Analysis of Forecast and Early Warning of Flood in Medium and Small Rivers

Flooding of small and medium rivers is caused by environmental factors like rainfall and soil loosening.With the development and application of technologies such as the Internet of Things and big data,the disaster supervision and management of large river basins in China has improved over the years.However,due to the frequent floods in small and medium-sized rivers in our country,the current prediction and early warning of small and medium-sized rivers is not accurate enough;it is difficult to realize real-time monitoring of small and medium-sized rivers,and it is also impossible to obtain corresponding data and information in time.Therefore,the construction and application of small and medium-sized river prediction and early warning systems should be further improved.This paper presents an analysis and discussion on flood forecasting and early warning systems for small and medium-sized rivers in detail,and corresponding strategies to improve the effect of forecasting and early warning systems are proposed.

Causes and Laws of Floods in Small and Medium Rivers in Jiangxi Province

The main causes of floods in small and medium rivers in Jiangxi Province are meteorological factors,rainstorm factors and topographic factors.Based on the data of more than 600 floods from 19 hydrological stations in small and medium rivers in Jiangxi Province,the characteristics of floods in small and medium rivers are analyzed. The results show that the floods in small and medium rivers in Jiangxi Province had characteristics of strong seasonality,high frequency and strong suddenness,and were mainly local floods;rainstorm floods during May-June lasted for a long term,and had double peaks,multi-peaks or a single peak with a long duration. During July-September,floods usually had a single peak,and the duration was relatively short.

RESEARCH ON SYSTEM OF FLOOD DISASTER CONTROL AND REDUCTION SUPPORTED BY GIS IN MEDIUM AND SMALL BASINS

Southeast China coastal areas belong to subtropical monsoon climatic zone, thus easily affected by floods resulted from typhoons and rainstorms. Since the areas of river basins are small, rivers flood regulation capacities are low, and therefore flood hazard is grave. In this paper, taking the Yongjiang basin in southeast China as an example, the approaches and methods of geographic information system(GIS) applied to flood disaster control and reduction research on small basin are explored. On GIS help the rainfall runoff calculation model and the river channel flood routing model are developed. And the evaluating flood submerged area and the damage assessment models are built supported by digit elevation models. Lastly the decision support system on GIS supported for flood control in research basin has been set up. This greatly improves flood proofing decision making capacities in river basin, and provides valuable information and a mode for flood prevention and reduction in the medium and small basin. Meanwhile, the research indicates that technologies of GIS provide a powerful tool for flood disaster control.

基于长短时记忆网络的山区中小流域降雨径流模拟

洪水预报是流域防洪减灾的重要非工程措施之一。目前我国中小河流暴雨洪水灾害频发,但应对短历时强降雨的洪水预报能力仍不强。以安徽省东部山区中小流域为研究对象,引入长短时记忆网络建立流域降雨径流模型,探讨其在山区中小流域的洪水模拟效果。结果表明,考虑降雨输入的空间差异可提升深度学习模型降雨径流模拟预测性能,且长短时记忆网络能够取得优于传统人工神经网络的精度;长短时记忆网络模型有效建立了流域降雨与径流间的复杂非线性关系,模型在所选流域内场次洪水的峰值模拟效果较好,训练、测试集场次洪水峰值合格率均在90%以上;长短时记忆网络内部结构特征与流域水文过程具有较好的相似性,对山区中小流域暴雨洪水非线性关系拟合效果突出。

沿海中小河流域地表-地下水库联合调控洪水资源利用研究:Ⅰ.方法与模型

针对沿海中小河流域地表-地下水库复杂工程系统,因缺少联合调控方法而导致洪水资源利用难的问题,解析地表-地下水库系统结构与功能,定量模拟地表水库调度、闸坝调控下河流和地下水动力过程,并利用智能替代模型提升水动力过程计算速度;在此基础上通过研发时/日/月多时间尺度模型耦合嵌套方法,构建了兼顾计算精度与效率的地表-地下水库联合调控模型。该模型实现了洪水、地表-地下水相互作用和供水等时间尺度差异明显的调节过程的统一调配,可为沿海中小河流域洪水资源利用提供新思路与技术支撑。

概念性水文模型与智能模型在中小河流洪水模拟中的比较研究

相较于大江大河的流域水文预报研究,中小流域的研究相对匮乏。以沅江河溪水文站以上流域为例,研究LSTM(Long Short-Term Memory)模型和新安江模型在场次洪水中的模拟效果。通过对比,新安江模型的整体模拟精度较高,洪量、洪峰、峰现时间的平均相对误差分别为9.39%、9.55%、1.6h,确定性系数为0.73,综合合格率为100%,达到甲级精度标准;LSTM模型的模拟精度较低,洪量、洪峰、峰现时间的平均相对误差分别为11.76%、12.33%、2.3 h,确定性系数为0.60,综合合格率为75%,达到乙级精度标准。结果表明,新安江模型和LSTM模型是中小河流洪水预报的有效方法,均可用于河溪流域的正式预报,且对于河溪流域,新安江模型的模拟精度比LSTM模型更高。

