流域超标准洪水智能调控架构设计与关键技术研究

流域超标准洪水因其灾变机理的复杂性、高致灾风险及广泛影响区域,对社会经济的平稳发展构成了严峻威胁,在这一背景下现有的流域防洪工程体系急需融入前沿技术,构建一套与之匹配的洪水智能调控技术支撑系统。文章通过分析流域超标准洪水的特性,提出了扩展洪水数据库、研发多工程联合调度规则库及注重智能调控反馈性等新需求,结合我国洪水灾害频发且严重的现状,提出基于Agent系统(MAS)理论的智能调控架构设计,包括接口层、应用层和支持层三层结构,旨在通过高精度预警预报、多工程联合调度及效果评估,实现流域超标准洪水的全面智能调控。同时以精细化预报模型、多工程联合调度技术及智能决策支持系统的研究,为提高流域超标准洪水智能调控水平提供了理论支持和技术指导。

变化环境下流域超标准洪水综合应对研究

我国流域超标准洪水应对问题突出,在气候变化、人类活动等变化环境影响下,面临规律重新认知、技术亟需提升和措施体系亟待完善等重大挑战,其难度和复杂程度世界少有,相关研究成果距应用需求仍有较大差距。针对流域超标准洪水综合应对研究这一国家重大需求,拟融合多学科理论与前沿技术,采取理论与试验、物模与数模、技术集成与示范应用相结合的手段,开展变化环境下流域水文气象极端事件演变规律及超标准洪水致灾机理、暴雨洪水立体监测与精细预报预警、流域超标准洪水灾害动态评估、调度与风险调控、综合应急措施、调度决策支持系统集成与示范应用等方面的系统研究工作。力求破解气候变化及人类活动影响下的流域超标准洪水演变规律与致灾机理研究难题,构建流域超标准洪水风险管理理论体系,突破流域超标准洪水立体监测-预报预警-灾害评估-风险调控-应急处置-决策支持关键技术瓶颈,形成流域超标准洪水综合应对的技术体系和成套解决方案,研发强适配性的多场景协同超标准洪水调度决策支持系统,并进行示范应用,以提升中国流域超标准洪水应对水平,保障国家防洪安全。

流域超标准洪水特点回顾性研究

流域超标准洪水是一种极端稀遇事件,现有研究严重不足。为认识其规律,以长江流域荆江河段、淮河沂沭泗流域和嫩江流域为主要研究对象,从暴雨、洪水和洪灾3个维度,回顾了历史上发生过的1153,1227,1560,1788,1860,1870年长江流域超标准洪水,1730,1957,1974年沂沭泗流域超标准洪水和1794,1998年嫩江流域超标准洪水,并分述了其特点。研究表明流域超标准洪水具有:①雨区广而稳、暴雨强度大、降雨历时长、累计雨量大等雨情特点;②空间遭遇恶劣、洪水峰高量大、高水位历时长等水情特点;③受灾范围广、灾害损失大、工程水毁重等灾情特点。研究成果对揭示流域超标准洪水内涵、指导超标准洪水“黑天鹅”事件应对、确保江河安澜具有重要的指导价值。

变化环境下长江流域超标准洪水灾害特点研究

流域超标准洪水一直是困扰世界的重要问题,给社会经济发展带来毁灭性影响。如何辨识变化环境下流域超标准洪水灾害的新特点及风险要素,是各国政府及水利工作者迫切需要去研究和解决的重大科学问题。以长江流域为例,从气候变化、流域下垫面改变、防洪体系建设、经济社会发展4个维度,动态审视了环境变化引起的流域超标准洪水风险及灾害的新特点。结果表明:全球气候变化增大了超标准洪水的发生几率,大洪水的周期性变化规律亦表明未来发生超标准洪水的可能性较大;水土保持减轻了流域超标准洪水的灾害威胁;洲滩民垸“洪水漫滩-家园重建-再漫滩”恶性循环的状况未根本改变,行蓄洪水与发展保护的矛盾增加了长江流域超标准洪水的调度运用风险;长江流域防洪体系的完善在增加了防御特大洪水能力的同时,由于蓄滞洪区分洪运用困难、河道泄流能力难以保证、外洪和内涝矛盾无法有效协调等原因,仍然不能完全应对流域超标准洪水;经济社会发展尤其是城市化集聚效应致使超标准洪水风险剧增、防洪风险格局改变,每个地区都变得越来越“淹不起”,人们对美好生活的向往加大了水库超蓄和河道强迫行洪的期望值,加剧了防洪调度决策的协调难度。研究成果对科学防御长江流域超标准洪水具有重要科学价值和战略意义。

流域超标准洪水智能调控架构及关键技术研究

流域超标准洪水严重影响着社会经济的稳步发展,灾变机理复杂、致灾风险大、成灾区域广等特点给流域超标准洪水的应对带来了极大挑战。当前流域防洪工程体系正逐步完善,迫切需要引入新技术,发展与之相适应的洪水调控技术支撑体系,提升防洪决策智能水平。分析了面向流域超标准洪水智能调控的新需求,提出了智能调控的总体目标和总体框架,探究了实现智能调控需要重点突破的关键技术,并进行了研究总结。