基于GIS技术的洪水预报系统设计与实现

概要介绍了洪水预报系统和地理信息系统的概念；提出了将GIS应用到流域洪水预报系统，实现地理信息系统与洪水预报系统的结合。重点以中小流域洪水预报系统为研究对象，研究和设计了此类系统的开发环境、体系结构和功能组成，并探讨了系统开发过程中的主要技术。     

洪水预报研究与展望

洪水预报作为非工程措施是防御并减少洪涝灾害的重要手段和关键环节。水雨情自动测报系统的不断完善为洪水预报中水文信息的获取奠定了基础性工作,降水作为洪水产生的关键因素之一,降水预报技术的发展与应用为洪水预报发展提供新的动力,面向洪水预报的水文模型从降雨-产流等方面解释洪水产生的过程,丰富了洪水预报的方法,陆气耦合模型的发展为洪水预报进一步提高精度和预见期指明了新的方向。随着以上技术的不断发展与完善,洪水预报精度不断提高,从水雨情自动测报系统研究进展、洪水预报中降水预报应用进展、洪水预报水文模型研究进展、陆气耦合模型研究进展四个方面系统阐述目前洪水预报精度的研究进展,并对洪水预报今后的发展方向和研究热点做出展望,水雨情自动测报系统急需引入新的理论技术和非接触式设备等,增加信息的密度和强度,洪水预报的发展以及人工智能在洪水预报研究和实际工作中的应用实践,已经为洪水预报技术的突破提供了有力支撑,陆气耦合技术由单向耦合向基于物理概念的双向耦合发展,单站观测及模拟气象数据驱动向结合遥感和四维同化方向发展,为今后的提高洪水预报精度研究提供参考。研究成果可为水文、水库调度科技工作者提供技术参考。     

基于差分模型和最小二乘法的组合预测模型在实时洪水预报中的应用

洪水预报系统因其动态性、不确定性,加大了洪水预报的难度,一直以来许多水文工作者致力于洪水预报的研究工作。最优组合预测模型具有最大信息利用原则和最小均方误差原则的特点,因而被广泛地运用在预报上。在洪水预报中,递推最小二乘算法是对洪水预报模型的参数进行校正的一种实时洪水预报方法。本文分析了最优加权组合预测模型的基本原理,提出了差分模型和衰减记忆的最小二乘递推算法的组合预测模型,并将该模型应用到实时洪水预报中。实例应用表明,所建立的预测模型具有较高精度和较好稳定性的特点,为实时洪水预报提供了一种新的途径。     

基于遗忘因子和误差修正的水文实

在进行水文预报时，由于影响河道洪水的因素众多，常用的水文预报模型往往不符合实际水文系统的客观规律。对这类系统的参数辨识要求算法具有较强的实时跟踪能力，以适应模拟或预测洪水运动变化过程的要求。利用洪水预报误差信息，对BP网络洪水实时预报校正模型与方法进行了探讨，提出了两种实时预报方法。第一：运用最小二乘递推算法，引入时变遗忘因子实时跟踪模型中时变参数的变化，建立了神经网络在非线性系统中动态的系统输入、输出数据之间的映射关系。第二：利用BP网络模型对误差的可识别性，将模型对输出变量的预报误差再次作为输出变量，对网络可能预报的误差进行实时修正。计算实例表明：以上两种方法提高了神经网络在水文领域的预报精度，给BP神经网络的实时预报方法提供了新的途径。     

合浦水库流域洪水实时预报模型研

根据广西合浦水库流域的水文特征，利用分散型新安江三水源模型对合浦水库流域洪水实时预报进行了研究。对流域产汇流模型以及洪水实时预报校正模型的参数进行了率定，将研制的产汇流模型应用于实际洪水预报，再利用两种不同实时校正模型对洪水预报的结果进行了校正。最后取得了较为满意的效果。     