Mike Flood在中小河流洪涝风险分析中的应用

为了加强对中小河流的洪水管理,分别构建中小河流域水文学模型、Mike11模型以及Mike21FM模型,运用Mike Flood对一、二维模型进行耦合计算,对中小河流进行洪涝风险分析。以徐州市丰县复新河左岸地区为例,建立洪水演进数值模型,分析复新河的防洪能力以及不同暴雨情况下研究区内涝情况。结果表明:研究区域基本满足20年一遇防洪能力,部分中小河流排涝能力不足,导致部分地区内涝较严重。

基于MIKE Flood的中小河流溃堤洪水演进数值模拟

针对水文资料缺乏的中小河流,以贵溪市罗塘河下游段为例,应用MIKE软件对河流溃堤洪水演进进行了研究。采用瞬时单位线法推求断面各频率的设计洪水,并将其作为洪水演进模型的输入;利用MIKE软件建立了贵溪市罗塘河下游段的一、二维耦合水动力模型,对该河下游段溃堤洪水演进过程进行了模拟;通过模拟分析,得到了溃口流量过程和堤防保护区洪水淹没过程。研究成果可为中小河流洪水风险分析和灾害损失评估提供技术支撑。

基于SWAT与新安江模型场次洪水模拟研究及评估

中小河流洪水大多位于资料短缺的山丘区,具有突发性强,汇流时间短的特点,已成为当前防洪工作的重点和难点。新安江模型和SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型都是应用广泛的水文模型,但其在中小河流洪水模拟中的对比分析及效果评估方面还鲜有研究。以北潦南河为例,建立了日尺度和小时尺度的新安江模型和SWAT模型,评估2种模型在径流深、洪峰流量和峰现时间等关键要素方面的计算效果,分析各自优缺点。结果表明,在率定期间,新安江模型相对径流误差(RRE)、洪峰流量相对误差(RPE)和峰现时间误差(PTE)平均值分别为-2.6%、-4.3%、-0.3 h, SWAT模型RRE、RPE和PTE平均值分别为-4.3%、-3.3%、-0.1 h,新安江模型在RRE方面优于SWAT模型,但SWAT模型在RPE、PTE和多峰洪水模拟方面则优于新安江模型;在验证期得出了与率定期相同的结论。

基于MIKE FLOOD的中小河流溃堤洪水风险分析

近年来洪水引发的中小河流堤防溃决等洪水灾害风险问题凸显,因此进行溃堤洪水风险分析对于加强中小河流的洪水管理及减少溃堤洪水带来的损失具有十分重要的意义。以江西省罗塘河为例,借助MIKE软件中的MIKE 11、MIKE 21及其耦合模块对罗塘河遭遇10a一遇及20a一遇洪水进行溃堤洪水演进模拟。然后依据灾害系统理论从洪水的危险性和易损性两方面选择淹没水深、淹没流速、淹没历时等7个指标构建溃堤洪水风险评价指标体系。最后利用GIS技术与层次分析法对罗塘河洪水风险进行了评价。结果表明:洪水危险区面积为0.19 km 2,占研究区总面积的2.18%,主要分布在地势低洼的富港地区;重灾区和中灾区面积为1.25 km 2,占研究区总面积的14.37%,主要分布在重文和蒋元乐家;安全区为研究区域内洪水没有到达并且地物覆盖价值较低的地区,包括游家店、下胡、大塘杨家和马山等处。研究成果可为中小河流防洪规划、避洪转移等提供参考依据。

基于深度学习模型的中小河流洪水模拟

为了研究LSTM模型在我国众多流域中的适用性,在海河、黄河、淮河、长江流域共选取了9个小流域作为研究区域,训练并验证了LSTM在这些流域中的模拟精度。结果表明,随着预见期的增加,LSTM模型模拟效果呈下降趋势,在预见期为1~6h时可以得到良好的模拟结果,在预见期大于6h时,模拟结果较差;随着神经元数量和迭代步数的增加,LSTM模型的模拟效果有所提高,超过一定组合后,模拟效果变化不明显。研究结果可为中小流域的洪水预报提供支持。

全国中小河流治理模式和投资规律研究

中小河流治理是保障区域防洪安全的重要举措,是满足人们美好生活需要的重要载体。优化中小河流治理模式,合理安排中小河流治理资金,有利于高质量推动中小河流系统治理,充分发挥中小河流治理效益。基于全国中小河流基本特征、治理现状、投资情况等调查统计数据,分析了中小河流的数量、分布和特点,研究了中小河流治理的重点、模式和投资规律。结果表明,不同地区、不同类型中小河流的治理模式不同,采取的治理措施和治理标准不同,单公里治理投资存在明显差异。本研究分区分类提出了中小河流的治理重点和适宜模式,揭示了中小河流治理投资的影响因素和时间演变规律,为推动实现中小河流治理提质增效提供了理论参考。

