[发明专利]基于降雨-径流-洪水演进计算的洪水预报方法

说明书

技术领域

本发明涉及洪水预报与计算机结合的技术领域，具体涉及一种利用降雨-径流-洪水演进计算的多个模型综合进行流域洪水预报的方法。

背景技术

长期以来，洪水作为一种自然灾害受到了人类的广泛关注，人们采取了大量措施来减小洪水灾害可能造成的损失。而要进行有效的洪水管理和调度，根本上需要依靠准确的洪水预报作为技术支持。洪水预报是根据洪水形成的客观规律，利用现时已经掌握的水文、气象资料(称水文信息或水文数据)，预报河流某一断面在未来一定时期内(称预见期)将要出现的流量、水位过程。根据发布预报时所依据的资料不同，洪水预报可以分为水文气象法、降雨径流法及河段洪水演进法三类。其中水文气象法主要是利用前期的气象要素作为预报因子，根据气压场、湿度场、风场等变化预报降雨，进而得出洪水预报的结果；降雨径流法则是根据流域产汇流基本原理，由暴雨预报某一河道断面洪水过程的方法；洪水演进法主要是根据河段上游断面的径流过程通过洪水演进算法预报下游断面的洪水过程。洪水预报通常关心两个主要问题，一个是预报的预见期，另一个是预报精度。上述三种方法中，预报的预见期依次递减缩短，但预报精度往往是依次提高的。

目前在洪水预报中应用较为广泛的是降雨径流法和河段洪水演进法两种，但两种方法各有其不足之处。

降雨径流法能够由降雨数据预报洪水过程，目前应用较多的是水文数值模型，这些模型在特定的时间或地域条件下，适用于对过程细节、内部机理没有要求的科学研究及工程实践。但这些模型的缺点是缺少坚实的物理基础，在很多细节过程上使用经验公式，无法描述自然现象的内在机理，也就不可能完全重现流域的真实水文过程，在模拟预测中的误差也就不可避免，使得其应用范围受到限制。另外在应用时，该类模型中的参数虽有一定物理意义，但是难以直接推算，需要根据流域出口流量资料率定，整体而言比较依赖于历史水文数据和经验公式。这一不足也使得该方法在缺乏历史水文数据的流域的应用受到限制。整体而言，这一方法有较长的预见期，但对产汇流期间的模拟精度略为不足。

河段洪水演进法是由上游河道流量、水位数据预报下游的洪水过程，其预报的预见期较短，在某些情况下不足以满足洪水预报的要求，但其预报精度较降雨径流法更高些。这一方法的基本依据是圣维南方程组，目前比较常用的方法是先对圣维南方程组进行简化，然后再进行求解。这种方法的最大优点是简单地把经验和实时信息结合进来，另外对河道地形资料要求较少。但是这同时也带来其不足，在人类活动影响越来越显著的现在，尤其是河道上水库、大坝等水利工程的实施，河道地形很难能够保持不变，而河道特征一旦变化，改变了通过各种水文要素的观测探求到的水文自然规律，破坏了原有水文资料的一致性和代表性，使水文现象发生变化。这种方法对历史水文资料的质量和代表性的依赖，限制了其预报结果的精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服在模拟流域内降雨-产流-河道内洪水演进过程中存在的人为误差、对自然现象过于简化、对历史水文资料过于依赖性等问题。本发明的目的是提供一种利用多个模型综合进行洪水预报的方法，从而能够根据流域降雨和初始、边界条件，预先模拟洪水运动情况，对洪灾做出事先的估计。

本发明提供的基于降雨-径流-洪水演进计算的洪水预报方法，包括以下步骤：

(1)数据集成

根据分布式水文模型和水动力模型的规范和要求，对洪水预报计算流域的地形数据、土壤数据和水文数据进行集成处理，以提供给参数确定；

其中，地形数据包括数字高程地图以及河网与河道几何尺寸，土壤数据包括土壤类别及其分布、土地利用数据，水文数据包括降雨和径流的时间序列数据；

(2)参数确定

对步骤(1)中的数据进行模拟历时、初始条件、边界条件以及降雨情况的确定，并根据模型参数的规范和要求，对相应参数值进行设定；

其中，模拟历时是指洪水预报计算的总时长；

初始条件的确定包括针对不同土壤类别的区域分别进行土体性质的定义；

边界条件的确定包括设定计算流域的出口位置坐标，具体为流域内河流最下游，以及对河道尺寸的定义；

降雨情况的确定包括降雨强度、降雨历时、降雨区域，具体由实测降雨数据得到；

(3)模型计算

模型计算部分接收参数确定部分输出参数值后，首先使用分布式水文模型得到计算流域内各河流源头及交汇点的流量、水位数据；然后利用基于圣维南方程组的水动力模型计算河道内的洪水演进过程，输出计算流域的河道内各点的水位、流量随时间变化数据；

(4)结果发布