基于Visual Studio的洪水预报系统开发与应用

准确及时地洪水预报是防洪工作的一项重要非工程措施,可为防汛决策提供科学依据,极大程度地减免洪灾损失。以凤滩水库短期洪水预报系统为例,分析了水库洪水预报系统的业务需求,基于Visual Studio开发平台,设计了系统的功能结构体系,阐述了系统开发中数据库管理、洪水预报模型和信息查询等核心功能模块的设计思路。最后介绍了系统在凤滩水库洪水预报中的应用。该研究可为我国水库洪水预报系统的建设提供技术支撑与方法储备。     

欧阳海水库入库洪水实时预报模型与应用

为了准确实时预报水库入库洪水，根据欧阳海水库流域的水文特征，利用分散型三水源新安江模型对欧阳海水入库洪水实时预报进行了研究，并得到了产流模型、汇流模型和校正模型。在汇流模型中应用分散性逆高斯分布流域地貌汇流模型进行汇流计算，在校正模型中应用了洪水预报残差自回归方程。     

上游水库兴建后下游水库洪水预报

针对流域梯级开发中上游水库的兴建对下游水库的来水状况等产生改变的问题，提出下游水库的洪水预报模式应相应由全流域的产汇流转变为“区间汇流＋库区产汇流”的模式。结合凤滩水库在上游水库建成后洪水预报出现的问题，对其洪水预报系统进行了改进研究，实际应用情况表明改进取得了显著的效果。     

洪水预报实时校正技术比较及应用研究

以闽江建溪流域为研究区,建立建溪流域洪水预报模型,比较了误差自回归校正方法、卡尔曼滤波校正方法以及以贝叶斯实时校正技术对流域洪水预报的校正效果。结果表明,3种实时校正方法都能有效提高预报精度,在充分利用实时观测数据对子流域进行实时校正后,七里街的洪水预报精度显著提高。在水量误差方面,贝叶斯方法较好;对于洪峰流量的校正,卡尔曼滤波方法表现较好;对于纳西效率系数,贝叶斯方法适合短预见期预报,而卡尔曼滤波方法对于长预见期的预报较为稳定且能保持高值。     

Copula-MCP洪水概率预报方法研究与应用

常用的洪水概率预报方法一般都采用了正态化变换与线性假设,可能会导致信息的丢失,也影响了其对洪水过程的适用性。鉴于此,将Copula函数与模型条件处理器MCP相结合,不需要正态-线性条件约束,直接推求以预报值为条件的流量分布函数,构建Copula-MCP的洪水概率预报模型。以淮河王家坝断面为例,在经验降雨径流模型API的确定性预报结果的基础上,采用Copula-MCP模型实现洪水概率预报。对1990-2010年共25场洪水的研究结果表明:Copula-MCP模型优于MCP模型的概率预报结果,Copula-MCP模型的期望值预报亦优于API模型结果。     

白龟山水库入库洪水预报分布式模型研究

白龟山水库流域下垫面条件复杂,人类活动剧烈,洪水受上游昭平台水库影响,洪水预报难度大,采用常规的洪水预报模型无法满足水库防洪调度对洪水预报的精度要求。为了充分发挥水库在淮河流域防洪中的作用,实现水库洪水资源的最大化利用,需要高精度的水库入库洪水预报作支撑。采用国内外新一代流域洪水预报模型——流溪河模型开展了白龟山水库入库洪水预报研究。以高分辨率的DEM为依据,构建了白龟山水库入库洪水预报流溪河模型结构,并确定了初始模型参数,采用PSO优化算法,对模型参数进行了自动优选。对白龟山水库实测入库洪水过程进行了模拟,效果明显优于集总式NAM模型,可应用于白龟山水库入库洪水预报。     

基于K均值聚类分析的流域洪水实时分类修正

针对传统的流域实时洪水预报通过率定一组水文模型参数来寻求一个流域径流形成的一般性或平均化规律的方法在特殊情况下误差较大,以及在实时洪水预报误差修正中历史信息未得到充分利用的问题,利用洪水的相似性扩大实时修正信息量,结合K均值聚类分析方法,提出了洪水实时分类误差修正方法。并在沿渡河流域用30场洪水进行分类参数率定,采用分类修正的方法对4场洪水进行实时修正,分析结果表明:实时分类修正方法能大幅提高预报精度尤其是洪峰流量的预报精度。     