上游水库实际调度对桓仁水库入库洪水影响分析

本文以浑江流域2010年两场洪水为研究背景,分析桓仁水库上游中小型水库实际调度对桓仁水库入库洪水的影响,得出以下结论:在2010年7月28日—8月3日7天洪水过程中,上游4库的调度运行使桓仁水库入库水量增加1306万m3,占桓仁水库同期来水量的1.12%,整个洪水期,上游水库的调度使桓仁水库入库总水量有所增加。在2010年8月27日—9月2日7天洪水过程中,上游4库的调度运行使桓仁水库入库水量减少670万m^(3),占桓仁水库同期来水量的0.71%,上游水库的调度使桓仁水库入库总水量有所减少。应用此研究成果可提高浑江流域水文预报的精确度,研究成果为同类调度提供参考。

山丘区中小河流淹没风险及防洪措施可行性研究

受气候变化和人类活动的双重影响,极端降水事件发生的频次和强度都有所增强,给中小河流的防洪带来新挑战。然而,中小河流洪水受重视程度不如大江大河洪水,加上中小河流洪水资料相对较少,中小河流的淹没风险分析不尽完善,全省中小河流治理工作还不够成熟。因此,以潮州市凤凰溪为例,采用Arcgis软件搭建一维淹没模型,探究5种不同洪水频率工况下风凰溪淹没风险影响,并提出针对凤凰溪淹没风险的可行性防洪措施建议。

基于ArcGIS及Mike的山东省山丘区中小河流洪水淹没图编制

以山东省黄垒河为例,通过利用ArcGIS将河道实测数据嵌入区域数字高程模型(DEM)中,利用Mike11、Mike21分别建立河道一维、平面二维模型,并利用Mike Flood将一二维模型进行耦合连接。通过Mike软件计算分析河道的设计洪水水面线及洪水淹没范围数据,采用ArcGIS构建淹没范围内的高程模型,最终与研究区域地面高程模型通过栅格计算得到不同频率下的淹没信息,并结合高分卫星影像地图统计淹没对象。

重庆市雨水情监测预报“三道防线”建设与应用

山区中小河流洪水预报预见期短、预报难度大,重庆市按照雨水情监测预报“三道防线”建设要求,以延长中小河流洪水预见期为重点,完善了雨水情监测预报“三道防线”工作机制,提出涨水风险预警概念,建立了中小河流涨水风险等级和阈值标准,将洪水预警预见期从原来的1~6 h提前至24 h以上,突破了中小河流洪水预见期短、防御难度大的限制,实现了确定性洪水预报向涨水风险预警的转变,并将该工作机制成功应用于2023年万州“7·4”极端暴雨洪水防御中,提前41 h发布了涨水风险预警,减灾效益突出。研究表明:采用的预警方法可充分利用气象预报的预见期,有效延长山区中小河流洪水的预见期,确定的涨水风险等级和阈值标准基本合理,具有可操作性和推广价值,可为中小河流雨水情监测预报“三道防线”工作提供技术支持。

北方山区中小河流治理措施探究

中小河流是防洪体系的重要组成部分,近年来,国家越来越重视中小河流治理工作,并提出了系统治理思路。考虑北方山区中小河流坡陡流急、季节差异性强、河宽幅度变化大等特点,以系统治理为指导,以蒿田河治理为对象,系统分析山区河道存在的多种问题,因地制宜提出整河流清理整治、重点段岸坡防护、涉河建筑物拆除重建的解决措施,来解决防洪突出问题从而保障河道两岸安全,并提出工程管理措施促进工程建设与长效运行,为山区河道治理提供参考。

中小河流洪水预警研判方法研究及应用

近年来,中小河流已成为防汛工作重点关注的领域,由于中小河流洪水往往发生在地势陡峭的山区,水流路径多样且难以预测,因此防范难度大,且中小河流的流域范围较小,预警能力相对较弱,加上防范能力不足,导致预警难度增大。本文通过近年南宁市中小河流预警实战工作经验,提出一些关于中小河流洪水预警研判方法。

基于山区中小河流水文资料的洪水预测研究——以贵州省威宁县为例

以威宁县兴隆河流域为例,通过对当地气象和水文现状的分析,构建用于山区中小河流洪涝灾害预警的水文径流量预测模型,同时采用遗传算法对模型进行优化。在试验中,采用威宁县兴隆河2022年9月11日的流域气象水文数据进行分析对比。结果显示,研究提出的优化模型在24h内河流径流量预测数据的平均误差为0.4361m^(3)/s,误差小于其他算法模型,表明该方法在洪涝灾害预警中的有效价值。

新形势下松滋市中小河流系统治理总体思路与对策措施

围绕“建设高品质幸福河湖”治理目标,从松滋市流域治理现状和实际问题出发,着眼流域空间开发与保护需求,运用系统思维,从水安全风险、水生态保护、水资源承载力等方面,研究了松滋市中小河流系统治理总体思路,提出了筑牢河湖水患安全屏障、优化河湖水系生态水网、提升河湖水源涵养能力、强化河湖水事智慧管控等对策措施,可为高质量推进中小河流治理工作提供参考。