警模型及应用

在影响变电站安全运行的各类影响因素中,山洪灾害是最不可控的因素之一,具有频繁的发作性与严重的破坏性,严重威胁山丘区变电站的安全运行。集成应用全国山洪灾害调查评价成果、中国山洪水文模型和山洪预报预警技术,研发了变电站山洪灾害动态风险预警模型及服务系统,基于气象预报信息、土壤湿度和山洪风险评估模型,实现预报降水覆盖区域变电站山洪灾害风险的快速评估。试点应用于全国520座变电站,为变电站山洪风险动态预警和洪水风险管理提供科学支撑。

中国山洪水文模型研制与应用:以安徽省中小流域为例

中小流域暴雨洪水模拟与预报是我国防洪减灾最重要的基础之一.针对我国不同气候类型区流域产汇流特性,基于大规模分布式体系架构和精细化地形地貌数据研发了中国山洪水文模型(China Flash Flood hydrological model,CNFF),模型参数较少,大多可基于全国小流域基础数据集等确定,便于在全国范围推广使用,尤其适于资料缺乏的中小流域山洪模拟与预报.本文详细介绍了CNFF的原理和结构,并以山洪灾害频发的安徽省29个中小流域(面积:3.24~3410km^2)为研究区开展了应用研究,评估了该模型在中小流域洪水模拟的适用性.结果表明:CNFF模型具有较高的模拟精度和比较广泛的适用性,研究区643场雨洪过程模拟结果来看,率定期和验证期的平均径流深相对误差(RER)分别为8.90%和10.20%,平均洪峰流量相对误差(REQ)分别为7.80%和7.75%,平均峰现时间误差(TP)分别为1.71h和1.74h,平均Scaled Nash-Sutcliffe效率系数(SNSE)分别为0.73和0.70;在中雨~特大暴雨等雨强等级下,TP和SNSE合格率分别由53%和89%增加至95%和100%,模拟效果提高显著;在大、中和小不同流域面积等级下,REQ、TP和NSE合格率分别由74%、88%和93%增加至83%、92%和96%,RER合格率由85%减少至78%.

降雨时空不确定性对小流域洪峰模拟的影响评估

山丘区小流域洪峰模拟结果与降雨时空分布密切相关。以河南省荥阳市王宗店流域“7·20”山洪灾害为例,构建了15种时空分布的10 min尺度降雨情景,综合采用中国山洪水文模型和方差分析理论评估降雨时空情景变化对洪峰模拟的影响。结果表明:中国山洪水文模型可以较好地模拟“7·20”暴雨洪水过程。不同时间情景下10 min降雨量均匀分布模拟得到的洪峰流量较小、峰现时间较晚;非均匀分布时最大10 min降雨量发生时间越晚,模拟得到的洪峰流量越大、峰现时间越晚。空间情景变化主要影响洪峰流量模拟,采用泰森多边形法模拟得到的洪峰流量最大。时间情景变化是洪峰流量和峰现时间模拟结果不确定性的最主要来源,空间情景变化和时空情景耦合变化仅影响洪峰流量模拟。

省级山洪灾害监测预报预警平台框架设计

在总结近十年全国各地山洪灾害监测预警平台建设和应用的基础上,结合国内外最先进的山洪灾害防御理念和气象、水文、信息化等方面的理论技术进步,提出了新一代省级山洪灾害监测预报预警云平台的总体框架,设计了平台总体架构、主要功能和安全策略,梳理了山洪灾害调查评价成果大数据的应用途径,提出了多阶段渐进式山洪灾害预报预警体系和预报预警模型,为我国下一阶段山洪灾害防治项目建设和防御体系构建提供参考。

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/水位监测的预警方法,平台实现了多阶段渐进式山洪灾害预报预警。通过对多级用户访问权限配置,实现云平台“一级部署、多级应用”。以福建省平台在两个流域的应用为例,对预警预见期、精准度等方面验证了平台预警效果。

山区小流域洪水分布式模拟与危险性评估

流域暴雨山洪过程时空异质性强,准确评估雨洪变化特性和洪水危险性对山洪灾害防治具有重要意义。以7个降雨特征指标和6个洪水特征指标刻画流域场次雨洪特性,采用中国山洪水文模型和洪水频率指标相结合,模拟和评估口前流域洪水过程及其危险性。结果表明:场次洪水洪峰模数、洪峰时间偏度、高脉冲历时占比、涨落洪速率与降雨总量、平均雨量、最大雨强、雨峰位置系数、基尼系数等降雨特征指标显著相关,三场致灾洪水过程的降雨均呈现量级大、强度大、历时短、暴雨中心偏中下游的特点;率定期和验证期的平均径流深相对误差均在9%以内,平均洪峰流量相对误差均在11%以内,平均峰现时间误差均在1.7 h以内,平均Nash-Sutcliffe系数为0.80和0.76;各场次洪水有0.0%~93.3%的河段流量达到一般危险及以上等级,三场致灾洪水过程的危险性等级最高,分别有80.0%、35.0%和1.7%的小流域河段流量达到高危险及以上等级。研究可为山区小流域暴雨洪水危险性评估、灾害响应和复盘等提供技术支撑。

耦合天气雷达定量降水估计与定量降水预报的中小流域洪水预报研究

为探究天气雷达定量降水估计和定量降水预报在中小流域洪水预报中的适用性,以梅溪流域为研究区,选取2012“苏拉”、2014“海贝思”、2016“尼伯特”3场台风引发的降雨洪水过程为研究对象,采用强降水识别技术改进天气雷达定量降水估计的精度,利用光流法进行基于天气雷达的临近预报,构建了梅溪流域分布式水文模型,并耦合天气雷达定量降水估计和定量降水预报开展了洪水预报。结果表明:强降水识别能有效提升天气雷达定量降水估计的精度;对于降雨时空分布较为均匀的降雨,耦合天气雷达定量降水估计的洪水预报结果较雨量站测雨结果更具优势,耦合1 h预见期天气雷达定量降水预报结果能够满足中小流域洪水预报的需要;对于短历时强降雨和特大暴雨,受天气雷达定量降水估计和定量降水预报精度的影响,洪水预报效果较差。