街面水电站库区施工期洪水预报研

根据福建省尤溪流域的洪水特性，针对街面水电站施工期的库区实际情况，提出了洪水预报有关问题对洪水过程的计算、洪水调节计算和洪水预报的误差评定进行了讨论，以期为库区防汛预案提供科学的决策依据     

设计安全值结合水文模型的联合预报法在入库洪水预报中的应用

桂五水库产汇流特性复杂、洪水资料序列较短,常规的基于分布式水文模型的入库洪水预报方法并不适用。提出设计安全值结合水文模型的联合预报法:设计安全值基于初损后损法加单位线汇流,水文模型法基于新安江三水源模型,从防洪安全与兴利角度进行联合预报。在确定两种方法初始参数后,对次洪过程进行模拟,结果表明:两种方法各自模拟精度较高,方法评级分别为乙级、甲级;从防洪安全角度,可选择取两种方法模拟结果的外包线作为入库洪水预报;预报结果偏安全的设计安全值法与预报精度稳定准确的水文模型法联合预报,不仅可应用于桂五水库入库洪水预报,并可为洪水资料序列积累较短的水库入库洪水预报工作提供参考。     

基于时变增益水文模型的实时预报研究

近年来,洪水灾害事件频发,洪水预报是有效预防和抵御山洪灾害的重要非工程手段,为流域防洪预警提供重要决策依据。实时校正可以有效地改善洪水预报精度。以湖北省3个典型中小流域(高家堰、西河驿、渔洋关)为研究区,基于时变增益水文模型,采用具有可变遗忘因子的递推最小二乘法作为校正方法进行洪水预报实时校正研究。结果表明,未校正前,3个流域洪水预报所得纳什效率系数总体均值为0.78。实时校正后,3个流域各自的纳什效率系数均值均达0.90以上,峰现时间和洪峰流量预报合格率均达乙级及以上,预报精度得到明显提升。     

分布式洪水预报模型在密云水库流域的应用

随着南水北调工程的逐步投入运行，密云水库将面临高水位运行。对密云水库流域洪水预报开展研究，基于EasyDHM模型建模，通过EasyDHM产流模型和马斯京根汇流模型演算方法、LH-OAT敏感性分析方法和SCE-UA参数优化方法等，对密云水库流域进行了洪水模拟及参数率定，并选取场次洪水进行验证。分析结果表明，EasyDHM模型在密云水库流域有很好的适用性。     

漳河水库入库洪水抗误差预报方案

漳河水库由观音寺水库和鸡公尖水库通过半天然明槽相互连通组成，因受库水位观测、明槽输水计算、动库容计算误差等的复杂影响，以往多次建立的洪水预报方案均未达到可供应用的水平。在分析漳河水库入库洪水误差产生特点的基础上，通过建立抗误差产汇流预报模型和自适应实时校正技术，使漳河水库洪水预报方案平均确定性系数达91.09%，洪峰合格率达100%，峰现时间合格率达90.91%；观音寺水库洪水预报方案的平均确定性系数达90.63%，洪峰合格率达100%，峰现时间合格率达100%，终于建立了达到甲等水平的漳河水库洪水预报应用方案。     

西江高要站中低洪水预报精度改进探讨

简述了西江高要站中低洪水预报的意义，对如何提高西江高要站中低洪水预报精度进行了探讨。     

单位线方法在沿渡河流域的应用研

单位线方法在水文计算及洪水预报中得到了广泛的应用，至今仍然是汇流计算的重要工具。以沿渡河流域为研究背景，分别采用分析法及矩法推求了该流域的时段单位线，并分别用这两种单位线模拟了该流域的同次洪水过程，模拟结果表明分析法得到的单位线更加适合该流域的洪水计算。最后，在详细分析两种方法误差来源的基础上，提出了相应的改进措施。     

基于粒子群算法的交互式水文模型

以长江三峡水库寸滩、武隆入库径流预报项目为依托,研究洪水预报模型参数率定。针对以往洪水预报模型参数率定所采用的人工试错法率定参数困难,精度不高的问题,提出粒子群优化算法和交互式率定方法。实例计算表明,算法加快参数优选速度,交互式率定提高了模型预报精度。